2.2空气的组成与应用第1课时教学设计-2026-2027学年九年级化学北京版上册

第二节 空气的组成与应用（第一课时） 北京版 初中化学 九年级上册 一、教材分析 本课题选自北京版初中化学九年级上册第二节，是学生系统学习化学后首次接触身边最熟悉的物质——空气。教材以空气成分为主线，串联化学史与定量实验，承前启后：既承接小学科学对空气的感性认识，又为后续学习氧气性质、混合物与纯净物概念奠定基础，是培养学生实验探究能力与定量思维的重要起点。 二、四维核心素养 化学观念：认识空气是由氮气、氧气、稀有气体等组成的混合物，建立物质组成的元素观与分类观。科学思维：通过拉瓦锡实验与红磷测定实验，学习由现象推结论、由定量数据推成分比例的归纳推理方法。科学探究与实践：亲历测定空气中氧气含量的实验设计、操作、观察与误差分析，提升动手与合作能力。科学态度与责任：体会化学家探索真理的曲折历程，树立珍惜空气资源、保护大气环境的社会责任感。 三、教学重难点 教学重点：空气的主要成分及其体积分数；测定空气中氧气含量的实验原理与基本操作。教学难点：从实验现象推理空气组成的思维过程；测定实验中进水体积不足或超过五分之一的误差分析；理解选择红磷作为燃烧物的原因及实验装置气密性要求。 四、新课导入 教师演示：将一个空烧杯倒扣入水中，缓缓下压，水不能进入烧杯；再将烧杯倾斜，杯口冒出一串串气泡，水随即进入烧杯。教师提问：烧杯明明看起来是空的，为什么水一开始进不去？倾斜后冒出的气泡又是什么？学生观察、思考、讨论，在认知冲突中发现看不见却真实存在的空气，由此导入课题。 五、新课导入设计意图 【设计意图】 用直观演示制造认知冲突，把看不见的空气转化为可观察的实验现象，激发学生好奇心，自然引出课题。 六、上课过程设计意图 【设计意图】 本节课以证明空气存在、追寻发现历史、实验测定氧气含量、归纳空气组成、联系生活应用为主线，采用任务式活动贯穿全程。学生在五个层层递进的任务中，经历提出问题、设计方案、实验观察、分析推理、归纳迁移的完整探究链条，避免教师单向讲授。任务一从身边现象出发建立感性认识；任务二借助化学史感悟科学探究的曲折；任务三是核心探究活动，通过分组实验与误差讨论落实定量思维；任务四归纳空气组成并引出混合物概念；任务五联系生活体会空气价值。全程以学生活动为主体，教师仅在关键处引导追问，让学生在做中学、思中悟，发展化学观念与科学探究能力。 七、上课过程 任务一 感知空气——证明空气的真实存在 教师引导：同学们，我们每天都生活在空气里，可空气既看不见也摸不着。刚才的小演示告诉我们，空烧杯里其实并不空。请大家以小组为单位，利用桌上提供的塑料袋、注射器、水槽、蜡烛、集气瓶等器材，设计至少两种方法证明空气真实存在。要求每组推选一名代表，向全班展示你们的方法，并描述观察到的现象。 学生分组讨论并动手尝试。有的小组撑开塑料袋在空中兜一圈，迅速扎紧袋口，袋子鼓得圆滚滚，用手按压有明显弹性；有的小组将注射器活塞拉出后堵住针孔，用力推活塞却推不到底，松手后活塞自动弹回；还有的小组把集气瓶倒扣入水槽，观察到水很难进入瓶内，倾斜瓶口后有气泡不断冒出。各组代表依次上台展示，台下同学认真倾听并提出疑问。 教师追问：为什么这些现象都能说明空气存在？这些方法有什么共同思路？学生思考后回答：空气虽然看不见，但它占据空间、有体积，能够挤走水或顶住活塞。教师进一步追问：如果把塑料袋放在真空中，袋子还会鼓起来吗？学生笑着摇头，纷纷指出真空环境中没有空气，袋子不可能鼓起来。教师顺势小结：空气是一种真实存在的物质，它占据我们周围的空间，也具有质量。既然空气是物质，它是由一种成分组成，还是由多种成分混合而成？这正是今天要探究的核心问题。 任务二 追寻足迹——空气成分的发现历程 教师过渡：人类认识空气经历了漫长的过程。请同学们阅读教材中的化学史资料，以小组为单位完成下面的学习任务：第一，找出历史上先后对空气成分研究作出重要贡献的三位科学家；第二，用自己的话概括他们各自的主要观点或实验；第三，讨论拉瓦锡的实验在方法上有什么突破。讨论结束后，每组用两三句话汇报你们的发现。 学生阅读教材、组内交流。教师巡视，倾听各组讨论，适时提示：在拉瓦锡之前，人们长期认为空气是一种单一的元素，是谁首先用定量实验推翻了这一观点？ 小组汇报：第一组同学介绍，瑞典化学家舍勒和英国化学家普利斯特里先后通过加热汞灰等方法制得了一种能使燃烧更旺的气体，但受当时燃素说束缚，未能正确认识空气组成。第二组同学补充，法国化学家拉瓦锡在十七世纪七十年代，利用汞在密闭容器中连续加热十二天的定量实验，发现容器内气体体积大约减少了五分之一，剩余气体既不能支持燃烧也不能供给呼吸。拉瓦锡由此得出结论：空气是由两种气体组成的，一种能支持燃烧、供给呼吸，约占空气体积的五分之一；另一种不能支持燃烧、不供给呼吸，约占五分之四。他把前一种气体命名为氧气，后一种命名为氮气。 教师引导学生深入思考：拉瓦锡的实验与前人相比，最大的不同在哪里？学生讨论后指出，拉瓦锡不仅定性地观察现象，更定量地测量了气体体积的变化，并且把实验放在密闭体系中进行。教师总结：科学结论不仅需要敏锐的观察，更需要严谨的定量测量和严密的逻辑推理。随着后来拉姆齐等人的工作，人们又发现空气中还存在氦、氖、氩、氪、氙等稀有气体，以及少量二氧化碳和其他气体杂质。人类对空气组成的认识至今仍在不断深化。今天，我们将在课堂上模仿科学家的思路，用一套简化装置亲自测定空气中氧气的含量。 任务三 实验探究——测定空气中氧气的含量 教师出示实验装置：带刻度的玻璃钟罩或集气瓶连导管、盛水水槽、燃烧匙、红磷。教师说明实验思路：利用红磷在密闭瓶内燃烧，只消耗瓶内的氧气，且生成物为固体，瓶内气压减小，打开止水夹后水便会进入瓶中；进入水的体积，就等于被消耗的氧气体积。教师特别提醒：红磷燃烧时产生大量白烟，切勿将鼻孔凑近瓶口观察；实验前必须检查装置气密性；点燃红磷后要迅速伸入瓶内并塞紧橡皮塞；必须等装置冷却至室温后再打开止水夹。 教师演示规范操作，学生分组进行实验。各组按以下步骤进行：第一步，将集气瓶水面上方空气体积划分为五等份，做好标记；第二步，检查装置气密性，将导管一端浸入水槽水中，用手捂住集气瓶外壁，观察导管口是否有气泡冒出，松手后导管内是否形成一段稳定水柱；第三步，在燃烧匙内装入足量红磷，用酒精灯点燃后迅速伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞，观察红磷燃烧的剧烈程度、火焰颜色和产生的现象；第四步，待火焰熄灭、装置冷却至室温后，打开止水夹，观察水槽中的水进入集气瓶的现象，并记录进入水的体积占原空气体积的比例。 学生分组实验，教师巡回指导。各组陆续观察到：红磷燃烧，发出黄白色火焰，产生大量浓厚的白烟，放出热量；火焰逐渐熄灭；冷却后打开止水夹，烧杯中的水沿导管流入集气瓶，进入瓶内的水面约上升至原空气体积五等份中的第一格附近。各组记录现象与数据，完成实验报告。 实验结束，教师组织汇报交流。第一组同学汇报：我们观察到白烟充满瓶内，冷却后进水约占原空气体积的五分之一。第二组同学汇报：我们组进水明显少于五分之一，只上升了一格的三分之二左右。第三组同学汇报：我们组进水反而超过了一格，接近一格半。教师抓住三组不同数据，引导全班开展误差分析。 教师追问：为什么同样的装置，各组测得的结果并不完全一致？请大家从药品用量、装置气密性、点燃后伸入速度、冷却程度等角度讨论。学生讨论后归纳：若红磷用量不足，瓶内氧气未被完全消耗，进水体积会小于五分之一；若装置漏气，冷却过程中外界空气进入瓶内，瓶内压强差减小，进水也会偏少；若未等装置冷却至室温就打开止水夹，瓶内气体温度偏高、压强偏大，进水同样偏少。那为什么有的小组进水偏多？学生进一步讨论后想到：点燃红磷后伸入瓶内的动作过慢，瓶内部分受热空气从瓶口逸出，冷却后瓶内压强降得更多，进水就会超过五分之一；另外，导管内事先未注满水，实验后部分水留在导管中未进入集气瓶，也会造成进水读数偏少。 教师继续追问：实验中能否用木炭、硫粉或铁丝代替红磷？请结合它们燃烧后生成物的状态讨论。学生小组讨论：木炭燃烧后生成二氧化碳气体，硫燃烧后生成二氧化硫气体，它们虽然消耗了氧气，却同时生成新的气体，瓶内气体总体积没有明显减少，水不会进入瓶内；铁丝在空气中不能燃烧，无法消耗氧气。因此，测定空气中氧气含量时，所选燃烧物必须满足：能在空气中燃烧、只与氧气反应、生成物为固体。教师肯定学生的推理，并强调这一实验思想在今后定量测定中的迁移价值。 教师引导学生归纳：通过实验，我们得出结论——氧气约占空气总体积的五分之一。为什么水面只能上升到约五分之一处就不再上升？这说明剩余的五分之四气体不能支持红磷继续燃烧，也不能供给呼吸。这部分气体主要就是氮气。至此，我们用自己的双手重现了科学家的定量实验，也第一次用数据看见了空气的组成。 教师请各组把自己测得的进水比例写到黑板上，全班共同观察：大多数组的数据集中在五分之一附近，少数组略高或略低。教师引导学生体会：在科学实验中，数据完全一模一样反而是不真实的，合理范围内的误差是正常现象，关键是能够分析误差来源、改进实验操作。有学生提出疑问：如果红磷燃烧不充分，会不会有白烟残留在瓶壁上？教师肯定学生观察细致，说明白烟其实是反应生成的细小固体颗粒，冷却后会沉积在瓶底，不影响进水体积的测量。学生在追问与解答中，对实验原理和现象的理解更加深入。 任务四 归纳梳理——认识空气的组成 教师布置学习任务：结合教材提供的空气成分饼状图和数据卡片，以小组为单位完成空气成分信息卡。信息卡要求包括：空气的主要成分名称、各成分在空气中的体积分数、各成分的简单用途或特性提示。完成后每组派代表上台，用自己的方式向全班介绍空气的组成。 学生整理数据、制作信息卡。教师巡视，提醒学生注意体积分数与质量分数的区别，强调空气中各成分按体积计算时的大致比例。小组汇报：氮气约占百分之七十八，是空气中含量最多的气体；氧气约占百分之二十一；稀有气体约占百分之零点九四；二氧化碳约占百分之零点零三；其他气体和杂质约占百分之零点零三。 教师在黑板上板书空气组成数据，并引导学生体会：空气不是一种单一的物质，而是由氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳等多种物质混合而成的。由此引出混合物与纯净物的初步概念——像空气这样由两种或两种以上物质混合而成的物质叫做混合物；而氧气、氮气、二氧化碳等分别只由一种物质组成，属于纯净物。教师追问：空气中的氮气、氧气各自保持自己的性质吗？学生举例：我们能在空气中供给呼吸，是因为空气中仍然有氧气；红磷燃烧只消耗其中的氧气，氮气依然存在。教师总结：混合物中各成分各自保持原有的性质，这是认识混合物的重要视角。 教师补充介绍稀有气体：稀有气体过去曾被称为惰性气体，因为它们化学性质很不活泼，很难与其他物质发生反应。后来科学家发现，在一定条件下它们也能与某些物质反应，于是改称为稀有气体。由于它们通电时能发出不同颜色的光，被广泛用于制作霓虹灯、电光源；氦气因密度远小于空气且性质稳定，用于填充探空气球；氩气因化学性质稳定，用作焊接金属时的保护气。 任务五 学以致用——空气是一种宝贵的资源 教师过渡：空气不仅是生命赖以生存的物质基础，更是一种宝贵的自然资源。请同学们结合生活经验和教材资料，以小组为单位完成空气成分用途连连看活动：每组拿到一张任务纸，上面左侧列出氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳，右侧列出若干用途描述，小组讨论后用连线方式把成分与对应用途连接起来，并在旁边用一句话说明理由。 学生小组讨论并完成连线。教师组织汇报：氧气用于供给呼吸和支持燃烧，例如医疗急救、潜水登山、炼钢气焊；氮气因化学性质稳定，用作食品包装袋内的保护气，延长食品保质期，同时也是制取氮肥的重要原料；稀有气体用于电光源、保护气和探空气球填充气；二氧化碳是植物光合作用的原料，也用于灭火和制作碳酸饮料。 教师进一步拓展：空气中各成分在自然界中维持着微妙的平衡。随着工业发展，化石燃料大量燃烧，二氧化碳排放量不断增加，导致温室效应加剧；工厂排放的烟尘和有害气体，使空气质量下降，引发雾霾、酸雨等环境问题。请同学们课后调查本地空气质量状况，了解空气污染指数、首要污染物等概念，思考作为一名中学生，可以为保护空气做哪些力所能及的事情。 两名学生主动分享生活见闻：一位同学提到，爷爷说小时候夏天晚上能看到很多星星，现在却常常灰蒙蒙，看不清几颗；另一位同学说，每到秋冬季节，上学路上常常闻到刺鼻的煤烟味。教师倾听后引导：这些切身感受正是空气与我们每个人息息相关的体现。保护空气不是一句口号，它体现在绿色出行、节约用电、植树造林等日常行动中，也体现在今后用科学知识改善环境的不懈努力中。 课堂小结：师生共同回顾本节课的探究历程——从证明空气存在，到追寻科学家的发现足迹，再到亲自动手测定氧气含量、归纳空气组成、联系生活体会空气价值。教师强调：今天我们用定量实验的方法认识了空气，这种通过实验测量、由数据推结论的思路，将贯穿今后整个化学学习过程。希望同学们像拉瓦锡那样，保持好奇、严谨求实，在熟悉的事物中发现不简单的科学道理。 八、板书设计 【板书设计】 第二节 空气的组成与应用（第一课时） 一、空气的存在：占据空间、真实物质 二、空气成分的发现 舍勒、普利斯特里——制得氧气，未揭本质 拉瓦锡——定量实验，得出氧气约占五分之一 拉姆齐等——发现稀有气体 三、测定空气中氧气含量 原理：红磷燃烧消耗氧气，瓶内压强减小，水进入瓶内 现象：白烟、放热；进水约占原空气体积五分之一 结论：氧气约占空气体积五分之一 误差分析：进水偏少——红磷不足、漏气、未冷却； 进水偏多——伸入过慢致热空气逸出 四、空气的组成（按体积分数） 氮气 约百分之七十八 氧气 约百分之二十一 稀有气体 约百分之零点九四 二氧化碳 约百分之零点零三 其他气体和杂质 约百分之零点零三 混合物：由两种或两种以上物质混合而成 五、空气是宝贵资源 氧气：供给呼吸、支持燃烧 氮气：保护气、制氮肥 稀有气体：电光源、保护气、探空气球 二氧化碳：光合作用原料、灭火 学科网（北京）股份有限公司 $