第3章维持生命之气-氧气

第3章维持生命之气-氧气
3.1 认识氧气
一、教学目的要求
1.认识氧气能与许多物质发生化学反应。

氧气的化学性质比较活泼。

2.认识什么是化学变化，了解化学反应的基本特征。

认识化合反应、氧化反应。

3.认识化学反应中的能量变化及一些化学反应现象。

4.知道化学反应在生产和生活中有重要用途。

5.学习从具体到抽象、从个别到一般的归纳方法。

二、本课题分析
本课题包括氧气的性质和化学反应两部分。

以氧气的性质为核心，通过氧气所能发生的一些具体的化学反应，介绍了化学反应的基本概念和原理。

这样的编排设计是本书的一个特点，把化学中描述记实部分和理论部分相互联系起来，比较符合学生的认识规律。

在以认识“物质”为主的教学过程中，更应注意突出实验环节以丰富学生在认识过程中所需的感性材料，提高学生学习化学的兴趣，培养学生观察、思维和动手实验的能力。

氧气是学生认识具体物质及其变化规律的开始。

教学是一个特殊认识过程，应该有计划地安排一个由浅到深、由简单到复杂的顺序，并逐步学会一个认识物质的模式，使学生在以后学习探索别的物质时，会习惯地遵循一个合理的顺序，使观察和描述做到系统、全面、深入。

经验证明，这样做也有助于学生的有意记忆。

本课题的重点是氧气的化学性质及化学反应的概念。

三、教学过程：
·氧气有哪些物理性质？
通常状况下，氧气是一种没有颜色、没有气味的气体。

标准状况下，氧气的密度为1.429克/升，比空气(1.293克/升)
略大。

氧气不易溶于水，1升水中只能溶解约30毫升氧气。

在
压强为101千帕时，氧气在约－183℃（90K）时变为淡蓝色液
体，在约－218℃（55K）时变成雪花状的淡蓝色固体。

工业上使用的氧气一般是加压贮存在钢瓶中。

贮存氧气
的钢瓶为蓝色。

·氧气有哪些化学性质?
氧气的性质很活泼，能跟许多物质发生反应。

例如：
（1）氧气与碳在点燃的条件下可以发生反应，碳在氧气中剧烈燃烧，发
出白光(比在空气里燃烧更旺)，放出热量，并且生成了二氧化碳气体；
（2）在点燃的条件下，氧气可与铁发生反应，铁在氧气中剧烈燃烧，火星四射，发出白光，放出热量，生成黑色的四氧化三铁固体。

【知识扩展】氧气的兄弟——臭氧
（3）蜡烛在氧气里燃烧的实验中，可观察到火焰十分明亮、
分层，放出大量的热，瓶壁有雾珠，还有无色的二氧化碳气体生成。

比在空气的条件下反应（现象：黄白色光亮火焰，火焰分层，放出
热量，稍有黑烟），要剧烈得多。

以上事实说明：氧气是一种化学性质很活泼的气体，能够跟许多物质发生反应。

物质跟氧气发生的化学反应属于氧化反应。

另外，氧气还可以和硫反应生成二氧化硫（SO2），和磷反应生成五氧化二磷(P2O5)，这几个反应有一个共同的特点，都是由两种物质一起反应而生成另一种物质。

我们把两种或两种以上的物质生成另一种物质的反应，叫做化合反应。

想一想：石蜡与氧气的反应是化合反应吗？
·氧气应用很广泛
物质的用途主要决定于该物质的性质。

氧气的性质活泼，在生活和生产中有着广泛的应用：
3.2 制取氧气
一、教学目的要求
1.了解实验室制取氧气的主要方法和原理。

初步了解通过化学实验制取新物质的方法。

2.练习连接仪器的基本操作，动手制取氧气。

3.了解分解反应。

4.初步了解催化剂和催化作用。

二、本课题分析
本课题内容可以分为两部分，一部分是【实验2-5】、【实验2-6】及分解反应，另一部分是活动与探究，由学生制取氧气并试验氧气的性质。

本课题的重点是氧气的制法及实验操作。

难点是催化剂的概念。

三、教学过程：
我们学习了氧气的性质和用途，了解到氧气是一种化学性质比较活泼的气体，是一种常用的氧化剂，它能支持许多物质发生氧化反应，支持物质的燃烧，在反应中放出热量。

氧气在工农业生产和科学研究方面，还有许多用途。

氧气可用来供给病人呼吸，供给登山、潜水运动员呼吸；还用于气焊、气割、还用于火箭的发射航空等等。

氧气有这么多重要的用途，氧气又是怎样制得的？
·氧气的实验室制法
在实验室里，我们通常采用某些含有氧原子的物质分解方法来制得氧气。

如用分解过氧化氢溶液或加热高锰酸钾的方法。

【探究活动-1】（见实验系统）
【知识视窗】汽车尾气催化转化器
【探究活动-2】（见实验系统）
过氧化氢在二氧化锰催化下制氧气的反应可表示为：
加热高锰酸钾制氧气的反应可表示为:
加热氯酸钾和二氧化锰混合物制氧气的反应可表示为：
上面两个反应有个共同的特点——反应物都只有一种，
而反应后生成的物质却有多种。

这恰好与化合反应相反。

这种由一种物质生成两种或两种以上其它物质的反
应，叫做分解反应（decomposition reaction）。

·工业制氧气
工业上利用廉价而丰富的天然资源——空气作为原料
来制取氧气。

先使空气液化，再分离液态空气而制取氧气：
在低温条件下加压，使空气变为液态空气，然后蒸发。

由于
液态氮的沸点（－196℃）比液态氧的沸点（－183℃）低，
因此氮气首先从液态空气里蒸发出来，剩下的主要就是液态
氧了。

为了便于贮存、运输和使用，通常是把氧气加压到
1.5×107帕，并贮存在蓝色钢瓶中。

【知识视窗】汽车尾气催化转换器
汽车尾气中含有一氧化氮和一氧化碳等有害气体，
是造成城市空气污染的主要污染源。

为了消除这些污染物，许多汽车都安装有催化转换器，利用贵金属（如铂、钯）催化剂，使污染物之间发生化学反应，转变为无毒气体二氧化碳和氮气。

3.3 燃烧条件与灭火原理
一、教学目的要求
1.认识燃烧的条件和灭火的原理。

2.了解易燃物和易爆物的安全知识。

3.通过活动与探究，学习对获得的事实进行分析得出结论的科学方法。

二、本课题分析
燃烧是生活中常见的现象，本课题从几幅有关燃烧的图画引入，进一步研究燃烧的条件和灭火的原理。

教材采用从实验观察现象，通过分析得出结论的方法，来探讨燃烧的条件以及灭火的原理，学生可以通过亲身体验和思考掌握知识。

关于易燃物和易爆物的安全知识，也是通过一个有趣的实验，来说明为什么会发生爆炸，并通过一些注意安全的图标来加强对安全的认识，说明随时注意防火、防爆，采取安全措施的重要性。

三、教学过程：
日常生活中有许多燃烧现象，如木柴、煤炭和煤气的燃烧；在前面我们也进行过木炭、蜡烛等的燃烧实验。

那么，燃烧需要哪些条件呢？
【探究一】
思考：为什么其中一支蜡烛能平静地燃烧，
而另一支却奄奄一息？
【探究二】
思考：为什么铜片上的红磷没有燃烧，热水中的白
磷也没有燃烧，而铜片上的白磷开始冒烟，然后燃烧了。

从前面的探究可看出，物质燃烧是需要条件的：
（1）物质本身是可燃物；
（2）跟空气（或氧气）密切接触；
（3）要使可燃物达到燃烧时所需的最低温度，我们将这
个最低温度叫做着火点。

（着火点是使物质能够持续燃烧的
最低温度）
从以上实验我们也可得出：燃烧——是可燃物与氧气发生的一种发光、发热的氧化反应。

·缓慢氧化
燃烧是一种剧烈的氧化反应，是不是所有的氧化反应都像燃烧那样剧烈且发光、发热呢？动植物的呼吸、食物的腐败也包含有氧化反应，
但这些氧化反应进行得很慢，甚至不容易被察觉，这种
缓慢进行的氧化叫做缓慢氧化（slow oxidation）。

又如：酒和醋的酿造、钢铁在潮湿的空气中生锈、农家肥料的腐熟等都包含有缓慢氧化。

·自燃
物质在缓慢氧化的过程中也要产生热量，如果产生的热
量不能及时散失，就会越积越多，引起物质的温度升高，如
果温度达到这种物质的着火点，不经点也会引起自发的燃烧。

这种由缓慢氧化引起的自发燃烧叫做自燃(autoignition)。

秸秆、柴草、煤炭、擦机器的棉纱等，如果堆放不合
理，空气不流通，时间长了就可能引起自燃。

过去，由于有
些人不懂自燃的科学原理，将自燃现象说成是"天火"，这是
一种迷信的说法。

·灭火原理
知道了可燃物燃烧的条件，就不难理解灭火的原
理了。

灭火时可以采取三种方法：
①燃烧物与其他可燃物隔离和清除掉可燃物；
②将燃烧物跟空气（和氧气）隔绝，如向燃烧着的可
燃物盖沙子；
③将可燃物的温度降到着火点以下，如燃烧着的可燃
物泼冷水。

【思考】
①这三个条件是缺一不可还是只要具备一项便可灭火？
②为什么煤炉火用扇子越扇越旺，而烛火用扇子一扇就会熄灭？
·爆炸与防爆安全
可燃物燃烧时的不同现象，除了与可燃物的性质有关以外，还取决于可燃物跟氧气的接触面积和氧气的浓度。

接触面积越大，氧气浓度越高，燃烧就越剧烈。

如果急速的燃烧发生在有限的空间内，就会在短时间内聚积大量的热，使气体的体积迅速膨胀而引起爆炸。

【实验3-7】面粉爆炸（见实验系统）
在油库、面粉加工厂、纺织厂和煤矿的矿井内，都写有“严禁烟火”的字样，就是因为这些地方的空气中常混有可燃性的气体或粉尘，它们接触到明火，就有发生爆炸的危险。

【知识扩展】常见的易燃物和易爆物的安全知识
3.4 辨别物质的元素组成
一、教学目的要求
1.了解元素的概念，将对物质的宏观组成与微观结构的认识统一起来。

2.了解元素符号所表示的意义，学会元素符号的正确写法，逐步记住一些常见的元素符号。

3.初步认识元素周期表，知道它是学习和研究化学的工具，能根据原子序数在元素周期表中找到指定元素和有关该元素的一些其他的信息。

二、本课题分析
本课题包括元素、元素符号和元素周期表简介三部分内容。

此前学生把元素当成组成物质的基本成分，现在他们已经学习了原子结构，就应该从微观结构的角度对它下一个比较确切的定义，从而把对物质的宏观组成与微观结构的认识统一起来。

元素概念是教学难点，因为它比较抽象，而且对于“具有相同核电荷数的一类原子的总称”中的“一类原子”这一定义，在没有同位素知识准备时，学生难以理解。

元素概念的困难还在于在实际使用中容易跟原子概念混淆。

学生搞不清在分析物质宏观组成时用“元素”，在研究物质微观结构时用“原子”。

这是学生初学化学时容易犯的错误。

随着知识的积累，他们是会豁然贯通的。

元素符号是国际通用的化学用语，是学习化学的重要工具，因此是教学重点。

要求学生了解元素符号的意义，对于一些常见元素的符号和名称，必须会写、会读、会用。

学生在学本单元之前，并没学多少元素，尚难以理解元素周期律。

本课题编写“元素周期表简介”，目的在于让学生比较早地学会使用元素周期表这个工具。

根据学生的知识基础，他们可以从原子序数查找某一元素的名称、符号、核外电子数、相对原子质量及确认该元素是金属、非金属还是稀有气体元素等信息，为他们以后的学习提供方便。

三、教学过程：
我们生活在物质世界里，周围千千万万种物质是不是由少数基本物质所形成的呢？
人们认识了原子和原子内部结构以后，才对组成万物的基本物质——元素，有了进一步的理解。

·什么是元素
元素是同一类原子的总称。

学习了分子和原子，我们知道，氧分子是由氧原子构成的，二氧化碳分子是由氧原子和碳原子构成的。

氧分子中的氧原子，和二氧化碳中的氧原子，都是同一类的原子，核电荷数是8，即核内都有8个质子。

氧气和二氧化碳两种物质中，都含有氧元素。

同类原子具有相同的核电荷数。

因此，元素是具有相同核电荷数（即核内质子数）的一类原子的总称。

通常所说的氮肥，如尿素、硝酸铵等，都是含有氮元素的肥料；铁矿石、钢铁、铁锈中都含有铁元素。

世界上的物质约有一千多万种，但组成这些物质的元素并不多。

目前为止，已经发现的元素约有一百多种，这一千多万种物质都是由这一百余种元素所组成的。

·元素和原子的区别和联系
1、概念
元素是具有相同核电荷数的同一类原子的总称。

原子是化学变化中的最小微粒。

2、区别
元素着眼于种类不表示个数，没有数量多少的含义；原子既表示种类又讲个数，有数量的含义。

3、使用领域
元素是用来描述物质的宏观组成（习惯上说组成），如：水里含有氢元素和氧元素，水是由氢元素和氧元素组成的。

但不能说“水是由二个氢元素和一个氧元素所组成的”。

原子是用来描述物质的微观构成（习惯上说构成），如：一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的。

但不能说“一个水分子是由氢元素和氧元素所组成。

”
4、联系
元素是同一类原子的总称；原子是构成元素的基本单元。

·地壳里各种元素的含量
各种元素在地壳中的含量相差很
大（如右图）。

地壳主要是由氧、硅、铝、
铁、钙、钠、钾、镁、氢等元素组成的。

含量最多的是氧元素，其次是硅元素。

氧
几乎占地壳的一半。

氧在自然界里起着重
要的作用。

但是，含量少的那些元素在自
然界里也有着重要的作用。

如：碳、氢、
氮这三种元素在地壳里的质量分数较小，
碳0.087%，氢0.76%，氮0.03%，可是它
们对动植物有着非常重要的作用。

【知识扩展】生物赖以生存的元素
·元素的名称和符号怎样表示
元素有一百多种，怎么来识记呢？
在国际上，现在统一采用元素的拉丁文名称的第一个大写字母来表示元素，如果几种元素名称的第一个字母相同时，可再附加一个小写字母来区别。

例如，用C来表示碳元素，Ca表示钙元素，S表示硫元素，Si表示硅元素，N表示氮元素，Na表示钠元素等等。

这种符号叫元素符号。

元素符号在化学学习中是很重要的，就如同英文字母对英语的学习一般。

所以一
定要记熟一些常用的元素的名称、符号和相应的核电荷数。

一些常见元素的名称、元素符号和原子量如下图所示：
元素符号的涵义：①表示一种元素；②表示这种元素的一个原子；③表示原子特征如相对原子量等。

如：H表示氢元素，一个氢原子，氢的相对原子量为1；④若元素符号前有系数，则只表示这种元素的原子和它的特征。

如，2Na表示2个钠原子，其相对原子量之和为2×23＝46，不能说表示2个钠元素，也不能说表示2种钠元素。

·单质和化合物
我们已经知道，根据物质的组成是否单一，可以把物质分为混合物和纯净物两大类。

而在纯净物中，组成物质的元素可以相同也可以不相同。

我们根据组成物质的元素相同与否将进一步作分类：单质和化合物。

单质（elementary substance）：由同种元素组成的纯净物。

如氧气由氧元素组成；硫由硫元素组成；铁由铁元素组成等等。

单质主要有非金属单质与金属单质两大类。

非金属单质由非金属元素组成，金属单质由金属元素组成。

化合物(compound)：由不同种元素组成的纯净物。

如氧化汞由氧和汞两种元素组成，氯酸钾由钾、氯和氧三种元素组成等等。

在由两种元素组成的化合物中，如果其中一种是氧元素，则这种化合物叫做氧化物（Oxide）。

以下是物质的简单分类：。