2.1 空气的组成（第一课时） 教学设计--- 2025-2026学年九年级化学沪教版（2024）上册

本文围绕“空气的组成”展开，涵盖空气成分发现史、氧气含量测定实验、空气成分及用途、混合物与纯净物概念等核心知识点。承接学生对空气初步认知，为后续化学学习奠基。通过实验探究、分析讨论等环节，培养学生化学观念、科学思维、科学探究与实践及科学态度与责任等核心素养。 本教学设计创新点在于紧密联系生活实际，采用问题引导、小组讨论等特色教法。从学生层面看，提升其实践与分析能力；对教师而言，提供清晰授课路径；课堂效果上，增强互动性，有效突破教学难点。

空气的组成（第一课时） 教学目标 通过 “测定空气中氧气含量” 的实验操作，学会规范使用实验仪器，如集气瓶、燃烧匙、导管等，提升实验动手能力。在实验过程中，能够敏锐观察实验现象，如红磷燃烧产生大量白烟、冷却后打开止水夹水进入集气瓶等，并对现象进行合理分析，得出相应结论，培养实证意识和科学探究精神。能设计简单实验方案，探究空气中其他成分的性质或验证相关假设，提升实验设计与实践能力。 重点难点 空气的主要成分及体积分数：清晰掌握氮气占空气体积的 78%、氧气占 21%、稀有气体占 0.94%、二氧化碳占 0.03%、其他气体和杂质占 0.03%，并能理解体积分数的含义，运用其进行简单计算和分析。 测定空气中氧气含量的实验原理、现象及结论：深刻理解利用红磷燃烧消耗氧气，使密闭容器内压强减小，从而导致水进入容器，进入水的体积即为氧气的体积这一实验原理。准确描述实验现象，如红磷燃烧剧烈，产生大量白烟，冷却后打开止水夹，水沿导管进入集气瓶约占瓶内空气体积的 1/5 等，并能根据现象得出氧气约占空气体积 1/5 的结论。 混合物与纯净物的概念及实例判断：精准把握混合物是由两种或多种物质混合而成，没有固定的组成和化学符号；纯净物是由一种物质组成，有固定的组成和专门的化学符号。能够熟练判断常见物质属于混合物还是纯净物，如空气、合金等是混合物，氧气、水等是纯净物。 课前预习任务 查阅资料，了解 18 世纪科学家拉瓦锡测定空气成分的实验过程，思考他是如何得出空气由氧气和氮气组成，且氧气约占空气总体积 1/5 这一结论的，记录下你对实验原理和步骤的疑问。 观察生活中的物质，列举出 5 种你认为是纯净物的物质和 5 种混合物的物质，并思考你分类的依据是什么，尝试用自己的语言描述纯净物和混合物的特点。 准备一个透明塑料瓶，将其装满水，然后带到室外，倒掉瓶中的水，迅速拧紧瓶盖。思考这个操作过程与 “捕获” 空气有什么关系，瓶中现在装的主要是什么气体，尝试解释原因。 教学内容 备注 课程导入 教师活动：同学们，空气在我们周围无处不在，它与我们的生活息息相关。我们每时每刻都在呼吸空气，可对空气的组成，大家了解多少呢？ 在 17 世纪中叶以前，人们一直认为空气是一种单一成分的物质，直到 18 世纪，经过众多科学家对燃烧现象和呼吸作用的深入研究，才逐渐认识到空气的复杂性。今天，我们就一起沿着科学家的探索之路，来深入了解空气的组成。首先，大家看这幅地球大气层的图片（展示图片），思考一下大气对人类生活有哪些重要性呢？给大家 2 分钟时间思考并和同桌交流。 学生活动：认真观察图片，积极思考并与同桌交流，之后有同学举手发言。有的同学说大气能提供呼吸的气体，有的说能保护地球免受陨石撞击，还有的说能调节地球温度等。 教师总结：大家说得都很对，大气不仅为我们提供生命所需的氧气，还在很多方面保障着地球的生态平衡和人类的生存。那接下来，我们就具体探究空气的组成。 空气成分的发现史 教师活动：在众多研究空气组成的科学家中，法国化学家拉瓦锡的实验具有重大意义。（展示拉瓦锡实验的图片）他借助天平，以液态的金属汞作为研究对象，用定量的方法进行实验。他将汞放在密闭容器中加热，连续加热 12 天，发现一部分汞变成了红色粉末，同时容器内空气体积减少了约 1/5。大家思考一下，为什么空气体积会减少呢？给大家 3 分钟时间小组讨论。 学生活动：学生们分组热烈讨论，小组代表发言。有小组认为是汞与空气中的某种成分发生了反应，消耗了该成分，所以空气体积减少。 教师活动：非常好，大家分析得很有道理。拉瓦锡接着把得到的红色粉末（氧化汞）加强热，又得到了汞和氧气，而且氧气的体积恰好等于之前减少的空气体积。通过这个实验，拉瓦锡最早用实验得出了结论：空气是由氧气和氮气组成的，氧气约占空气总体积的 1/5。从拉瓦锡的实验中，大家能体会到科学家在探索过程中需要具备怎样的品质呢？ 学生活动：学生们积极回答，提到要严谨认真、善于思考、勇于尝试等。 教师总结：没错，科学探索需要严肃认真、实事求是的科学精神和态度，这也是我们在学习化学过程中要努力培养的品质。 测定空气中氧气含量的实验探究 教师活动：下面，我们仿照拉瓦锡测定空气中氧气含量的实验原则，来进行我们自己的实验探究。首先，大家观察教材中实验 2 - 1 所需的仪器（展示集气瓶、燃烧匙、导管、止水夹、烧杯等仪器），谁能说出这些仪器的名称？ 学生活动：学生们踊跃回答，准确说出各种仪器的名称。 教师活动：很好，那集气瓶中现在有没有物质呢？ 学生活动：有同学回答有空气。 教师活动：对，集气瓶中充满了空气。现在大家按教材中图 2 - 3 连接装置并进行实验，在实验过程中，要仔细观察实验现象，并记录实验结果。实验过程中要注意安全，尤其是使用酒精灯和点燃红磷时。（学生开始实验，教师巡视指导，及时纠正学生的不规范操作） 学生活动：学生们认真进行实验，观察到红磷燃烧产生大量白烟，集气瓶内温度升高，待装置冷却后打开止水夹，水沿导管进入集气瓶，约占集气瓶内空气体积的 1/5。学生们记录好实验现象和数据。 教师活动：实验结束后，我们请几个小组来分享一下你们的实验现象和结果。 学生活动：小组代表发言，描述实验现象和记录的进入水的体积。 教师总结：大家的实验现象都比较明显，大部分小组得到的进入水的体积也接近集气瓶内空气体积的 1/5。从这个实验中，我们可以得出什么结论呢？ 学生活动：学生们回答得出氧气约占空气体积 1/5 的结论，并且认识到空气中还有不与红磷反应的气体（氮气等）。 教师活动：非常正确，通过这个实验，我们不仅知道了氧气在空气中的大致含量，还能推断出空气是由多种成分组成的。那大家思考一下，如果实验中红磷的量不足，会对实验结果产生怎样的影响呢？给大家 3 分钟时间思考并讨论。 学生活动：学生们讨论后回答，红磷量不足，氧气不能被完全消耗，进入集气瓶的水的体积会偏小，导致测定的氧气含量偏低。 教师活动：回答得很好，还有其他可能导致实验误差的因素吗？ 学生活动：有同学提出装置气密性不好，会使外界空气进入集气瓶，也会导致进入水的体积偏小；未冷却至室温就打开止水夹，集气瓶内气体温度较高，压强较大，进入水的体积也会偏小等。 教师总结：大家分析得很全面，在实验过程中，我们要尽量避免这些因素，以保证实验结果的准确性。 空气的成分 教师活动：在上述探究活动的基础上，我们来共同归纳空气的主要成分。空气的成分按体积计算大约是：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%。这里要特别注意，各成分的含量是体积分数，而不是质量分数。大家可以理解为每 100 体积的空气中含氮气 78 体积，氧气 21 体积。另外，空气中各成分的含量相对稳定，但不是绝对的一成不变。比如在不同的环境中，二氧化碳的含量可能会有所波动。大家想一想，生活中有哪些场景可能会使空气中二氧化碳含量发生变化呢？给大家 2 分钟时间思考。 学生活动：学生们思考后回答，在人群密集的场所，人们呼吸会释放二氧化碳，使二氧化碳含量升高；在汽车尾气排放量大的地方，也可能导致二氧化碳含量增加等。 教师活动：非常好，大家观察生活很仔细。那我们了解了空气的成分，这些成分在生活中有哪些用途呢？我们先来看氧气，谁能说一说氧气有哪些用途？ 学生活动：学生们回答氧气可以供呼吸，如潜水、医疗急救等；还可以支持燃烧，如燃料燃烧、炼钢等。 教师活动：对，氧气的用途很广泛。那氮气又有什么用途呢？ 学生活动：有同学说氮气可以做保护气，因为它化学性质不活泼；还可以用于制造硝酸和化肥等。 教师活动：回答得很准确。稀有气体虽然含量少，但也有独特的用途，比如可以做保护气、电光源（通电发出不同颜色的光）等。通过了解这些成分的用途，我们可以看出空气对我们的生活和生产是多么重要。 混合物和纯净物 教师活动：我们知道了空气是由多种成分组成的，像这样由两种或多种物质混合而成的物质，我们称之为混合物。而像氧气、氮气这样只由一种物质组成的物质，就是纯净物。现在大家自学教材第 28 页最后两段内容，填写下面的表格（展示混合物和纯净物对比表格）。 学生活动：学生们认真自学并填写表格，内容包括混合物和纯净物的定义、组成、表示方法、性质等方面的对比。 教师活动：好，大家填写得差不多了，我们一起来看一下。（教师讲解表格内容，强调混合物没有固定的组成和专门的化学符号，各物质保持各自的性质；纯净物有固定的组成和专门的化学符号）大家能举例说明生活中常见的混合物和纯净物吗？ 学生活动：学生们积极发言，列举出混合物如空气、海水、溶液等；纯净物如蒸馏水、氧气、二氧化碳等。 教师活动：非常好，那大家思考一下，自然界中的河水、井水属于混合物还是纯净物呢？为什么？ 学生活动：学生们回答属于混合物，因为河水中含有泥沙、微生物、矿物质等多种物质。 教师活动：没错，那蒸馏水为什么是纯净物呢？ 学生活动：有同学回答蒸馏水是通过蒸馏得到的，只含有水这一种物质。 教师总结：对，判断一种物质是混合物还是纯净物，关键看它由几种物质组成。大家要能准确区分常见的物质。 课堂总结 教师活动：好，同学们，我们来总结一下今天所学的内容。今天我们学习了空气的组成，通过实验探究知道了氧气约占空气体积的 1/5，还了解了空气的成分按体积计算的大致比例，以及氮气、氧气、稀有气体等成分的用途。同时，我们学习了混合物和纯净物的概念，并能区分常见的混合物和纯净物。大家对这些内容都掌握了吗？有什么疑问可以随时提问。 学生活动：有同学提出对实验误差分析还有些不太理解，希望老师再讲解一下。 教师活动：好，那我们再回顾一下实验误差分析。实验误差主要有几个方面，一是红磷量不足，导致氧气未完全消耗，进入水的体积偏小；二是装置气密性不好，外界空气进入集气瓶，使进入水的体积偏小；三是未冷却至室温就打开止水夹，集气瓶内气体压强较大，进入水的体积偏小。大家明白了吗？ 学生活动：学生们表示明白了。 教师总结：好，课后大家要认真复习今天所学内容，完成课后相关练习题。同时，思考一下如果让你设计一个更精确测定空气中氧气含量的实验，你会怎么做？这作为我们下节课讨论的内容。今天的课就到这里，同学们再见！ 学生活动：同学们回应老师，下课。 选择题：空气中含量最多且化学性质不活泼的气体是（ ） A. 氧气 B. 氮气 C. 二氧化碳 D. 稀有气体 答案：B 解析：空气中氮气的体积分数约为 78%，含量最多，且氮气化学性质不活泼，常用作保护气。氧气化学性质比较活泼，二氧化碳和稀有气体在空气中含量不是最多的。所以选 B。 填空题：在 “测定空气中氧气含量” 的实验中，红磷燃烧的现象是（ ），反应的文字表达式为（ ）。 答案：产生大量白烟；红磷 + 氧气\(\xrightarrow[]{点燃}\)五氧化二磷 解析：红磷燃烧时会剧烈反应，产生大量白烟，这是五氧化二磷固体小颗粒分散在空气中形成的。根据化学反应事实，红磷与氧气在点燃条件下反应生成五氧化二磷，所以文字表达式如此书写。 选择题：下列物质属于纯净物的是（ ） A. 洁净的空气 B. 矿泉水 C. 冰水混合物 D. 食醋 答案：C 解析：洁净的空气中含有氮气、氧气等多种成分，属于混合物；矿泉水中含有水和多种矿物质，属于混合物；食醋中含有醋酸和水等物质，属于混合物。而冰水混合物中只有水这一种物质，只是状态不同，属于纯净物。所以选 C。 简答题：请简述测定空气中氧气含量的实验原理。 答案：利用红磷燃烧消耗密闭容器内空气中的氧气，使密闭容器内压强减小，在大气压的作用下，进入容器内水的体积即为氧气的体积。 解析：实验中红磷燃烧，与氧气发生反应，将容器内的氧气消耗掉，由于气体减少，压强变小。而外界大气压不变，在压强差的作用下，水就会被压入容器，进入水的体积就近似等于被消耗的氧气的体积，从而测定出氧气在空气中的大致含量。 ( 第 1 页 共 1 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$