《氫氣的制取與性質(zhì)實驗》教學(xué)設(shè)計

紀淡意++衷明華

摘 要： 鈉與水的反應(yīng)實驗是人教版高中必修一中的一個實驗，采用微型儀器輔助教學(xué)，所用藥品、試劑少，但反應(yīng)現(xiàn)象很明顯，且容易操作，便于學(xué)生進行自主探究實驗。本教學(xué)設(shè)計中，通過教師邊演示實驗邊引導(dǎo)學(xué)生進行新知的建構(gòu)及學(xué)生的自主實驗以完成實驗教學(xué)任務(wù)，提高學(xué)生的動手操作和自主學(xué)習(xí)的能力。

關(guān)鍵詞： 微型儀器 鈉 氫氣 教學(xué)設(shè)計

一、教學(xué)設(shè)計思路

本節(jié)內(nèi)容選自人教版九年級上冊第七單元燃料及其應(yīng)用中的課題2《燃料的合理運用與開發(fā)》，其既是本課題所學(xué)氫燃料的一個延續(xù)，又是第四單元自然界中的水中課題三《水的組成》中的開篇內(nèi)容，《氫氣性質(zhì)的深化》是初中化學(xué)階段制取氣體的重要實驗之一。

在上本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了水的電解，初步了解了氫氣的物理性質(zhì)，因此，對本節(jié)課的知識更容易理解。該年齡段的學(xué)生，思維活躍，喜歡動手操作，對實驗操作有濃厚興趣，為本節(jié)課的實驗探究奠定了基礎(chǔ)。

這節(jié)課通過設(shè)置多個實驗，通過實驗觀察得出相應(yīng)化學(xué)性質(zhì)，視覺上的沖擊使得學(xué)生對所學(xué)知識的印象更深刻。通過學(xué)生的自主實驗，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和實踐能力。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.知識與技能：理解實驗室制取氫氣的原理，掌握氫氣的化學(xué)性質(zhì)。

2.過程與方法：通過實驗，探究氫氣的化學(xué)性質(zhì)，鍛煉動手操作能力和分析歸納能力。

3.情感態(tài)度與價值觀：運用氫氣的化學(xué)性質(zhì)，解釋氫氣作為潔凈能源的原因，提高環(huán)保意識，初步養(yǎng)成嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度。

三、教學(xué)重點和教學(xué)難點

重點：氫氣的制備和氫氣的化學(xué)性質(zhì)。

難點：氫氣的化學(xué)性質(zhì)。

四、教法學(xué)法分析

教法：實驗引導(dǎo)、多媒體輔助教學(xué)法。

學(xué)法：合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)。

五、教學(xué)過程

新課引入：氫氣是一種理想的清潔、高能燃料，電解水制備氫氣是一種高效的制備潔凈、可持續(xù)能源氫燃料的技術(shù)，近年來，國內(nèi)外科學(xué)家都致力于合成多種電解水催化劑，但因其合成方法復(fù)雜等原因很難被推廣應(yīng)用。近期，天津大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系張兵教授課題組設(shè)計合成一種新型電解水催化劑CoO/CoSe（氧化亞鈷/二硒化鈷），這種新催化劑合成方法簡單，成本廉價，但在中性環(huán)境中能耗較低、產(chǎn)氫效率高，有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。

教師提問：工業(yè)上，通過電解水制氫氣，那我們在實驗室里又是怎樣制取氫氣的呢？

過渡：早在16世紀，瑞士醫(yī)藥學(xué)家帕拉塞斯就發(fā)現(xiàn)鐵屑放在硫酸中有氣體生成并可以燃燒，便把這種氣體叫作“可燃性空氣”，其實，這種氣體就是氫氣。

學(xué)生活動：寫出鐵和硫酸反應(yīng)的方程式，并類比，寫出鋅粒與硫酸反應(yīng)的方程式。

復(fù)習(xí)回顧：之前學(xué)習(xí)過氧氣制備實驗，大家還記不記得HO分解制取O的發(fā)生裝置？

學(xué)生回答：MnO和HO一起加入試管中……

教師：沒錯，那我們用Zn與HSO反應(yīng)制取H的發(fā)生裝置，也可以簡單地將兩種物質(zhì)一起加入試管中，讓其發(fā)生反應(yīng)，得到H。那么氣體的收集裝置是怎樣的呢？前面我們已經(jīng)介紹過三種氣體的收集方法，分別是什么呢？

學(xué)生：排水集氣法、向上排空氣法、向下排空氣法……

教師：在第四單元，我們已經(jīng)有學(xué)過氫氣的一些物理性質(zhì)，大家能不能試著根據(jù)H的物理性質(zhì)，選擇出收集H的方法呢？

學(xué)生：難溶于水，用排水集氣法；密度比空氣小，用向下排空氣法。

過渡：我們這節(jié)課就先選擇排水法收集H。

教師演示實驗：在實驗之前，要記得檢查裝置的氣密性，對于這個裝置，我們要怎樣檢查氣密性呢？

學(xué)生：先將反應(yīng)裝置的導(dǎo)管浸入水里，用手掌緊貼試管的外壁，如果裝置不漏氣，容器里的空氣受熱膨脹，導(dǎo)管口就有氣泡逸出；若裝置漏氣，則不會有氣泡冒出……

教師：檢查好裝置的氣密性之后，就可以往試管中添加藥品進行實驗。等到水槽中氣泡均勻地冒出時，再開始收集氣體，因為混有一定量的空氣或氧氣的氫氣遇到明火會發(fā)生爆炸，所以要先對收集到的氣體檢查其純度。大家還記不記得之前學(xué)過的檢驗氫氣純度的方法？

學(xué)生：用拇指堵住集滿氫氣的試管口，靠近火焰，移開拇指點火，如果聽到尖銳的爆鳴聲，則證明氫氣不純，如果聲音很小，則證明氫氣較純……

教師：好，當(dāng)檢驗氫氣的純凈后，就可以開始收集氫氣了。

提問過渡：大家有沒有發(fā)現(xiàn)這個裝置有什么不足的地方嗎？比如能不能我想停止反應(yīng)就隨時停止？

學(xué)生：不可以……

教師：下面我來向大家介紹一個裝置，啟普發(fā)生器，如圖一所示，

它是一個固液反應(yīng)的發(fā)生裝置。使用時，先將儀器橫放，把鋅粒由容器上插導(dǎo)氣管的口中加入，然后放正儀器，再將裝導(dǎo)氣管的塞子塞好。接著由球形漏斗口加入稀硫酸。使用時，扭開導(dǎo)氣管活塞，酸液由球形漏斗流到容器的底部，再上升到中部跟鋅粒接觸而發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的氫氣從導(dǎo)氣管放出。不用時關(guān)閉導(dǎo)氣管的活塞，容器內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣使容器內(nèi)壓強加大，把酸液壓回球形漏斗，使酸液與鋅粒脫離接觸，反應(yīng)自行停止。使用啟普發(fā)生器制取氫氣十分方便，可以及時控制反應(yīng)的發(fā)生或停止。

根據(jù)上述啟普發(fā)生器的原理，我們可以將實驗裝置改進，利用微型儀器中的U形管和一個內(nèi)套管進行組裝，控制反應(yīng)的停止或發(fā)生。在U形管細的一端的管口，裝上一個裝有一定量稀硫酸的針筒，另一端的管口用橡膠塞塞住，支管口套上橡膠導(dǎo)管，連接直形通氣管，在直形通氣管的球狀處套上橡膠管，并將直形通氣管伸入具支試管中，同時使具支試管的支管口朝下，具支試管也要稍微向下傾斜。

這樣一個裝置，可以集H的制取和驗證其性質(zhì)為一體的裝置，在具支試管的支管口抹肥皂泡，可以檢驗氫氣，并且驗純，若氫氣純凈，還可以點燃氫氣；將氧化銅裝進具支試管的底部，將氫氣通到底部，并進行加熱。

學(xué)生實驗：下面就請大家根據(jù)這個裝置完成本次實驗。并在實驗中，注意觀察現(xiàn)象，并對相關(guān)現(xiàn)象做出對應(yīng)解釋。

講述：大家在實驗過程中有觀察到什么現(xiàn)象嗎？大家對這些現(xiàn)象是怎么解釋的，又可以得出怎樣的結(jié)論呢？

學(xué)生活動：學(xué)生代表匯報實驗結(jié)果。

作業(yè)：通過以上學(xué)習(xí)，大家可以解釋為什么氫氣可以作為潔凈的燃料了嗎？在實際的生產(chǎn)生活中，有各種各樣的能源，大家課后可以找找這方面的相關(guān)資料，了解關(guān)于燃料、能源的知識，我們下節(jié)課一起來分享。

六、板書設(shè)計

鈉與水的反應(yīng)：

1.實驗原理：鋅粒與硫酸反應(yīng)：2.實驗步驟：①檢查裝置的氣密性（熱脹冷縮）；②添加藥品、連接裝置；③檢驗氣體純度：用拇指堵住集滿氫氣的試管口，靠近火焰，移開拇指點火；④收集氣體：排水集氣法、向下排空放氣法。

3.實驗結(jié)果。

七、教學(xué)設(shè)計反思

本節(jié)課先由教師演示實驗，回顧新知，并進行新知學(xué)習(xí)，便于學(xué)生理解和掌握。采用微型儀器教學(xué)，便于學(xué)生自主實驗，提高課堂參與度。