資源簡介

再探氧氣
【教學(xué)目標(biāo)】
1.復(fù)習(xí)課本中有關(guān)氧氣的含量測定、制備、性質(zhì)和用途等知識點(diǎn)；
2.學(xué)會(huì)在課本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對裝置進(jìn)行合理、創(chuàng)新地改進(jìn)；
3.對改進(jìn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并做出客觀評價(jià)。
【教學(xué)重難點(diǎn)】
1.有關(guān)氧氣裝置的創(chuàng)新性改進(jìn)；
2.學(xué)會(huì)辯證地評價(jià)改進(jìn)裝置。
【教學(xué)方法】
實(shí)驗(yàn)探究法、情景教學(xué)法、小組討論法、邊教邊講法、習(xí)題鞏固法等。
【教學(xué)準(zhǔn)備】
藥品：6%的雙氧水溶液、二氧化錳、二氧化錳球、蠟燭、木炭、鐵絲、小木條、酒精等；
儀器：分液漏斗、錐形瓶、尖嘴導(dǎo)管、鐵架臺、酒精燈、砂紙、坩堝鉗、鑷子、濾紙、石棉網(wǎng)、小燒杯、大燒杯等。
【教學(xué)過程】
引入：空氣是一種混合物，早在二百多年前，拉瓦錫通過精確的實(shí)驗(yàn)證明空氣由氧氣和氮?dú)饨M成，其中氧氣約占空氣總體積的1/5。同學(xué)們還記得教材上是如何測定空氣中氧氣含量的嗎？
學(xué)生：利用紅磷消耗氧氣測定。
教師：此裝置測定空氣中氧氣含量會(huì)產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差，能否具體分析測量結(jié)果偏大或偏小的原因？
學(xué)生：測量結(jié)果偏低（小于1/5）
（1）紅磷不足；
（2）裝置未冷卻，打開止水夾；
（3）裝置漏氣。
測量結(jié)果偏高（大于1/5）
（1）燃燒匙緩慢伸入集氣瓶，導(dǎo)致瓶內(nèi)空氣受熱膨脹而逸出；
（2）彈簧夾未夾緊。
教師：這些誤差是否都可以通過正確的實(shí)驗(yàn)操作來避免？
學(xué)生：不是。及時(shí)燃燒匙快速伸入集氣瓶中也會(huì)導(dǎo)致空氣受熱逸出，使測定結(jié)果偏大。
教師：非常好。像這種實(shí)驗(yàn)誤差我們稱為系統(tǒng)誤差。如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置盡可能減少甚至消除這種誤差？老師提供給你們幾樣實(shí)驗(yàn)用品，請大家在教材裝置的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，并在紙上畫出你設(shè)計(jì)的裝置圖。我們以小組為單位交流。
投影儀展示學(xué)生設(shè)計(jì)的裝置圖。
補(bǔ)充教師設(shè)計(jì)的裝置圖并按照原理分類闡述
改進(jìn)點(diǎn)燃方式—紅磷
改進(jìn)點(diǎn)燃方式—白磷
改進(jìn)耗氧方式
過渡：經(jīng)過改進(jìn)后的裝置測定，空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)約為21%。那我們?nèi)绾魏啽愕墨@得空氣中氧氣？
學(xué)生：分離液態(tài)空氣法。
老師：這是利用什么原理？
學(xué)生：利用氧氣和氮?dú)獾姆悬c(diǎn)不同。
老師：這幅圖片清晰的展示了分離液態(tài)空氣法的過程。氮?dú)夥悬c(diǎn)-196℃低于氧氣，先被分離出來。留在鋼瓶中的是呈淡藍(lán)色的液態(tài)氧氣。
老師：除此方法以外，實(shí)驗(yàn)室如何獲得純凈的氧氣？
學(xué)生：高錳酸鉀制氧氣、雙氧水制氧氣、氯酸鉀制氧氣。
老師：非常好！大家在頭腦中回憶出這些制法的裝置圖。等待10s。給出兩套裝置圖。（固體加熱型、固液無需加熱型）。
老師：第二套裝置最大的優(yōu)點(diǎn)是什么？
學(xué)生：控制反應(yīng)速率。
老師：這套裝置能不能隨時(shí)控制反應(yīng)的發(fā)生與停止？
學(xué)生：不能。
老師：請大家思考一下，哪一種類型的發(fā)生裝置可以實(shí)現(xiàn)控制反應(yīng)起止？
學(xué)生：啟普發(fā)生器及其變體。
老師：非常好！給出帶有孔塑料墊片的啟普發(fā)生器變體。
老師：二氧化錳催化分解雙氧水能否利用此裝置實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)控制反應(yīng)起止？
學(xué)生：不行！二氧化錳為粉末狀固體，會(huì)從有孔塑料墊片上漏下，無法實(shí)現(xiàn)固液分離。
老師：同學(xué)們回答的很對！實(shí)驗(yàn)室的二氧化錳固體一般為粉末狀固體，的確無法實(shí)現(xiàn)。假如老師將粉末狀二氧化錳變成塊狀二氧化錳固體是否就能實(shí)現(xiàn)？
學(xué)生：可以，但是如何變成固體？壓縮？
老師：給出圖片。利用很常見的一種食品添加劑：海藻酸鈉。播放利用海藻酸鈉制備二氧化錳球的視頻教程，并給學(xué)生展示最終的產(chǎn)品。
老師：實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。我們必須通過什么來證明猜想？
學(xué)生：實(shí)驗(yàn)！
實(shí)驗(yàn)一：制備并檢驗(yàn)氧氣。（邀請學(xué)生一起實(shí)驗(yàn)）
1.連接裝置、檢查裝置氣密性。用鑷子取二氧化錳球置于有孔塑料墊片上方。加入6%的雙氧水溶液，觀察。
二氧化錳球表面的氣泡慢慢變多，反應(yīng)速率越來越快。
2.用帶火星的小木條檢驗(yàn)生成的氣體。
帶火星的小木條復(fù)燃。
3.關(guān)閉活塞。
試管內(nèi)的液體被壓回長頸漏斗中，固液分離，反應(yīng)停止。
老師：利用此裝置我們實(shí)現(xiàn)了控制反應(yīng)的發(fā)生與停止。利用此裝置這一特征可以改進(jìn)書本上很多基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。例如：
實(shí)驗(yàn)二：氧氣的性質(zhì)
老師：書本上利用三個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證氧氣的性質(zhì)活潑。同學(xué)們還記得是哪三個(gè)實(shí)驗(yàn)嗎？
學(xué)生：蠟燭在氧氣中燃燒、木炭在氧氣中燃燒、鐵絲在氧氣中燃燒。
老師：蠟燭在氧氣中燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣在集氣瓶壁上液化使得瓶壁模糊，無法清晰地觀察到劇烈燃燒的現(xiàn)象。我們可以通過此裝置改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。
1.蠟燭在氧氣中燃燒
點(diǎn)燃蠟燭直立在桌上，打開活塞，將氧氣通過尖嘴導(dǎo)管（膠頭滴管改裝）直接噴到蠟燭火焰上方。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
現(xiàn)象：清晰地觀察到蠟燭迅速熔化，劇烈燃燒，發(fā)出白光，放出大量熱。
老師：同理，我們可以改進(jìn)木炭在氧氣中燃燒實(shí)驗(yàn)。
2.木炭在氧氣中燃燒
用鑷子取木炭置于酒精燈火焰上方加熱至赤紅，打開活塞，將氧氣通過尖嘴導(dǎo)管直接噴到木炭上方。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
現(xiàn)象：赤紅的木炭劇烈燃燒，發(fā)出白光，放出大量熱。由于反應(yīng)劇烈還能看到木炭斷裂蹦出火星。
老師：在開放環(huán)境下可以更清晰地觀察到反應(yīng)的現(xiàn)象，鐵絲在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)?zāi)懿荒芤苍陂_放環(huán)境下進(jìn)行？
學(xué)生：實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。
3.鐵絲在氧氣中燃燒
打磨鐵絲繞成螺旋狀，在鐵絲的末端系上一段濾紙并蘸取少量酒精，另一端系在坩堝鉗上。打開活塞，產(chǎn)生氧氣。點(diǎn)燃濾紙，快要燃盡時(shí)將濾紙置于導(dǎo)管尖嘴處。觀察現(xiàn)象。
實(shí)驗(yàn)成功：
現(xiàn)象：鐵絲在尖嘴口上方劇烈燃燒，火星四射，放出大量熱，生成黑色固體。
實(shí)驗(yàn)利弊分析：
利：①近距離觀察到鐵絲在氧氣中燃燒的現(xiàn)象；
②不用提前制備氧氣，不用擔(dān)心氧氣逸出導(dǎo)致濃度降低，實(shí)驗(yàn)失敗。
弊：開放環(huán)境下鐵絲燃燒劇烈，火星四射，具有一定危險(xiǎn)性。實(shí)驗(yàn)失敗率高。
實(shí)驗(yàn)失敗：
現(xiàn)象：鐵絲紅熱后不燃燒，或者有微小的火星。
原因分析：
①濾紙未接近燃盡時(shí)就置于尖嘴處，消耗大量氧氣，使周圍氧氣濃度下降；
②氧氣產(chǎn)生速率過慢，濃度達(dá)不到鐵絲燃燒所需的最低值；
③尖嘴處橫截面積小，氧氣的濃度低。可改用較粗的玻璃導(dǎo)管。
教師總結(jié)：
①改進(jìn)實(shí)驗(yàn)有利有弊，需要辯證看待；
②實(shí)驗(yàn)失敗需要及時(shí)找出原因并完善實(shí)驗(yàn)；
③實(shí)驗(yàn)失敗往往比實(shí)驗(yàn)成功能學(xué)到更多東西。
【習(xí)題鞏固】
老師：性質(zhì)活潑的氧氣在日常生活中有許多用途，最常見的就是能供給呼吸，我們通過一道習(xí)題鞏固一下：
例題1：潛水艇里要配備氧氣的再生裝置，以保證長時(shí)間潛航。有以下幾種制氧氣的方法：①加熱高錳酸鉀 ②電解水 ③在常溫下，過氧化鈉固體（Na2O2）與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和氧氣。
（1）寫出方法③的化學(xué)方程式 。
（2）你認(rèn)為最適合潛水艇里制氧氣的方法是 （填序號）與其他方法相比，寫出這種方法的優(yōu)點(diǎn)： 。
學(xué)生：（1）2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2；
（2）③；不需要消耗大量的能源而且還可以消耗呼吸產(chǎn)生的二氧化碳。
過渡：除了供給呼吸，氧氣還能支持燃燒，我們通過另一道題目來復(fù)習(xí)：
例題2：一種有機(jī)物16g，在氧氣中充分燃燒生成二氧化碳44g，水36g。問：
（1）該有機(jī)物由 元素組成；
（2）有機(jī)物中各元素質(zhì)量比為 ；
（3）有機(jī)物中各元素原子個(gè)數(shù)比為 ；
（4）假如該有機(jī)物相對分子質(zhì)量為16。求該有機(jī)物化學(xué)式 。
學(xué)生：（1）C、H （2）m(C):m(H)=3:1 （3）n(C):n(H)=1:4 （4）CH4
過渡：甲烷是天然氣的主要成分，也是可燃冰的主要成分。2017年5月18日，中國在南海成功試采可燃冰，它將推動(dòng)世界能源利用格局的改變。現(xiàn)在我們通過一道例題走進(jìn)可燃冰的世界。
例題3：2017年5月18日，中國在南海成功試采可燃冰，它將推動(dòng)世界能源利用格局的改變。可燃冰是在高壓低溫環(huán)境條件下形成的可以燃燒的“冰塊”。
（1）在可燃冰中，水分子形成一種空間籠狀結(jié)構(gòu)，甲烷和少量N2、CO2等分子填入籠內(nèi)空隙中，無固定的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，因此可燃冰屬于_________。（選填“純凈物”或“混合物”）
（2）工業(yè)上，可以利用甲烷獲得氫氣，其反應(yīng)的微觀示意圖如下：
①圖1所示反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________________。
②在圖2橫線處補(bǔ)全相應(yīng)微粒的圖示。
學(xué)生：（1）混合物；
（2）①②
【課堂總結(jié)】
老師：這節(jié)課我們以氧氣的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)為主線，從氧氣的發(fā)現(xiàn)、含量、獲得、性質(zhì)、用途五個(gè)方面再探氧氣。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，大家不僅學(xué)習(xí)到許多氧氣的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，還會(huì)根據(jù)要求自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。最難能可貴的是能理性的對創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評價(jià)，分析利弊和失敗原因。老師也收獲頗豐！希望大家能保持科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度在化學(xué)學(xué)習(xí)的道路上奮勇前行！今天這節(jié)課到此結(jié)束。
【板書設(shè)計(jì)】
再探氧氣
(
氧氣
含量
獲得
性質(zhì)
用途
)
(
含量
)
【教學(xué)反思】
1.氧氣的含量教學(xué)環(huán)節(jié)：本次采用畫圖加解說的方法展示學(xué)生設(shè)計(jì)的作品。準(zhǔn)備簡單、節(jié)約時(shí)間，但是互動(dòng)效果較差且學(xué)生印象不深刻。如果換成是實(shí)驗(yàn)儀器并讓他們自己組裝展示，學(xué)生的興趣將更濃，同時(shí)也鍛煉了他們的動(dòng)手能力。
2.氧氣的性質(zhì)教學(xué)環(huán)節(jié)：用高清攝像頭將三種物質(zhì)在氧氣中燃燒的現(xiàn)象投影到一體機(jī)上，可以讓所有學(xué)生清晰地觀察到反應(yīng)現(xiàn)象。
3.鐵絲在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)兩次均失敗，原因可能是氧氣產(chǎn)生速率過慢，濃度達(dá)不到鐵絲燃燒所需的最低值。也有可能是尖嘴處橫截面積小，氧氣的濃度低。可改用較粗的玻璃導(dǎo)管。

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