7.3身边的气体物质

PAGEPAGE17.3身边的气体物质武汉市教育科学研究院王玲莉一、教学内容及学情分析CO2、CO是继O2之后的又一重要气体。此气体与日常生活联系非常紧密，学生在日常生活和前期的学习中就有所接触，在“燃烧与灭火”中，学习了二氧化碳能灭火。但对CO2、CO的性质和用途没有系统、科学的认识，甚至有一些错误的认识，比如误认为煤气有气味等。根据科学课程标准的要求，通过初中阶段的学习，学生要能说明二氧化碳的主要性质和用途、一氧化碳的还原性和可燃性，掌握实验室收集气体的基本实验技能等。武汉版的科学教材将此内容安排在7年级（下），首先从二氧化碳能够灭火这一用途入手引入二氧化碳的性质，又从比较一氧化碳、二氧化碳名称中“氧”之差引入一氧化碳的可燃性和还原性，试图通过身边的物质引导学生进行实验探究，从感兴趣的活动中增长知识和技能，并交给学生学习的方法。二氧化碳与水的反应是二氧化碳的重要性质之一，虽然教材没有介绍，但在8上教材“2.2离子及其化合物”中要利用碳酸饮料的图片介绍酸的组成。为此，在本课题的教学中要补充二氧化碳与水反应的内容。一氧化碳还原氧化铜的实验装置比较复杂，涉及可燃性气体的验纯、尾气的处理等，7年级的学生要理解其操作原理难度很大。关于二氧化碳的实验室制法，科学教材没有介绍，后续教材中也没有安排有关气体性质及制备的课题，要达到课程标准“掌握实验室收集气体的基本实验技能”的要求，此处引入二氧化碳的实验室制法很有必要。在学生学习了燃烧、一氧化碳、二氧化碳的性质等相关知识后，已经知道了一些可以生成二氧化碳的化学反应，具备了选择反应物的一些感性认识，也为补充此内容提供了可能性。由于7年级的学生还难以完成有关基本操作，因此，此处只能在原理的分析、设计的思路上下工夫，有关实验操作可在9年级学习《科学读本》时安排学生实验落实。根据科学教材的安排，有关原子结构理论和化学方程式的知识在8年级学生才能接触到，在没有掌握上述知识内容以及物质的组成、化学式的情况下，学生对反应原理的理解将会有一些困难。教学目标说明CO2的主要性质和用途。通过实验探究CO2的化学性质，经历科学探究的基本过程，体会合理的假设对探究的重要性，尝试根据实验现象提出有意义的问题。通过实验及其分析，说明一氧化碳的还原性和可燃性，经历对实验现象进行分析、判断、推理，得出正确结论的过程。知道一氧化碳的毒性和简单的防止一氧化碳对人体危害的方法，加强环保意识。通过研讨二氧化碳的实验室制法，使学生了解实验室制取气体的方法和思路，掌握实验室制取二氧化碳的化学反应原理和实验装置及操作原理（暂不要求会操作），提高学生分析和解决实际问题的能力。三、重点、难点1、教学重点：二氧化碳与水、石灰水的反应；实验室制取二氧化碳的化学反应原理、实验装置和制取方法；一氧化碳的化学性质。2、教学难点：引导学生自主发现并探究：什么物质使紫色石蕊试液变红色？实验室制取二氧化碳的方法；一氧化碳还原氧化铜实验的操作注意事项。四、课时安排及设计思路（共计4课时）第一课时：二氧化碳（CO2）列举生活中有关二氧化碳的事例，猜测二氧化碳的性质。列举生活中有关二氧化碳的事例，猜测二氧化碳的性质。学生分组实验，验证猜测。总结、交流，发现新问题：什么物质使紫色石蕊试液变红色？设计、优化并实施探究方案。交流、得出结论小结性质，归纳用途第二课时：一氧化碳（CO）演示实验一：CO、CO演示实验一：CO、CO2在水中的溶解性，引入新课。通过观察、对比归纳CO的物理性质。从煤气引出CO的可燃性。小结演示实验二：CO的燃烧CO的毒性。第三课时：一氧化碳（CO）小魔术：将在酒精灯上烧黑的铜丝伸入装有CO的集气瓶中。小魔术：将在酒精灯上烧黑的铜丝伸入装有CO的集气瓶中。引出CO的还原性。讨论、改进实验室CO还原CuO实验装置的原理、注意事项，说明理由。演示实验：CO还原CuO讨论：CO的功与过第四课时：二氧化碳（CO2）的实验室制法提出学习任务：实验室如何制二氧化碳？自主寻找方法比较优化方案。选择实验仪器提出学习任务：实验室如何制二氧化碳？自主寻找方法比较优化方案。选择实验仪器形成方案演示实验巩固拓展五、教学过程第一课时：二氧化碳（CO2）实验用仪器、药品：集气瓶、烧杯、试管、玻璃片、铁架台、橡皮塞、导气管、吸管、胶头滴管、酒精灯、试管夹、铁夹、铁皮、锥形瓶。石蕊、石蕊试液、石蕊试纸、稀硫酸、蜡烛、石灰水、二氧化碳气体。教师活动学生活动设计意图课前，请学生收集有关二氧化碳的信息。拓展学生获取知识的途径组织学生列举日常生活或学习中与CO2有关的事例，推测CO2的性质。教师归纳板书：生活的事例性质猜测（课件配合出示学生提出的事例和相应的猜测）交流发言、讨论。猜测：二氧化碳通常情况下是无色无气味的气体；二氧化碳可能溶于水；二氧化碳不能燃烧也不能支持燃烧；二氧化碳可能会变成无色液体或固体。引导学生根据已有的经验，在头脑中勾勒出对CO2的初步认识，将学生置于有意义的情景中，学习从日常生活中发现问题，并根据事实做出合理的猜测。组织学生第一次探究。提出探究任务：⑴向石灰水中吹气；⑵向有两只高矮不同蜡烛的烧杯中倾倒二氧化碳气体；⑶向紫色石蕊试液中通入CO2。多媒体播放自制的课件：紫色石蕊试液自述。指导学生分组实验；组织学生交流、讨论。观看课件。学生分组实验，记录实验现象。集体交流、讨论实验现象；写出有关反应的文字表达式；二氧化碳+氢氧化钙→碳酸钙+水学生在讨论交流中产生认知冲突：究竟是什么物质使石蕊试液变色？CO2与紫色石蕊试液的作用是本节课学生开展探究性学习的关键。学生缺乏对酸碱指示剂的感性认识，通过计算机设计拟人动画介绍紫色石蕊试液和石蕊试纸的组成、使用方法和特性，为学生开展实验探究奠定基础。通过实验探究，帮助学生学习运用观察、实验等方法获取信息，验证假设，并能够在实验中发现问题。组织学生第二次探究。明确探究任务：探究CO2通入紫色石蕊试液后，试液变红的原因。组织学生交流、讨论：猜测原因、设计实验方案。指导学生分组实验验证假设。组织学生交流、评价各小组的验证实验。猜测：石蕊变红的可能原因有空气、水、二氧化碳与水作用后的产物；二氧化碳本身等。设计实验方案：（一）向装有蒸馏水的试管中吹气，将所得试液滴到石蕊试纸上；（二）取两张石蕊试纸，一张滴蒸馏水、一张保持干燥，同时放入盛二氧化碳的集气瓶中。分组实验。交流、讨论，得出结论。二氧化碳+水→碳酸第二次探究的问题情景是建立在向紫色石蕊试液中通入CO2后，试液变红色究竟能说明什么问题的疑问之上的。由此产生认知冲突，引导学生做出新的猜想和假设、设计实验验证，突破难点。在这个过程中，学生学习的主动性、合作意识都得到了展现和提高。引导学生自学。根据有关CO2的性质，总结归纳用途。自读教材P151，二氧化碳对生活和环境的影响；讨论、交流，归纳二氧化碳的性质、用途。引导学生用化学的视角看问题，感受和体会化学的价值。通过不同的学习方式拓展学生获取知识的途径，明白性质决定用途的道理。设置实验情景：点燃高低不同的两支蜡烛，然后将一底部被剪开的饮料瓶罩在两支蜡烛上。猜测哪一只蜡烛先灭；观察实验。课后对这一现象展开讨论，提出合理的解释。再次引发学生的认知冲突，将学生的探究欲望由课内延伸到了课外。【板书设计】二氧化碳（CO2）生活中的事例→性质猜想→实验探究→合作交流→再次探究→结论第二课时：一氧化碳（CO）实验用仪器、药品：分别装有CO、CO2的试管、集气瓶、水槽、橡皮塞、导气管、酒精灯、火柴；澄清的石灰水、CO。教师活动学生活动设计意图演示实验一：展示分别盛满CO、CO2的两支试管（用橡皮塞塞紧），然后，将试管倒置在水槽中，在水中拔掉橡皮塞。引导学生观察试管内水面高度的变化，归纳出CO的部分性质。讲解：CO没有气味，密度比空气的略小。通过观察、对比，归纳CO的物理性质：通常情况下为无色的气体、难溶于水。在第一课时，学生系统学习了CO2的物理性质，本节课则通过两种气体颜色、在水中溶解性的对比，一方面复习CO2的性质，一方面认识CO。设问：CO2可以灭火，CO在生活中有什么用途呢？（介绍煤气的主要成分是CO）CO2能灭火是利用了CO2不能燃烧、也不能助燃的性质。那么，由CO可以做燃料的用途，我们可以推测CO具有哪些化学性质呢？思考、回答问题：可以做燃料。思考、回答问题：CO具有可燃性。性质决定用途，根据物质的用途推测物质的性质。使性质、用途紧密联系。演示实验二：CO的燃烧。点燃课前用排水取气法收集满的集气瓶中CO；燃烧完毕，用玻璃片盖好。请一位同学摸一下集气瓶外壁。然后倒入澄清石灰水后振荡。指导学生规范描述现象、书写CO燃烧的文字表达式。提出问题：点燃CO前是否要检验纯度？观察火焰的颜色及实验现象。CO燃烧时，产生淡蓝色火焰和大量的热；倒入澄清石灰水，振荡后变浑浊。一氧化碳+氧气二氧化碳思考为什么要验纯。可燃物在有限的空间内急剧燃烧，会引起爆炸。培养学生规范描述实验的现象。复习爆炸的概念，引入验纯，为下一节课的实验做铺垫。介绍：生活中常有煤气中毒事件发生，这是CO有毒的性质引起的。多媒体展示CO中毒的生理过程。煤不完全燃烧会产生CO。组织学生讨论：1、冬天，有人用煤炉取暖，为了防止煤气中毒，在火炉和地板上各放一盆冷水。这样做能否防止煤气中毒？为什么？2、有人说，用煤炉取暖，只要一闻到煤气味，就把火炉搬出去，就不会造成中毒，这种说法对吗？为什么？3、你知道哪些预防煤气中毒的方法吗？多媒体展示：CO的主要来源，CO中毒的预防和急救措施。观看并领悟。CO与血红蛋白结合能力比氧气强，使血液丧失载氧能力，造成人体缺氧。讨论，得出结论：因为CO没有气味不易被人察觉，难溶于水。都不能防止煤气中毒。在家用煤气中加入了少许有特殊气味的成分，一但煤气漏气，就能察觉到。了解CO的毒性及对环境的污染，加强环保意识。组织学生小结。要求学生课后查找有关CO用途的资料。小结CO的性质、用途。建立性质、用途间的联系。为CO还原性做准备。【板书设计】一氧化碳（CO）性质用途及防护措施没有颜色、没有气味的气体密度比空气的小难溶于水有毒家用煤气中加入了少许有特殊气味的成分可以燃烧气体燃料第三课时：一氧化碳（CO）实验用仪器、药品：硬质玻璃管、试管、铁架台、橡皮塞、导气管、广口瓶、集气瓶、双孔橡皮塞、酒精灯、火柴、玻璃片；铜丝、氧化铜粉末、澄清石灰水、CO。师：上一节课里，我们学习了CO的一些性质，CO有哪些性质和用途呢？生：可燃性，做燃料。有毒、没有颜色、没有气味的气体、密度比空气的小、难溶于水……师：除了做燃料外，大家在查找有关CO资料时，还发现了CO的什么用途呢？生：冶炼金属……师：对，用CO冶炼金属，就是把金属矿物质中的金属还原出来。一、明确学习任务——一氧化碳的还原性师：这节课的任务就是研究CO能不能把金属矿物质中的金属还原出来。通过上一节课的学习，大家知道CO可以跟氧气反应夺得氧生成CO2，如果CO能够把金属氧化物中的氧夺过来，不就是把金属矿物质中的金属还原出来了吗？那么CO是否具有这种性质呢？在做实验之前，我们先来看一个小魔术。小魔术：将一根插在橡皮塞上的光亮铜丝放在酒精灯火焰上烧黑，然后迅速插入装有CO的集气瓶中，塞紧瓶塞。观察铜丝上有什么现象发生。生：烧黑的铜丝又变成光亮的红色。师：铜在加热的条件下能跟空气中的氧气反应生成黑色的氧化铜，刚才的小魔术可以证明CO跟新制的热的黑色氧化铜反应，把铜给还原出来了。师：CO夺得走氧化铜（CuO）中的氧是不是也生成了CO2呢？用什么方法证明呢？生：用澄清的石灰水。师：如何操作才能看到正确的现象呢？生：打开瓶塞，将澄清的石灰水倒入集气瓶中，马上用玻璃片盖上，振荡。观察现象。请两位同学上讲台操作。生：石灰水变浑浊了。师：说明了什么？生：说明CO跟CuO反应，有CO2生成。师：对。CO能跟CuO反应，生成Cu和CO2。那么，这个反应需要在什么条件下进行呢？教师启发学生，找到加热的条件。写出反应的文字表达式。一氧化碳+氧化铜铜+二氧化碳COCuOCuCO2（设计上述小实验的目的是，先帮助学生对一氧化碳与氧化铜的反应条件、现象建立感性认识，为下一步分析实验室用CO还原CuO的装置及操作注意事项作好铺垫，以突破难点。）二、实验室CO还原CuO装置及操作原理师：刚才的小魔术是将新制的热的氧化铜伸入到CO中的，氧化铜的量较小。若氧化铜的量较大，或者是粉末状的氧化铜，刚才的方法就不好操作。下面我们来看实验室中是如何用CO还原氧化铜粉末的。请看下列装置图：讨论：1、广口瓶中的石灰水起什么作用？2、反应前，应该先加热还是先通一段时间的一氧化碳，为什么？3、反应后，应该先撤酒精灯还是一氧化碳，为什么？4、指出这套装置的不足之处，并加以改进。通过讨论，使学生明白：广口瓶中的石灰水起验证二氧化碳的作用；一氧化碳是可燃性气体，为了避免爆炸，反应前应该先通一段时间的一氧化碳，赶走硬质玻璃管中的空气后才能加热；反应后硬质玻璃管中的铜是热的，应该先撤酒精灯，待玻璃管冷却后再停止通一氧化碳，避免热的铜跟空气中的氧气反应又生成氧化铜。由于一氧化碳有毒，该装置将产生大量的尾气，污染空气。应该将尾气收集起来或者烧掉。在学生充分讨论的基础上，再拿出改进后的装置，突破难点。三、演示实验教师边讲边实验，引导学生注意观察黑色氧化铜、澄清石灰水的变化。师：由于一氧化碳具有还原性，现代高炉炼铁就是利用了一氧化碳能将氧化铁中的铁夺走的原理，在高温下用CO还原铁矿石。反应的文字表达式为：一氧化碳+氧化铁铁+二氧化碳COFe2O3FeCO2四、小结。讨论CO的功与过组织学生以事实为依据说明自己的观点，并充分展开辩论。通过辩论活动，总结一氧化碳的性质、用途。【板书设计】一氧化碳（CO）还原性：一氧化碳+氧化铜铜+二氧化碳COCuOCuCO2第四课时：二氧化碳的实验室制法一、明确学习任务师：在自然界存在很多种物质。例如，空气中有氧气、氮气，还有少量的二氧化碳等气体。为了研究二氧化碳的性质，我们需要比较纯净的二氧化碳。那么，我们在实验室如何制二氧化碳，又如何收集二氧化碳呢？今天这节课的任务，就是大家一起来寻找实验室制取二氧化碳的方法，并亲自制取二氧化碳。二、寻找实验室制二氧化碳的物质和方法师：通过前阶段的学习，我们已经知道了有很多化学反应会产生二氧化碳。那么你想选择什么物质或方法制二氧化碳呢？生：人和动物呼吸会生成二氧化碳，木炭在氧气或空气里燃烧会产成二氧化碳，蜡烛燃烧也会产生二氧化碳，还有一氧化碳与氧气反应能生成二氧化碳，一氧化碳与氧化铜反应也能生成二氧化碳……三、比较优化实验方案（通过比较、优化，突破“实验室制取二氧化碳气体选择反应思路”难点）师：在实验室，我们能不能选用这些物质或方法制二氧化碳呢？我们在选择时应该注意那些问题呢？例如，人和动物呼吸会生成二氧化碳，那如何将人呼出气体中的二氧化碳收集起来呢？生：在选择方案时，要考虑便于收集。师：还有没有其他要注意的问题呢？下面我们来一起分析大家刚才提出的几种方案。教师一边引导学生讨论，一边总结出下列表格。人和动物呼吸气体不纯，含量低，不易收集。木炭在空气里燃烧成本较高，气体不纯，不易收集。木炭在氧气里燃烧成本较高，生成物中可能含有不易分离的一氧化碳，不易收集。蜡烛燃烧气体不纯，不易收集。一氧化碳与氧化铜成本高，反应条件较高，生成物中可能混有一氧化碳，不易分离。石灰石与盐酸生成物中只有二氧化碳气体，不需要加热，可以用排水法收集……………师：通过比较，不难发现，在选择实验方案时要注意的问题。我们能不能整理一下思路呢？生：在选择实验室制取二氧化碳的方案时要求原料易得、成本尽量低，反应条件不高，反应速率适当、好控制，反应物、生成物中除了二氧化碳之外没有其它的气体物质，以便收集等等。师：说得很好。在选取药品时，我们要综合考虑各反应物的状态、成本，生成物的纯度，反应的条件和收集产品的难易，操作是否简单安全等因素。大家觉得实验室制取二氧化碳的最佳方案是什么呢？生：实验室可用稀盐酸跟大理石（或石灰石）起反应制得二氧化碳。碳酸钙+稀盐酸→氯化钙+二氧化碳+水四、选择实验室制取二氧化碳的仪器。师：选择原料之后，还要考虑选择发生装置和产品收集装置、产品检验和如何验满等问题。师：下图所示的是常用的实验装置。前面我们已经学习了实验室制氧气。看我们能不能借鉴实验室制氧气的方法来选择制取二氧化碳的仪器。选择制备装置时要考虑：反应物的状态、反应的条件。选择收集装置时要考虑：生成的气体是否易溶于水、密度的大小（与空气比）。组织学生讨论，选取正确的仪器。教师组织学生讨论如何检验装置的气密性、检验二氧化碳、如何验满后，拿出下列如图所示方案。五、演示实验：二氧化碳的实验室制法。教师边讲边实验，学生观察。六、延伸拓展。师：常言道，有比较才有鉴别。学会了根据所给条件进行比较，然后选择最佳方案的方法，当变换条件时你就可以有目的的选择，就可以“举一反三”了。请看下面几个题：1．现有试管、塑料软管以及澄清的石灰水，请用最简单的实验方法验证二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊。2．现有块状石灰石、石灰石粉末、碳酸钠的稀溶液和盐酸，请从中选出配制灭火器的药品。3．为保证长时间潜水，在潜水艇里要配备氧气再生装置。现有以下几种制取氧气的方法：二氧化锰二氧化锰①氯酸钾→氯化钾+氧气加热加热②氧化汞（固体）→汞（液体）+氧气通电通电③水→氢气+氧气④过氧化钠（固体）+二氧化碳→碳酸钠（固体）+氧气根据生活常识和上述文字表达式，确定其中最适合在潜水艇