2.1 我们周围的空气 第1课时（教学设计）化学新教材人教版九年级上册

该初中化学教学设计聚焦空气的组成及物质分类核心知识，从生活现象切入引导学生证明空气存在，通过梳理空气成分发现史与实验探究，承接前序实验操作，为后续氧气性质学习铺垫，构建知识支架。 资料融合化学史与实验探究，通过拉瓦锡实验原理分析、红磷实验误差讨论培养科学思维，易混物质辨析落实物质分类，提升学生证据推理能力，为教师提供结构化教学流程和针对性训练，助力核心素养培养。

课题1 我们周围的空气 第1课时 空气的组成 年级 九年级 学科 化学 课型 新授课 教材 人教版九年级化学 第二单元 课题1 第1课时 教学目标 1. 通过梳理空气成分发现史与测定空气中氧气含量实验，了解空气的主要成分，建立纯净物与 混合物的分类判断标准。 2. 通过观察测定空气中氧气含量的实验现象，学会从实验现象推导物质组成的分析方法，形成 基于实验证据推导结论的化学思维。 3. 通过对物质的简单分类学习，学会准确区分常见的纯净物与混合物，建立用物质分类视角认识身边化学物质的意识。 教学重点 空气的主要成分及体积分数；纯净物和混合物的概念及区分方法。 教学难点 测定空气中氧气含量的实验原理、操作要求及误差分析。 教材分析 本节教学内容源于人教版九年级上册第二单元《我们周围的空气》课题1第1课时《空气的组成》，是学生系统探究身边化学物质的开篇内容，具有承前启后的重要作用：承接第一单元所学的实验基本操作方法，为后续氧气的性质、制取等内容的学习奠定探究思路基础，也为后续元素、化合物等相关知识的学习铺垫物质分类的思维方法。 依据课标要求，本节内容围绕“空气的组成”“物质的分类”两个核心模块展开：先从生活情境引入证明空气存在的实例，再沿着空气成分发现史的脉络，从拉瓦锡的经典定量实验延伸到实验室测定空气中氧气含量的探究实验，总结空气各组分的体积占比，再由空气的组分差异引申出纯净物、混合物的分类标准，符合学生从具象到抽象的认知规律，同时渗透实验证据推理、科学史实证的化学核心素养。 学情分析 教学对象是初三年级学生，刚接触化学学科，对化学实验探究有较强的好奇心，生活中对空气的直观感知丰富，小学科学及前期化学入门学习中已经积累了“空气是真实存在的”“燃烧需要氧气”等碎片化认知，但尚未形成系统的物质组成研究思路，也没有建立明确的物质分类判断标准。 从认知特点来看，初三学生仍以具象思维为主，对密闭体系内压强变化、实验误差分析等抽象内容理解难度较大，容易出现“混淆烟和雾”“依据字面意思判断纯净物和混合物（如误认为冰水混合物是混合物、洁净的空气是纯净物）”等典型误区。学生已经掌握了基础的实验操作技能，但基于实验现象推导结论的逻辑思维尚未成熟，教学中需结合演示实验、生活实例降低抽象内容的理解难度，逐步引导学生建立“现象-证据-结论”的探究逻辑，落实核心素养培养要求。 教学过程 教学内容 设计意图 环节一 情境导入 【引入】空气是我们每时每刻都离不开的物质，它无色无味、看不见摸不着，但是真实存在于我们周围。 【教师提问】大家结合生活经验，思考哪些现象可以证明空气的存在？ 【学生思考】学生自由发言，举例：吹气球时气球鼓起、刮风时国旗/树叶晃动、给车胎打气后车胎鼓起来、空杯子倒扣入水中水不会完全进入杯子等。 【讲解】大家举的例子都非常准确，空气是由多种物质组成的混合体系，今天我们就一起来探究空气的组成，以及物质的分类方法。 从学生熟悉的生活现象切入，降低新知识的陌生感，激发学习兴趣，顺利引入本课时主题。 环节二 空气的组成 问题一 空气成分是如何被发现的？ 【引入】17世纪之前，人们普遍认为空气是单一成分的物质，后续经过几代科学家的实验探究，才逐渐揭开了空气组成的面纱。 【教师提问】大家结合课前预习的化学史内容，梳理空气成分发现过程中的关键科学家及他们的贡献？ 【学生思考】学生结合预习内容回答： 1.1772年英国科学家卢瑟福发现空气中存在氮气； 2.1773年前后瑞典的舍勒、英国的普利斯特里分别独立制得了氧气； 3.法国科学家拉瓦锡通过定量实验首次明确空气由氮气和氧气组成，氧气约占空气体积的1/5。 【讲解】大家梳理的时间线非常清晰，拉瓦锡首次采用定量研究的方法开展化学实验，奠定了近代化学实验研究的基础，也为我们明确空气的组成提供了科学依据。 问题二 拉瓦锡是如何研究空气成分的？ 【引入】拉瓦锡为了完成该实验连续加热了12天，这个经典实验的设计逻辑是什么 样的？ 【教师提问】拉瓦锡实验的反应原理是汞 + 氧气 氧化汞，其中汞是银白色液 体，氧化汞是红色固体，结合反应特点思考： 1.该实验测定氧气含量的核心原理是什么？ 2.实验对药品和装置分别有什么要求？ 3.为什么需要连续加热12天？ 【学生思考】学生分组讨论后发言： 1.汞和氧气反应后消耗了气体，生成固体，装置内压强会减小，进入装置的液体体积 就是消耗的氧气体积； 2.药品应该只能和氧气反应，生成物不能是气体，不然压强不会明显减小；装置不能 漏气，不然外界空气会进入干扰实验； 3.加热时间长是为了把装置内的氧气完全消耗完。 【讲解】大家的推导完全正确： 1.实验核心逻辑：消耗密闭装置内的氧气，生成非气态产物，使装置内压强低于外界 大气压，通过进入装置的液体体积定量测得氧气体积； 2.药品要求：只能与空气中的氧气反应，生成物为固体/液体（几乎不占体积，实验误 差小）； 3.装置要求：气密性良好，避免外界空气进入干扰实验； 4.连续加热12天的目的：确保装置内的氧气被完全消耗，保证测定结果准确。 问题三 实验室如何确定空气中氧气含量？ 【引入】拉瓦锡的实验用到的汞有剧毒，且实验耗时长，我们实验室采用红磷作为反应物优化该实验，更加安全高效。 【教师提问】我们观看完红磷测定空气中氧气含量的实验视频后，思考以下问题： 1.实验过程中可以观察到哪些现象？最终能得到什么实验结论？ 2.水为什么会进入集气瓶？预先在集气瓶里放少量水的目的是什么？ 3.实验中，进入集气瓶内的水的体积常小于集气瓶空气总容积的1/5，可能的原因有什么呢？ 4.实验中，进入集气瓶内的水的体积常大于集气瓶空气总容积的1/5，可能的原因有什么呢？ 5.实验中，集气瓶中的水上升到约1/5后，不能继续上升，说明剩余气体有什么性质？ 【学生思考】学生结合实验现象分组讨论后发言，教师引导学生修正错误表述： 1.实验现象是红磷燃烧，产生大量白烟，并放出热量；冷却后，打开弹簧夹，烧杯中的水顺着导管流入集气瓶，进入集气瓶中水的体积约占瓶内空间的1/5。实验结论是氧气约占空气总体积1/5。 2.水进入集气瓶的原因是红磷在密闭的集气瓶内充分燃烧，消耗了空气中的氧气，生成五氧化二磷固体，使瓶内压强减小，在外界大气压的作用下水进入集气瓶。瓶中预先加入少量水的目的是吸收五氧化二磷，防止空气污染；降温，缩短冷却时间。 3.小于1/5可能是红磷的量不足导致集气瓶中的氧气不能耗尽、装置漏气导致装置外的空气进入集气瓶中、未等冷却到室温打开弹簧夹导致装置内气体受热膨胀，压强偏大，进入的水会偏少； 4.大于1/5可能是红磷点燃后燃烧匙伸入集气瓶过慢导致有部分空气受热膨胀逸出，进入的水会偏多；弹簧夹未夹紧导致红磷燃烧时，装置内部分空气受热膨胀沿导管逸出。 5.剩余气体化学性质不能燃烧也不支持燃烧；物理性质难溶于水。 【讲解】首先明确该实验的反应原理：红磷 + 氧气 五氧化二磷，大家对现象和原理的分析都很准确，这里需要强调：“烟”是固体小颗粒，“雾”是小液滴，红磷燃烧生成的是五氧化二磷固体，所以描述为“大量白烟”，不能写“白雾”。 知识总结 空气各成分的体积分数为： 成分 体积分数 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% 【对应训练1】兴趣小组利用氧气传感器检测足量红磷在空气中燃烧时氧气的含量，结果如图所示。下列说法正确的是(　　) A．空气中氧气的质量分数为21% B．燃烧时，容器内产生大量白雾 C．恢复至室温，容器内压强比燃烧前小 D．红磷燃烧将容器内的氧气全部消耗 【答案】C 【解析】A选项空气中氧气是体积分数为21%，不是质量分数；B选项红磷燃烧产生白烟，不是白雾；D选项由传感器数据可知，反应结束后还有少量氧气剩余，并未完全消耗；C选项氧气被消耗，恢复室温后压强小于反应前，正确。 【对应训练2】空气中体积分数最大的气体是(　　) A．氮气 B．氧气 C．稀有气体 D．二氧化碳 【答案】A 【解析】空气中氮气体积分数为78%，是含量最高的气体。 【对应训练3】如图装置可用于测定空气中氧气的含量，实验前在集气瓶内加入少量水，并做上记号。下列说法中不正确的是(　　) A．该实验证明空气中氧气的含量约占空气体积的1/5 B．实验时红磷一定要过量 C．实验前一定要检验装置的气密性 D．红磷燃烧产生大量白雾，火焰熄灭后立刻打开弹簧夹 【答案】D 【解析】红磷燃烧产生白烟，且需要冷却至室温后再打开弹簧夹，否则气体受热膨胀，进入的水体积偏小，D错误。 通过化学史的梳理，让学生体会科学探究的渐进性，理解定量实验在化学研究中的重要价值，渗透科学态度与素养的培养。 引导学生从反应特点出发推导实验原理，为后续实验室测定空气中氧气含量的实验做知识铺垫，培养学生的逻辑推导能力。 通过实验现象分析、误差推导、性质归纳的递进式设问，突破“测定空气中氧气含量的实验原理”这一课时难点，培养学生基于实验证据推导结论的化学思维。 环节三 物质的分类 问题四 如何区分空气与氧气 【引入】我们知道空气是由氮气、氧气等多种物质组成的，而氧气只含有一种物质， 化学上根据组成物质的种类，将物质分为纯净物和混合物两类。 【教师提问】大家结合两类物质的定义，判断以下物质属于纯净物还是混合物，并说 明判断依据：五氧化二磷、冰水混合物、洁净的空气、澄清石灰水。 【学生思考】学生发言，部分学生易出现误区：认为冰水混合物是混合物，洁净的空 气是纯净物，教师引导学生从“物质种类数”的核心标准修正判断： 1.五氧化二磷：只有一种物质，是纯净物； 2.冰水混合物：冰和水都是H2O，只有一种物质，是纯净物； 3.洁净的空气：含有氮气、氧气等多种物质，是混合物； 4.澄清石灰水：含有氢氧化钙和水两种物质，是混合物。 【讲解】我们明确两类物质的核心差异： 1.混合物：由两种或两种以上物质混合而成，无固定的物理和化学性质，不能用单一 化学符号表示，比如空气、海水、合金、溶液等； 2.纯净物：只由一种物质组成，有固定的物理和化学性质，可以用专门的化学符号表 示，比如O2、CO2、P2O5等。 注意区分误区：不能通过字面含义判断，“洁净”“混合”不是分类依据，比如“洁净的空 气”还是混合物，“冰水混合物”是纯净物。 【对应训练1】世间万物种类繁多，但宏观上根据组成可将物质进行分类。 （1）纯净物和混合物属于如图关系中的______关系。 （2）以下物质属于混合物的有______（填序号）。 ①洁净的空气 ②冰水混合物 ③铜锌合金 ④液氧 ⑤二氧化碳 ⑥75%的医用酒精 【答案】（1）并列；（2）①③⑥ 【解析】纯净物和混合物是根据物质种类数划分的两类并列的物质类别；①含多种气体；③含铜和锌两种金属；⑥含酒精和水，都是混合物；②只有水；④只有O2、⑤只有CO2，都是纯净物。 【对应训练2】下列属于纯净物的是 （填序号），请写出纯净物的化学符号。 ①氧气 ②稀有气体 ③汞 ④红磷         ⑤五氧化二磷 ⑥冰水共存物 ⑦河水 ⑧澄清石灰水 【答案】①③④⑤⑥；对应化学符号：O2、Hg、P、P2O5、H2O 【解析】②稀有气体是氦、氖、氩等气体的总称，是混合物；⑦河水含有可溶性杂质、⑧澄清石灰水含氢氧化钙和水，都是混合物。 知识总结 类别 纯净物 混合物 定义 只由一种物质组成 由两种或两种以上物质混合而成 特点 有固定组成和性质，可用化学符号表示 无固定组成和性质，各成分保持原有性质 实例 O2、P2O5、冰水混合物 空气、海水、75%医用酒精 通过易混物质的辨析，让学生掌握“物质种类数”这一核心分类标准，建立用分类视角认识化学物质的意识，落实课时重点。 课堂小结 七、板书设计 课题1 我们周围的空气 第 1课时 空气的组成 一、空气的组成 1.空气成分发现史 拉瓦锡钟罩实验：首次证明空气由O2和N2组成，O2约占空气体积1/5 2.空气中氧气含量测定实验 （1）反应原理：红磷 + 氧气 五氧化二磷 （2）实验现象：红磷燃烧产生大量白烟，冷却后进水约占瓶内空气体积1/5 （3）实验结论：O2约占空气总体积的1/5 （4）误差分析： <1/5（红磷不足、装置漏气、未冷却开弹簧夹）； >1/5（伸入燃烧匙过慢、弹簧夹未夹紧） 3.空气成分（体积分数） N2：78%、O2：21%、稀有气体：0.94%、CO2：0.03%、其他气体和杂质：0.03% 二、物质的分类 类别 纯净物 混合物 定义 只由一种物质组成 由两种或两种以上物质混合而成 特点 有固定组成和性质，可用化学符号表示 无固定组成和性质，各成分保持原有性质 实例 O2、P2O5、冰水混合物 空气、海水、75%医用酒精 随堂练习 1.夏天从冰箱里拿出来的饮料，放置片刻后，饮料瓶外壁会潮湿，说明空气中含有(　　) A．氮气 B．氧气 C．水蒸气 D．二氧化碳 【答案】C 【解析】从冰箱取出的饮料温度较低，空气中的水蒸气遇冷会液化成小水滴附着在饮料瓶外壁，使瓶身潮湿，氮气、氧气、二氧化碳常温下不会遇冷液化形成可见的小液滴，因此该现象可证明空气中含有水蒸气，故选C。 2.科学家在真空条件下成功制得了盐粒状的“氮5”（N5），并预测它可能成为火箭和导弹的理想燃料。“氮5”属于(　　) A．混合物 B．纯净物 C．氮气 D．稀有气体 【答案】B 【解析】“氮5”有固定的化学式N5，只由一种物质组成，符合纯净物的定义；其分子构成与氮气（N2）不同，不属于氮气，也不属于稀有气体，故选B。 3.某兴趣小组探究“测量空气中氧气的体积分数”，用传感器测出相关数据，压强和氧气的体积分数随时间变化的曲线如图所示。下列说法错误的是(　　) A．由图2可知图1装置气密性良好 B．由图2可知反应开始时压强增大，其原因是燃烧放热 C．由图3可知用白磷代替红磷，测定结果更准确 D．由图3可知火焰熄灭后，反应即停止 【答案】D 【解析】A选项：若装置气密性不好，反应后压强会最终恢复至初始压强，图2压强最终稳定在初始值的约4/5，说明装置气密性良好，表述正确；B选项：红磷燃烧放热，使装置内气体受热膨胀，因此反应初期压强增大，表述正确；C选项：白磷着火点更低，能消耗更多的氧气，因此测定结果更准确，表述正确；D选项：火焰熄灭是因为装置内氧气浓度过低，不足以支持燃烧，此时反应并未完全停止，还有少量氧气剩余，表述错误。故选D。 4.判断下列物质中哪些是纯净物，哪些是混合物，把序号填在对应的横线上。 ①雨水 ②煤 ③生理盐水 ④氮气 ⑤牛奶 ⑥冰水 ⑦二氧化碳 ⑧铁 ⑨洁净的空气 纯净物： ；混合物： 。 【答案】④⑥⑦⑧；①②③⑤⑨ 【解析】纯净物只由一种物质组成：④氮气（N2）、⑥冰水（只含H2O一种物质）、⑦二氧化碳（CO2）、⑧铁（Fe）均为单一物质，属于纯净物；混合物由两种或两种以上物质组成：①雨水含有可溶性杂质、②煤是复杂的含碳混合物、③生理盐水是氯化钠和水的混合物、⑤牛奶含有水、蛋白质等多种物质、⑨洁净的空气含有氮气、氧气等多种气体，均属于混合物。 教学反思 本节课以生活情境导入，结合空气发现史与实验探究开展教学，契合九年级学生的认知特点，多数学生能熟练掌握空气成分占比、准确区分常见纯净物与混合物，基本达成预设教学目标。但在氧气含量测定的误差分析环节，部分逻辑能力较弱的学生对“进水体积大于1/5”的原因理解不够透彻，后续可增设小组讨论环节，引导学生自主梳理误差来源，加深理解。整体教学节奏适中，后续可针对基础薄弱学生增加物质分类的针对性练习，巩固学习效果。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $