第二节 空气的组成与应用 第1课时 （教学设计）化学北京版2024九年级上册

第二节 空气的组成与应用（第1课时） 一、知识目标 1. 能描述空气的组成，知道空气是混合物，能区分混合物和纯净物; 2. 掌握空气中氧气含量测定的实验方法及原理; 3. 了解实验系统的基础要素：实验目的、原理、操作、装置、现象和结论及其相互关系。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：学生能从宏观层面识别空气及其各成分的物理性质，又能从微观粒子视角理解各成分在化学反应中的行为，构建宏微结合观念；依据微观结构推测气体性质与用途，深化对空气化学本质的理解。 2.科学探究与创新意识：通过重现拉瓦锡测定空气成分实验，熟悉科学探究流程，提升实验设计、操作及结果分析能力；鼓励学生对经典实验提出优化思路，培育创新思维与质疑精神。 3.变化观念与平衡思想：鼓励学生对经典实验提出优化思路，培育创新思维与质疑精神；用变化观念分析空气相关化学过程，预测其发展走向。 4.科学态度与社会责任：秉持严谨、实事求是的态度开展与空气相关实验，尊重实验数据，正视误差；了解空气污染现状，树立环保意识，为改善空气质量贡献力量，增强社会责任感。 一、教学重点 1.混合物和纯净物的区分。 2.测定空气中氧气含量。 二、教学难点 学会运用分析、比较、归纳的方法，对实验中获取的信息进行整理。 本节教学内容源于新课标北京版（2024 年版）初中化学九年级上册第二章《揭示燃烧奥秘》第二节《空气的组成与应用》的第1课时。本节内容为初中化学的重要章节，在化学知识体系里扮演着奠基性角色。教材从学生熟悉的生活场景，如呼吸、刮风等现象引入，凸显空气无处不在，引发学生对空气成分的好奇。接着系统阐述空气的组成成分、各成分性质，以及在生产生活中的广泛应用，借助详实的实验案例、图表数据，把抽象的空气知识具象化，不仅关联物质分类、化学变化等基础知识，还为后续学习氧气制取、大气污染防治等内容筑牢根基，充分彰显化学学科源于生活且服务生活的特点。 本节课的授课对象为九年级学生，其认知基础与学习特点对教学设计有重要影响。在知识储备上，学生在小学科学、生物、地理课中已积累空气相关知识，如空气占据空间、动植物依赖氧气生存等，生活中也接触过燃烧、饼干受潮等现象，为学习奠定感性基础。但对“混合物”“纯净物”等化学概念完全陌生，易混淆“纯净的空气” 等概念的生活与化学含义。九年级学生正处于具象思维向抽象思维过渡阶段，对实验操作兴趣高，但对实验原理、误差分析等理性内容理解困难，存在 “冰水混合物是混合物”“用蜡烛代替红磷可行” 等认知误区。教学中需结合生活实例和实验操作，通过红磷燃烧等直观现象帮助理解抽象概念，用问题链引导分析实验细节，兼顾学生兴趣与逻辑思维培养，突破“物质分类”“实验原理”等重难点。 教学环节一 新课导入 【导入】同学们，请看大屏幕上的这些物质——早餐吃的面包、喝的牛奶，还有美丽的海水。大家先想一想：这些日常生活中常见的物质，哪些是混合物，哪些是纯净物呢？还有我们每时每刻都离不开的空气是纯净物还是混合物呢？ 【学生回答】面包、牛奶和海水应该是混合物，空气不知道是纯净物还是混合物。 【讲解】很好，同学们能结合生活经验判断，值得肯定！面包里有面粉、水、酵母等多种物质，确实是混合物；海水里有水和盐类物质，也是混合物。那空气呢？它到底是纯净物还是混合物？空气的成分是什么呢？我们该如何保护空气呢？今天这节课，我们就一起来揭开空气的“神秘面纱”。 设计意图 通过生活中常见物质提问，拉近化学与生活的距离，激发学生探究兴趣，自然引出本节课主题。 教学环节二 空气是一种混合物 活动一：空气的成分 【引入】在学习新课之前，我们先回忆一下：在科学、生物、地理课上，我们学过哪些关于空气的知识？ 【学生回答】（分组讨论2分钟后分享）科学：可以通过纸团不会湿的实验来证明空气占据空间，或者通过空气搬家的实验来观察空气的流动性。生物：动物通过呼吸空气中的氧气来维持生命，植物通过光合作用利用空气中的二氧化碳制造养分。地理：空气对气候和天气有重要影响。 【提问】大家回顾得很全面！其实空气就在我们身边，而且和我们的生活、生命活动密切相关。那生活中还有哪些现象能证明空气存在，或者说明空气由多种物质组成呢？大家想想看，比如……（拿起一个压扁的塑料袋，抖开后挤压）大家看这个塑料袋，为什么挤压时会有阻力？ 【学生回答】因为里面有空气。 【追问】对！这说明空气存在。再比如，夏天饼干放在桌上，过几天会变软，这是为什么？ 【学生回答】因为空气中有水蒸气。 【追问】非常好！还有吗？比如我们烧纸的时候，纸会燃烧，这说明空气中有什么？ 【学生回答】有氧气，因为燃烧需要氧气。 【总结】大家观察得真仔细！这些现象都告诉我们：空气不仅存在，还由多种物质组成——有氧气、水蒸气，还有其他成分。很久以前，人们以为空气只是单一的某种物质。通常状况下，空气无色、无味，不容易察觉。直到17世纪末，科学家通过对燃烧现象和呼吸作用的深入研究，才认识到空气组成的复杂性。 【讲解】现在我们对空气的了解，空气的组成成分按体积计算，空气中大约含有氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%、其他气体和杂质0.03%。但是空气的组成并非固定不变，而是与环境密切相关。比如在我们这样相对封闭的教室里，室内空气中的氧气、二氧化碳等气体的含量也随着我们的呼吸发生变化。 设计意图 ①引导学生结合跨学科知识，建立知识联系，感知空气的重要性，为后续学习奠定基础。 ②通过生活实例，让学生从感性上理解空气的组成，培养观察能力和联系生活的思维。 活动二：纯净物和混合物 【讲解】像空气这种由两种或两种以上的物质组成的，叫做混合物。混合物中各组分之间不发生化学反应，仍保持各自原来的化学性质，混合物无固定组成，无固定的化学符号。那我们来判断几个例子：海水是混合物还是纯净物？ 【学生回答】海水中有水和矿物质等其他物质，属于混合物。 【讲解】很好！同样的，像氧气这种只由一种物质组成的，叫作纯净物。纯净物有着固定的组成和确定的性质，可以用专门的化学符号来表示，例如：氮气用N2来表示，氧气用O2来表示。 【提问】冰水混合物呢？冰和水是两种物质吗？ 【学生回答】不是，冰和水都是水，只是水的不同形态，因此冰水混合物中只有水，是纯净物。 【讲解】大家总结的非常好！那么同学们根据刚才所学内容，完成下面表格。 内容 混合物 纯净物 组成 由两种或两种以上的物质混合而成，组成不固定 由一种物质组成，组成固定 表示方法 无固定符号 有固定的符号表示 性质 无固定的物理性质，混合物中各组成都保持各自的化学性质 有固定的物理性质和化学性质 举例 空气、糖水、牛奶、泥沙、海水、铝合金、米酒、自然界中的矿石等 氮气(N2)、氧气(O2)、二氧化碳(CO2) 【提问】纯净的空气是混合物还是纯净物？ 【学生回答】是混合物，因为它有多种物质。 【讲解】大家注意了！带“纯净”字样的不一定是纯净物，带“混合”字样的也不一定是混合物，关键看由几种物质组成。 设计意图 通过概念讲解和实例分析，帮助学生掌握纯净物与混合物的区分方法，突破教学重点。 教学环节三 空气中氧气含量的测定 活动一：科学家对空气的探索 【讲解】我们知道空气里有氧气，那氧气占空气的多少呢？几百年来，科学家们一直在探索这个问题。比如1674年，梅猷用蜡烛做了实验，发现燃烧后玻璃球里的水面上升了约1/30；后来舍勒、普里斯特利也做了类似实验，发现水面上升的体积不同。大家想想，为什么水面会上升？ 【学生回答】因为燃烧消耗了氧气，瓶内气压变小，水被压进去了！ 【追问】对！那为什么上升的体积不同呢？ 【学生回答】很有道理！真正科学的结论来自拉瓦锡的实验。他用汞做实验，加热12天后，发现空气体积减少了1/5，后来又通过实验证明，减少的部分就是氧气。所以他得出结论：氧气约占空气体积的1/5。 【提问】我们对比这三个实验，他们所利用的化学反应有哪些相同点和不同点？ 【学生回答】相同点：这三个化学反应都是燃烧反应，都有氧气参与。不同点：他们的反应物不同，产物不同。 【追问】实验装置有哪些相同点和不同点？ 【学生回答】相同点：三个实验都使用了密闭的容器来观察反应。不同点：容器形状大小和测量水进入体积方式不同。 【讲解】我们重新看一下拉瓦锡的实验。他将将银白色的液态汞放在一个密闭容器内中，连续加热12天 有什么现象？ 【学生回答】液态汞的表面出现红色的小颗粒，红色固体不断增加 【讲解】这个实验的原理其实是汞和氧气在加热的条件下生成氧化汞，氧化汞是红色固体。实验结束后，拉瓦锡把汞表面上所生成的红色粉末收集后，放在另一个容器里加强热。这次又有什么现象呢？ 【学生回答】红色粉末又生成了银白色物质和能使带火星木条复燃的气体，而且氧气的体积恰好等于密闭容器里所减少的体积。 【讲解】这个实验的原理是生成的氧化汞在加热条件下重新生成了汞和氧气。拉瓦锡对剩余的气体进行研究，发现剩下的气体既不供给呼吸也不支持燃烧，他认为这些气体全是氮气。拉瓦锡得出结论：空气是由1/5体积的氧气和4/5体积的氮气组成的。这是有关空气组成最早的科学结论。 【提问】我们继续看一下这几个实验。为什么选择汞，而不是前面三位科学家所用的蜡烛、氢气和金属锡作为消耗空气中氧气的物质？ 【学生回答】蜡烛燃烧会产生二氧化碳和水蒸气，影响对氧气消耗量的测定；氢气燃烧生成水，难以直观地测量体积变化；金属锡与氧气反应较慢且不够完全。汞与氧气反应生成固体，反应完全，便于准确测定氧气含量 【讲解】没错！这就是拉瓦锡实验成功的原因。那么汞槽里的汞的作用是什么？与前面三个实验中水的作用是否类似？ 【学生回答】汞槽内的汞主要起密封作用，与水作用类似。 【提问】拉瓦锡为什么要加热12天？ 【学生回答】确保汞与氧气充分反应 【追问】后续实验中加热收集到的氧化汞，为得出最终结论提供了哪些证据？ 【学生回答】加热氧化汞得到汞和氧气，证明之前消耗的氧气来源于空气。得到的氧气体积恰好等于密闭容器里减少的气体体积，为空气组成提供了直接证据。 活动二：红磷燃烧实验探究 【实验】今天我们也来做一个类似的实验，用红磷测定空气中氧气的含量。（展示实验装置）大家看这个装置：集气瓶、燃烧匙、弹簧夹，集气瓶上还标了刻度。大家注意观察红磷燃烧的现象，以及打开弹簧夹后水的变化。 【学生回答】红磷剧烈燃烧，发出黄光，产生大量白烟并放出大量热。等冷却后，打开弹簧夹后烧杯中的水倒吸入集气瓶中，进入水的体积约占集气瓶中空气体积的1/5。 【讲解】同学们观察的非常仔细！产生白烟是生成五氧化二磷固体粉末，分布在空气中形成的。水能进入集气瓶的原因是红磷燃烧消耗氧气，实际集气瓶内压强减小，在外界大气压的作用下，水进入容器。 【提问】根据实验现象，我们能得到怎样的实验结论？ 【学生回答】氧气约占空气体积的 1/5。 【提问】在实验过程中，实验操作中“夹紧”“足量”“迅速”“塞紧”“冷却至室温”等操作的原因是什么？ 【学生回答】“夹紧”“塞紧”：防止外部空气进入集气瓶或内部气体逸出。“足量”：确保集气瓶中的氧气被完全消耗。“迅速”：防止因时间过长而导致实验条件发生变化。“冷却至室温”：确保实验条件的一致性，避免因温度差异导致的误差。 【提问】实验结束后，最终进入集气瓶中的水的体积代表了什么？ 【学生回答】代表了空气中氧气的体积。 【提问】水在该实验中起什么作用？ 【学生回答】①防止集气瓶受热炸裂；②溶解生成物：吸收有毒的五氧化二磷，防治污染；③加速冷却：吸收热量，减少等待红磷熄灭后的冷却时间。 【讲解】这个实验的原理是红磷燃烧消耗掉了氧气，集气瓶内气体减少；当冷却到室温后，集气瓶内气压减小，所以打开弹簧夹时水被倒吸入集气瓶中，而水进入的体积与消耗掉的氧气体积相等。 【讲解】这个实验可以用文字表达式表示为：；符号表达式为：。 【提问】同学们思考一下，如果加入集气瓶小于1/5的原因可能是什么？ 【学生回答】装置漏气；红磷量不足；未待装置冷却到室温就打开止水夹。 【追问】那如果加入集气瓶大于1/5的原因可能是什么？ 【学生回答】点燃的红磷伸入瓶中过慢或伸入瓶中后未立即塞上塞子；最初止水夹未夹紧。 【提问】在这个实验中，能否用蜡烛、木碳、硫粉、铁丝等代替红磷进行实验？ 【学生回答】不能。木炭、蜡烛、硫粉燃烧都会生成气体，使瓶内的气体压强变化不大，导致测定结果不准确；不能用铁丝，是因为铁丝在空气中不能燃烧。 【讲解】由此可知，选择做测定空气中氧气体积实验的物质要满足两个条件：①在空气中能燃烧，且只与空气中的氧气发生反应；②燃烧后的生成物不能是气体，最好是固体，需产生压强差。 设计意图 ①通过科学史介绍，让学生了解知识的形成过程，培养科学探究精神。 ②通过提问引导学生思考实验细节，理解操作原理，培养分析能力，突破教学难点。 第二节 空气的组成与应用（第1课时） 一、空气的成分 空气的组成成分按体积计算，空气中大约含有氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%、其他气体和杂质0.03%。 二、物质的分类 混合物：由两种或两种以上的物质组成 纯净物：只由一种物质组成 三、空气中氧气含量的测定 实验原理： 实验结论：氧气约占空气体积的1/5 1.下列关于纯净物和混合物的说法中正确的是（　　） A．干净物质一定是纯净物 B．混合物各成分不能保持原有的性质 C．混合物和纯净物都有固定的组成和性质 D．混合物是由两种或两种以上物质组成 2.科学家对火星的大气进行分析，得到下表所示数据：与地球大气的成分相比，火星大气中含量更高的是（　　） A．氮气 B．氮气和氩气 C．二氧化碳和氮气 D．二氧化碳和氩气 3.英国物理学家、化学家波义耳和法国化学家拉瓦锡曾做过貌似相同的两个实验，实验如图，关于这两个实验的说法正确的是（　　） A．两个实验均可用于测定空气中氧气的含量 B．两个实验中，曲颈甑内汞的表面都有黑色物质生成 C．拉瓦锡的实验中，玻璃钟罩内汞的液面逐渐上升，达到一定高度后不再变化 D．波义耳的实验中，曲颈甑内物质加热后质量增加的现象不能用质量守恒定律来解释 4.某同学通过实验测定空气中氧气的含量，装置如图所示。实验结束后，进入集气瓶中水的体积明显大于集气瓶中原有空气体积的1/5。对这种现象解释合理的是（　　） A．可能使用红磷的量不足 B．可能没夹紧弹簧夹 C．可能装置漏气 D．可能未等冷却就打开了弹簧夹 5.某学习小组同学设计了如图装置进行实验，夹紧弹簧夹，将足量的红磷和木炭分别点燃后放入甲、乙两个集气瓶中，待反应结束恢复至室温后，再打开弹簧夹。下列有关叙述正确的是（　　） A．点燃后应将红磷和木炭迅速伸入集气瓶中 B．为防止空气污染，两个集气瓶中均应盛放适量水 C．实验结束恢复至室温后，两个集气瓶中的实验现象相同 D．该实验证明，测定空气中氧气含量时可用木炭代替红磷 本节课通过生活实例导入，结合红磷燃烧实验，较好地达成了教学目标。优点在于：一是注重跨学科联系，引导学生回忆科学、生物课中关于空气的知识，帮助建立知识网络；二是实验环节采用“观察 — 操作 — 分析”三步法，学生通过亲手操作红磷燃烧实验，直观理解了氧气含量测定原理，；三是针对“纯净物与混合物”的难点，有效纠正了“纯净的空气是纯净物”等认知误区。不足方面：实验误差分析环节，部分学生仅停留在记忆结论，未能深入理解“装置漏气为何导致结果偏小”等原理，可增加模拟动画演示气压变化；对不同层次学生关注不足，基础薄弱生在“拉瓦锡实验与红磷实验的异同”讨论中参与度低，需设计分层问题链。后续将优化实验可视化手段，加强小组合作中的角色分工，让每个学生都能深度参与。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$