师:同学们,今天我们一起学习九年级化学第二单元课题1D课时空气。首先来看这节课的学习目标:一、能说出空气的主要成分以及氮气、氧气的体积分数;二、能对空气中氧气含量测定的实验现象进行分析和解释,并得出氧气在空气中约占1/5体积的结论;三、能根据物质的组成区分纯净物和混合物。
空气是无色无味的气体,不易察觉。大家能设计一个简单实验或列举实例证明空气确实存在吗?
生:用扇子朝脸扇,有风,风是流动的空气;给车胎打气,车胎会胀起来,打进的气体就是空气;将一个空的塑料瓶倒放在盛满水的水槽中并向下压,水无法上升到顶部,因为上方的气体就是空气,倾斜后有气泡冒出,这气体也是空气。
师:非常好。那空气由什么组成呢?17世纪以前,人们一直认为空气是一种单一物质,直到18世纪才认识到空气的复杂性。许多科学家致力于研究空气的组成,如瑞典化学家舍勒、英国化学家普利斯特里,其中最有名的是法国化学家拉瓦锡所做的实验。
200多年前,法国化学家拉瓦锡受到普里斯特里和舍勒的启发,做了精细的实验。这个实验一连进行了20天,所以被称为“20天实验”。瓶颈弯曲的瓶子叫曲颈甑,瓶中装有水银,瓶颈通过水银槽与一个玻璃钟罩相通,与钟罩形成一个密闭体系,密闭容器内的气体是空气。拉瓦锡用炉火昼夜不停加热曲颈甑中的水银,在水银表面很快出现了红色粉末。实验结束时,他发现密闭容器内的空气体积约减少1/5,剩下4/5体积的气体既不能供给呼吸,也不能支持燃烧。他收集了红色粉末,用高温加热得到水银,同时释放出一种气体,而得到的气体与原先密闭容器失去的气体体积相等。拉瓦锡把占空气总体积1/5的气体称为氧气,剩余4/5体积的气体称之为氮气。通过这个实验,拉瓦锡得出空气是由氧气和氮气组成的结论。
我们来分析一下拉瓦锡实验,曲颈甑中和汞槽中的汞分别起什么作用呢?
生:曲颈甑中的汞是反应物,汞槽中的汞是标示物。
师:为什么玻璃钟罩内的汞液面会上升呢?这要从反应原理入手。该反应原理是汞和氧气在加热的条件下生成氧化汞。从状态分析,汞是液体,氧气是气体,氧化汞是固体。在反应过程中,由于气体被消耗,密闭体系的压强会降低,大气压把汞压进钟罩内。那什么现象能说明空气中氧气的含量呢?
生:玻璃钟罩内上升的汞量,因为氧气减少的体积等于钟罩内汞增加的体积。
师:今天我们将仿照拉瓦锡实验来研究空气的组成。首先看一个针筒抽气的实验,这是一套密闭装置。用手拉动注射器抽走瓶内部分空气,会看到水沿着导管从烧杯进入到广口瓶内。这是为什么呢?
生:用注射器把空气抽走后,瓶内的压强减小,大气压把水压进瓶内,抽走多少空气,倒吸的水的体积就等于瓶内被抽走的空气的体积。
师:从实验中看到被抽走的空气的体积约等于倒吸的水的体积,是因为瓶内部分空气被抽走后,密闭容器内的压强减小,大气压把水压进瓶内。我们把注射器换成燃烧匙,把广口瓶换成集气瓶,就变成课本实验。请同学们阅读课本27页的实验,找出实验的目的、实验操作以及注意事项。
生:通过阅读,我找到实验的目的是测定空气里氧气的含量。我圈出的实验操作以及注意事项的关键词是少量水、五等份、立即伸入塞紧、观察红磷燃烧的现象、冷却并熄灭、观察实验现象及水面的变化。
师:这位同学很棒,懂得从阅读中找出关键信息。下面我们带着这些阅读成果观看这个实验。
(展示空气中氧气含量的测定实验)这是一套测定空气中氧气含量的实验装置。集气瓶中加入少量水,按容量将水面以上的集气瓶高度分成五等分,做上记号。瓶口塞有带玻璃导管与燃烧匙的双孔橡皮塞,导管的出口端插入盛有足量水的烧杯中,先用弹簧夹夹紧导管中的乳胶管,检查气密性,完好后取少量红磷放在燃烧匙内,用酒精灯点燃红磷后迅速插入瓶中,并立即塞紧橡皮塞。等红磷熄灭并冷却后打开弹簧夹,观察到什么现象呢?
