第3章維持生命

1、第3章維持生命之氣-氧氣3.1認(rèn)識(shí)氧氣一、教學(xué)目的要求1. 認(rèn)識(shí)氧氣能與許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。氧氣的化學(xué)性質(zhì)比較活潑。2. 認(rèn)識(shí)什么是化學(xué)變化，了解化學(xué)反應(yīng)的基本特征。認(rèn)識(shí)化合反應(yīng)、氧化反應(yīng)。3. 認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化及一些化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象。4. 知道化學(xué)反應(yīng)在生產(chǎn)和生活中有重要用途。5. 學(xué)習(xí)從具體到抽象、從個(gè)別到一般的歸納方法。二、本課題分析本課題包括氧氣的性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)兩部分。以氧氣的性質(zhì)為核心，通過氧氣所能發(fā) 生的一些具體的化學(xué)反應(yīng)，介紹了化學(xué)反應(yīng)的基本概念和原理。這樣的編排設(shè)計(jì)是本書 的一個(gè)特點(diǎn)，把化學(xué)中描述記實(shí)部分和理論部分相互聯(lián)系起來，比較符合學(xué)生的認(rèn)識(shí)規(guī) 律。在以認(rèn)識(shí)“物質(zhì)”為

2、主的教學(xué)過程中，更應(yīng)注意突出實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)以豐富學(xué)生在認(rèn)識(shí)過 程中所需的感性材料，提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生觀察、思維和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能 力。氧氣是學(xué)生認(rèn)識(shí)具體物質(zhì)及其變化規(guī)律的開始。教學(xué)是一個(gè)特殊認(rèn)識(shí)過程，應(yīng)該有 計(jì)劃地安排一個(gè)由淺到深、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的順序，并逐步學(xué)會(huì)一個(gè)認(rèn)識(shí)物質(zhì)的模式，使 學(xué)生在以后學(xué)習(xí)探索別的物質(zhì)時(shí)，會(huì)習(xí)慣地遵循一個(gè)合理的順序，使觀察和描述做到系 統(tǒng)、全面、深入。經(jīng)驗(yàn)證明，這樣做也有助于學(xué)生的有意記憶。本課題的重點(diǎn)是氧氣的化學(xué)性質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)的概念。三、教學(xué)過程：氧氣有哪些物理性質(zhì)？通常狀況下，氧氣是一種沒有顏色、沒有氣味的氣體。 標(biāo)準(zhǔn)狀況下，氧氣的密度為1.429克/升，比空

3、氣(1.293克/升) 略大。氧氣不易溶于水，1升水中只能溶解約 30毫升氧氣。在 壓強(qiáng)為101千帕?xí)r，氧氣在約183C( 90K)時(shí)變?yōu)榈{(lán)色液 體，在約218C( 55K)時(shí)變成雪花狀的淡藍(lán)色固體。工業(yè)上使用的氧氣一般是加壓貯存在鋼瓶中。貯存氧氣的鋼瓶為藍(lán)色。氧氣有哪些化學(xué)性質(zhì) ？氧氣的性質(zhì)很活潑，能跟許多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。例如：(1) 氧氣與碳在點(diǎn)燃的條件下可以發(fā)生反應(yīng)，碳在氧氣中劇烈燃燒， 出白光(比在空氣里燃燒更旺)，放出熱量，并且生成了二氧化碳?xì)怏w;此辰應(yīng)可表示為：碳+氧咒一一二氧優(yōu)磯 C OaC0（2）在點(diǎn)燃的條件下，氧氣可與鐵發(fā)生反應(yīng)，鐵在氧氣中劇烈燃燒，火星四射, 發(fā)出白光，放出

4、熱量，生成黑色的四氧化三鐵固體。此展應(yīng)可表示沖匚鐵十竄氣聖四氧化三鐵Fe 6FeO.【知識(shí)擴(kuò)展】氧氣的兄弟一一臭氧（3）蠟燭在氧氣里燃燒的實(shí)驗(yàn)中，可觀察到火焰十分明亮、 分層，放出大量的熱，瓶壁有霧珠，還有無色的二氧化碳?xì)怏w生成。 比在空氣的條件下反應(yīng)（現(xiàn)象：黃白色光亮火焰，火焰分層，放出 熱量，稍有黑煙），要?jiǎng)×业枚?。石?氧氣.空%二氧化碳十水 0】C0a H30以上事實(shí)說明：氧氣是一種化學(xué)性質(zhì)很活潑的氣體，能夠跟許多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。 物質(zhì)跟氧氣發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)屬于氧化反應(yīng)。另外，氧氣還可以和硫反應(yīng)生成二氧化硫（S02）,和磷反應(yīng)生成五氧化二磷 （P2O5）,這幾個(gè)反應(yīng)有一個(gè)共同的特點(diǎn)，都是由

5、兩種物質(zhì)一起反應(yīng)而生成另一種物質(zhì)。我們把兩 種或兩種以上的物質(zhì)生成另一種物質(zhì)的反應(yīng)，叫做化合反應(yīng)。想一想：石蠟與氧氣的反應(yīng)是化合反應(yīng)嗎？氧氣應(yīng)用很廣泛物質(zhì)的用途主要決定于該物質(zhì)的性質(zhì)。氧氣的性質(zhì)活潑，在生活和生產(chǎn)中有著廣泛 的應(yīng)用：3.2制取氧氣一、教學(xué)目的要求1了解實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的主要方法和原理。初步了解通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)制取新物質(zhì)的方 法。2練習(xí)連接儀器的基本操作，動(dòng)手制取氧氣。3了解分解反應(yīng)。4初步了解催化劑和催化作用。二、本課題分析本課題內(nèi)容可以分為兩部分，一部分是【實(shí)驗(yàn)2-5】、【實(shí)驗(yàn)2-6】及分解反應(yīng)，另一部分是活動(dòng)與探究，由學(xué)生制取氧氣并試驗(yàn)氧氣的性質(zhì)。本課題的重點(diǎn)是氧氣的制法及實(shí)驗(yàn)操

6、作。難點(diǎn)是催化劑的概念。三、教學(xué)過程：我們學(xué)習(xí)了氧氣的性質(zhì)和用途，了解到氧氣是一種化學(xué)性質(zhì)比較活潑的氣體，是一 種常用的氧化劑，它能支持許多物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，支持物質(zhì)的燃燒，在反應(yīng)中放出熱 量。氧氣在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究方面，還有許多用途。氧氣可用來供給病人呼吸，供 給登山、潛水運(yùn)動(dòng)員呼吸；還用于氣焊、氣割、還用于火箭的發(fā)射航空等等。氧氣有這么多重要的用途，氧氣又是怎樣制得的？氧氣的實(shí)驗(yàn)室制法在實(shí)驗(yàn)室里，我們通常采用某些含有氧原子的物質(zhì)分解方法來制得氧氣。如用分解 過氧化氫溶液或加熱高錳酸鉀的方法。【探究活動(dòng)-1】（見實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)）【知識(shí)視窗】汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器【探究活動(dòng)-2】（見實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)）過氧化

7、氫在二氧化錳催化下制氧氣的反應(yīng)可表示為：過氧化氫二甄化水十氧氣加熱高錳酸鉀制氧氣的反應(yīng)可表示為：高猛脫鉀 加熱，猛酸鉀+二氧化鐳+氧氣KNlnO4KiMnCU MnO2 02加熱氯酸鉀和二氧化錳混合物制氧氣的反應(yīng)可表示為:氧化檻 .I也I三._. 麗輒化鉀+氧氣KC1 6上面兩個(gè)反應(yīng)有個(gè)共同的特點(diǎn)反應(yīng)物都只有一種，而反應(yīng)后生成的物質(zhì)卻有多種。這恰好與化合反應(yīng)相反。這種由一種物質(zhì)生成兩種或兩種以上其它物質(zhì)的反應(yīng)，叫做分解反應(yīng)（ decompositi on reaction）。工業(yè)制氧氣工業(yè)上利用廉價(jià)而豐富的天然資源一一空氣作為原料 來制取氧氣。先使空氣液化，再分離液態(tài)空氣而制取氧氣： 在低溫條

8、件下加壓，使空氣變?yōu)橐簯B(tài)空氣，然后蒸發(fā)。由于 液態(tài)氮的沸點(diǎn)（一196C ）比液態(tài)氧的沸點(diǎn)（一183C）低, 因此氮?dú)馐紫葟囊簯B(tài)空氣里蒸發(fā)出來，剩下的主要就是液態(tài) 氧了。為了便于貯存、運(yùn)輸和使用，通常是把氧氣加壓到 1.5 X 107帕，并貯存在藍(lán)色鋼瓶中?！局R(shí)視窗】汽車尾氣催化轉(zhuǎn)換器汽車尾氣中含有一氧化氮和一氧化碳等有害氣體，氧化碳+ 氧優(yōu)盡(CO)（眄,二氧化碳+氮?dú)猓–O3）皿）是造成城市空氣污染的主要污染源。為了消除這些污染物，許多汽車都安裝有催化轉(zhuǎn)換 器，利用貴金屬（如鉑、鈀）催化劑，使污染物之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒氣體二 氧化碳和氮?dú)狻?.3燃燒條件與滅火原理一、教學(xué)目的要求1

9、. 認(rèn)識(shí)燃燒的條件和滅火的原理。2. 了解易燃物和易爆物的安全知識(shí)。3. 通過活動(dòng)與探究，學(xué)習(xí)對(duì)獲得的事實(shí)進(jìn)行分析得出結(jié)論的科學(xué)方法。二、本課題分析燃燒是生活中常見的現(xiàn)象，本課題從幾幅有關(guān)燃燒的圖畫引入，進(jìn)一步研究燃燒的 條件和滅火的原理。教材采用從實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象，通過分析得出結(jié)論的方法，來探討燃燒 的條件以及滅火的原理，學(xué)生可以通過親身體驗(yàn)和思考掌握知識(shí)。關(guān)于易燃物和易爆物 的安全知識(shí)，也是通過一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)，來說明為什么會(huì)發(fā)生爆炸，并通過一些注意安 全的圖標(biāo)來加強(qiáng)對(duì)安全的認(rèn)識(shí)，說明隨時(shí)注意防火、防爆，采取安全措施的重要性。三、教學(xué)過程：日常生活中有許多燃燒現(xiàn)象，如木柴、煤炭和煤氣的燃燒；在前

10、面我們也進(jìn)行過木 炭、蠟燭等的燃燒實(shí)驗(yàn)。那么，燃燒需要哪些條件呢？【探究一】 思考：為什么其中一支蠟燭能平靜地燃燒， 而另一支卻奄奄一息？【探究二】思考：為什么銅片上的紅磷沒有燃燒，熱水中的白 磷也沒有燃燒，而銅片上的白磷開始冒煙，然后燃燒了。從前面的探究可看出，物質(zhì)燃燒是需要條件的：（1）物質(zhì)本身是可燃物；（2）跟空氣（或氧氣）密切接觸；（3）要使可燃物達(dá)到燃燒時(shí)所需的最低溫度，我們將這個(gè)最低溫度叫做著火點(diǎn)。（著火點(diǎn)是使物質(zhì)能夠持續(xù)燃燒的最低溫度）從以上實(shí)驗(yàn)我們也可得出：燃燒一一是可燃物與氧氣發(fā)生的一種發(fā)光、發(fā)熱的氧化反應(yīng)。-緩慢氧化燃燒是一種劇烈的氧化反應(yīng)，是不是所有的氧化反應(yīng)都像燃燒那樣

11、劇烈且發(fā)光、發(fā)111鏤嶂軌世向町I思的Flfl熱呢？動(dòng)植物的呼吸、食物的腐敗也包含有氧化反應(yīng)， 但這些氧化反應(yīng)進(jìn)行得很慢，甚至不容易被察覺，這種緩慢進(jìn)行的氧化叫做緩慢氧化(slow oxidation )。又如：酒和醋的釀造、鋼鐵在潮濕的空氣中生銹、農(nóng)家肥料的腐熟等都包含有緩慢氧化。自燃物質(zhì)在緩慢氧化的過程中也要產(chǎn)生熱量，如果產(chǎn)生的熱 量不能及時(shí)散失，就會(huì)越積越多，弓I起物質(zhì)的溫度升高，女口 果溫度達(dá)到這種物質(zhì)的著火點(diǎn)，不經(jīng)點(diǎn)也會(huì)引起自發(fā)的燃燒。這種由緩慢氧化引起的自發(fā)燃燒叫做自燃(autoignition)。秸稈、柴草、煤炭、擦機(jī)器的棉紗等，如果堆放不合 理，空氣不流通，時(shí)間長(zhǎng)了就可能引起自

12、燃。過去，由于有 些人不懂自燃的科學(xué)原理，將自燃現(xiàn)象說成是”天火”，這是一種迷信的說法。滅火原理知道了可燃物燃燒的條件，就不難理解滅火的原 理了。滅火時(shí)可以采取三種方法： 燃燒物與其他可燃物隔離和清除掉可燃物； 將燃燒物跟空氣(和氧氣)隔絕，如向燃燒著的可 燃物蓋沙子； 將可燃物的溫度降到著火點(diǎn)以下，如燃燒著的可燃物潑冷水?！舅伎肌?這三個(gè)條件是缺一不可還是只要具備一項(xiàng)便可滅火？ 為什么煤爐火用扇子越扇越旺，而燭火用扇子一扇就會(huì)熄滅?爆炸與防爆安全可燃物燃燒時(shí)的不同現(xiàn)象，除了與可燃物的性質(zhì)有關(guān)以外，還取決于可燃物跟氧 氣的接觸面積和氧氣的濃度。接觸面積越大，氧氣濃度越高，燃燒就越劇烈。如果急速

13、 的燃燒發(fā)生在有限的空間內(nèi)，就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)聚積大量的熱，使氣體的體積迅速膨脹而 引起爆炸?！緦?shí)驗(yàn)3-7】面粉爆炸(見實(shí)驗(yàn)系統(tǒng))在油庫(kù)、面粉加工廠、紡織廠和煤礦的礦井內(nèi)，都寫有“嚴(yán)禁煙火”的字樣，就 是因?yàn)檫@些地方的空氣中常混有可燃性的氣體或粉塵，它們接觸到明火，就有發(fā)生爆炸 的危險(xiǎn)?！局R(shí)擴(kuò)展】常見的易燃物和易爆物的安全知識(shí)3.4 辨別物質(zhì)的元素組成一、教學(xué)目的要求1. 了解元素的概念，將對(duì)物質(zhì)的宏觀組成與微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)統(tǒng)一起來。2. 了解元素符號(hào)所表示的意義，學(xué)會(huì)元素符號(hào)的正確寫法，逐步記住一些常見的元 素符號(hào)。3. 初步認(rèn)識(shí)元素周期表，知道它是學(xué)習(xí)和研究化學(xué)的工具，能根據(jù)原子序數(shù)在元素 周

14、期表中找到指定元素和有關(guān)該元素的一些其他的信息。二、本課題分析本課題包括元素、元素符號(hào)和元素周期表簡(jiǎn)介三部分內(nèi)容。此前學(xué)生把元素當(dāng)成組 成物質(zhì)的基本成分，現(xiàn)在他們已經(jīng)學(xué)習(xí)了原子結(jié)構(gòu)，就應(yīng)該從微觀結(jié)構(gòu)的角度對(duì)它下一 個(gè)比較確切的定義，從而把對(duì)物質(zhì)的宏觀組成與微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)統(tǒng)一起來。元素概念是教學(xué)難點(diǎn)，因?yàn)樗容^抽象，而且對(duì)于“具有相同核電荷數(shù)的一類原子 的總稱”中的“一類原子”這一定義，在沒有同位素知識(shí)準(zhǔn)備時(shí)，學(xué)生難以理解。元素 概念的困難還在于在實(shí)際使用中容易跟原子概念混淆。學(xué)生搞不清在分析物質(zhì)宏觀組成 時(shí)用“元素”，在研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)時(shí)用“原子”。這是學(xué)生初學(xué)化學(xué)時(shí)容易犯的錯(cuò)誤。 隨著知識(shí)的

15、積累，他們是會(huì)豁然貫通的。元素符號(hào)是國(guó)際通用的化學(xué)用語(yǔ)，是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要工具，因此是教學(xué)重點(diǎn)。要求 學(xué)生了解元素符號(hào)的意義，對(duì)于一些常見元素的符號(hào)和名稱，必須會(huì)寫、會(huì)讀、會(huì)用。學(xué)生在學(xué)本單元之前，并沒學(xué)多少元素，尚難以理解元素周期律。本課題編寫“元 素周期表簡(jiǎn)介”，目的在于讓學(xué)生比較早地學(xué)會(huì)使用元素周期表這個(gè)工具。根據(jù)學(xué)生的 知識(shí)基礎(chǔ)，他們可以從原子序數(shù)查找某一元素的名稱、符號(hào)、核外電子數(shù)、相對(duì)原子質(zhì) 量及確認(rèn)該元素是金屬、非金屬還是稀有氣體元素等信息，為他們以后的學(xué)習(xí)提供方便。三、教學(xué)過程：我們生活在物質(zhì)世界里，周圍千千萬萬種物質(zhì)是不是由少數(shù)基本物質(zhì)所形成的呢？ 人們認(rèn)識(shí)了原子和原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)

16、以后，才對(duì)組成萬物的基本物質(zhì)元素，有了 進(jìn)一步的理解。什么是兀素元素是同一類原子的總稱。 學(xué)習(xí)了分子和原子，我們知道，氧分子是由氧原子構(gòu)成的，二氧化碳分子是由氧 原子和碳原子構(gòu)成的。氧分子中的氧原子，和二氧化碳中的氧原子，都是同一類的原子， 核電荷數(shù)是 8，即核內(nèi)都有 8 個(gè)質(zhì)子。氧氣和二氧化碳兩種物質(zhì)中，都含有氧兀素。同類原子具有相同的核電荷數(shù)。 因此， 兀素是具有相同核電荷數(shù) （即核內(nèi)質(zhì)子數(shù)） 的一類原子的總稱。通常所說的氮肥，如尿素、硝酸銨等，都是含有氮元素的肥料；鐵礦石、鋼鐵、 鐵銹中都含有鐵元素。世界上的物質(zhì)約有一千多萬種，但組成這些物質(zhì)的元素并不多。目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的元素約有一百

17、多種，這一千多萬種物質(zhì)都是由這一百余種元素所組成的。元素和原子的區(qū)別和聯(lián)系1 、概念元素是具有相同核電荷數(shù)的同一類原子的總稱。原子是化學(xué)變化中的最小微粒。2、區(qū)別元素著眼于種類不表示個(gè)數(shù)，沒有數(shù)量多少的含義；原子既表示種類又講個(gè)數(shù)， 有數(shù)量的含義。3 、使用領(lǐng)域元素是用來描述物質(zhì)的宏觀組成（習(xí)慣上說組成），如：水里含有氫元素和氧元 素，水是由氫元素和氧元素組成的。但不能說“水是由二個(gè)氫元素和一個(gè)氧元素所組成 的”。原子是用來描述物質(zhì)的微觀構(gòu)成（習(xí)慣上說構(gòu)成），如：一個(gè)水分子是由兩個(gè)氫 原子和一個(gè)氧原子構(gòu)成的。但不能說“一個(gè)水分子是由氫元素和氧元素所組成?！? 、聯(lián)系元素是同一類原子的總稱；原子

18、是構(gòu)成元素的基本單元。地殼里各種元素的含量鋁 A/a%購(gòu) riVH%那 P/17%勾DL7占騙具它（20%中尤我用地立小的捽星各種元素在地殼中的含量相差很 大（如右圖）。地殼主要是由氧、硅、鋁、 鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、氫等元素組成的。 含量最多的是氧元素，其次是硅元素。氧幾乎占地殼的一半。氧在自然界里起著重 要的作用。但是，含量少的那些元素在自 然界里也有著重要的作用。如：碳、氫、 氮這三種元素在地殼里的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小， 碳 0.087%,氫 0.76%，氮 0.03%，可是它 們對(duì)動(dòng)植物有著非常重要的作用。【知識(shí)擴(kuò)展】生物賴以生存的元素元素的名稱和符號(hào)怎樣表示元素有一百多種，怎么來識(shí)記呢？在國(guó)際上，現(xiàn)在統(tǒng)一采用元素的拉丁文名稱的第一個(gè)大寫字母來表示元素，如果幾種元素名稱的第一個(gè)字母相同時(shí)，可再附加一個(gè)小寫字母來區(qū)別。例如，用C來表示碳兀素，Ca表示鈣兀素，S表示硫兀素，Si表示硅兀素，N表示氮兀素，Na表示鈉兀素 等等。這種符號(hào)叫元素符號(hào)。元素符號(hào)在化學(xué)學(xué)習(xí)中是很重要的，就如同英文字母對(duì)英語(yǔ)的學(xué)習(xí)一般。所以一定要記熟一些常用的元素的名稱、符號(hào)和相應(yīng)的核電荷數(shù)。一些常見元素的名稱、元素符號(hào)和原子量如下