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氫氣的性質(zhì)和用途
教學(xué)目標(biāo)
知識目標(biāo)
使學(xué)生了解氫氣的物理性質(zhì)，掌握氫氣的可燃性、還原性，并了解有關(guān)的實(shí)驗(yàn)過程和現(xiàn)象以及注意事項(xiàng)；
根據(jù)氫氣的性質(zhì)了解其主要用途；
從得氧和失氧的角度對照了解氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，氧化劑和還原劑。
能力目標(biāo)
通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和思維能力。
情感目標(biāo)
通過氫氣燃燒與爆炸和還原性與還原反應(yīng)的教學(xué)，進(jìn)行量變引起質(zhì)變和對立統(tǒng)一規(guī)律的辯證唯物主義教育。
教學(xué)建議
教法建議
在講氫氣的性質(zhì)之前，學(xué)生已學(xué)過氧氣的性質(zhì)、制法和氫氣的實(shí)驗(yàn)室制法。教師根據(jù)學(xué)生已有的知識水平、化學(xué)教學(xué)大綱的要求和教材的特點(diǎn)，確定恰當(dāng)?shù)闹R范圍和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生了解氫氣的物理性質(zhì)，掌握氫氣的可燃性、還原性及有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和化學(xué)方程式；了解點(diǎn)燃?xì)錃庵盀槭裁匆獧z驗(yàn)氫氣的純度以及檢驗(yàn)的方法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容明確提出培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，結(jié)合氫氣的可燃性對學(xué)生進(jìn)行環(huán)境保護(hù)教育等。
在教學(xué)過程中，教師應(yīng)始終圍繞教學(xué)目標(biāo)，層層深入地展開教學(xué)內(nèi)容。教師講新課之前先復(fù)習(xí)舊知識，以實(shí)驗(yàn)室用什么藥品制取氫氣，收集氫氣有幾種方法等問題導(dǎo)入新課，而后展示一瓶瓶口倒置的氫氣，請學(xué)生通過觀察氫氣在通常狀態(tài)下的色、態(tài)、水溶性、密度等，讓學(xué)生通過觀察思考自己總結(jié)出氫氣的物理性質(zhì)。這種從感性到理性認(rèn)識問題的方法，層次清楚，符合學(xué)生認(rèn)識規(guī)律和能力形成與發(fā)展的規(guī)律。在講授氫氣的可燃性和還原性時(shí)，也應(yīng)先演示氫氣在空氣中安靜燃燒、氫氣中混有空氣點(diǎn)燃發(fā)生爆鳴、氫氣在氯氣中燃燒在瓶口出現(xiàn)白霧、氫氣還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)等，而后運(yùn)用投影，進(jìn)行反應(yīng)實(shí)質(zhì)的總結(jié)，寫出化學(xué)方程式。這種運(yùn)用探索性實(shí)驗(yàn)的教法，能使學(xué)生從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，揭示了知識的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系。
最后教師通過讓學(xué)生看書進(jìn)行小結(jié)，再通過讓學(xué)生做練習(xí)題進(jìn)行鞏固，使大多學(xué)生都能掌握基本的、重點(diǎn)的知識，從而圓滿地完成教學(xué)任務(wù)。
其它一些建議：
（1）為使操作方便，節(jié)省時(shí)間和藥品，氫氣發(fā)生裝置宜選用啟普發(fā)生器。
（2）為增加實(shí)驗(yàn)興趣，可在實(shí)驗(yàn)3-4的肥皂水中加入顏色。
（3）氫氣燃燒實(shí)驗(yàn)必須絕對安全，氫氣燃燒除焰色、發(fā)熱和爆炸外，還可引導(dǎo)學(xué)生注意產(chǎn)物，即可在燒杯內(nèi)壁涂上遇水顯色的物質(zhì)。
（4）認(rèn)真做好氫氣還原氧化銅實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握操作步驟。
（5）引導(dǎo)學(xué)生分析反應(yīng)物和產(chǎn)物，為下章學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
（6）復(fù)習(xí)氧化反應(yīng)，引入還原反應(yīng)。先以氫氣和氧化銅為例理清概念，不要急于將前面各種氧化反應(yīng)均分析一下哪個(gè)是氧化劑、還原劑。
（7）使學(xué)生了解用途對性質(zhì)的依賴關(guān)系。
關(guān)于“燃燒”概念的擴(kuò)展
從對比氫氣在空氣中燃燒和氫氣在氯氣中燃燒時(shí)火焰的顏色不同和生成物不同，不僅能總結(jié)出兩個(gè)反應(yīng)的特殊性，同時(shí)也能找出它們的共性——劇烈的、發(fā)光放熱的化學(xué)反應(yīng)。從而擴(kuò)大了“燃燒”概念的內(nèi)涵。
同時(shí)，還可以觀察到它們的火焰構(gòu)造與酒精燈和蠟燭的火焰結(jié)構(gòu)不同。氫氣在空氣中和氯氣中燃燒的火焰都是內(nèi)外兩層，這是因?yàn)闅怏w燃燒時(shí)不必經(jīng)氣化階段，所以沒有氣化層的“焰芯”。
氫氧混合氣體的爆鳴
在導(dǎo)管口點(diǎn)燃?xì)錃庵埃仨毾葯z驗(yàn)氫氣的純度，完全是由氫氣易燃且放出大量熱的性質(zhì)所決定的。
課本選用了紙筒的實(shí)驗(yàn)。但書中只描述了"剛點(diǎn)燃時(shí)，氫氣安靜地燃燒，過一會兒，突然聽到"砰"的一聲響，爆炸的氣浪把紙筒高高掀起。事實(shí)上，這個(gè)實(shí)驗(yàn)如果做得好，所能觀察到的現(xiàn)象要比以上課本的那段描述復(fù)雜些。所能說明解釋的問題也更深入些。實(shí)驗(yàn)的具體情況是：
用一個(gè)沒有蓋的紙筒（或罐頭筒）底上穿一個(gè)小孔，小孔用一尖細(xì)小木條塞緊（或用火柴桿也行）。把筒倒立，用排空氣法迅速充滿氫氣，將紙筒向下平置于桌面上，在拔掉小木條的同時(shí)，就小孔處點(diǎn)燃逸出的氫氣。最初氫氣在小孔處安靜地燃燒，一會兒聽“嗡嗡”的聲響，而且聲音逐漸增強(qiáng)，最后才是砰然巨響，爆炸的氣浪使紙筒騰空而起。
幾種可燃性氣體與空氣混合的爆炸界限
氣體 最低成分% 最高成分%
氫氣 4.1 74.2
一氧化碳 12.5 74.2
甲烷 5.0 15.0
乙炔 2.5 80.0
教學(xué)設(shè)計(jì)方案
重點(diǎn)：氫氣的化學(xué)性質(zhì)
一 復(fù)習(xí)提問：
1.寫出實(shí)驗(yàn)室制氫氣的化學(xué)方程式。
2.畫出實(shí)驗(yàn)室制氫氣的簡易裝置圖。
二 導(dǎo)入新課：氫氣的性質(zhì)。
1.氫氣的物理性質(zhì)：
按照描述氧氣物理性質(zhì)的順序，回憶上節(jié)課的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象描述氫氣的色、態(tài)、味和溶解性等。
【實(shí)驗(yàn)3－4】裝置如圖所示。球形干燥管里裝有堿石灰干燥劑。導(dǎo)管口蘸些肥皂水，控制氫氣流速，吹出肥皂泡。當(dāng)肥皂泡吹到足夠大時(shí)，輕輕擺動導(dǎo)管，讓肥皂泡脫離管口，這時(shí)可以觀察到肥皂泡上升。
肥皂泡上升說明氫氣密度小。在標(biāo)準(zhǔn)狀況（1大氣壓，0℃）下，氧氣、空氣、氫氣的密度分別為1.429克／升，1.293克／升，0.0899克／升，它們的比值為16∶14.5∶1。（為什么用排空氣法收集？）
氫氣在通常狀況下，是一種沒有顏色、沒有氣味的氣體，難溶于水，比空氣輕。
2.氫氣的化學(xué)性質(zhì)：
【實(shí)驗(yàn)3－5】在帶尖嘴的導(dǎo)管口點(diǎn)燃純凈的氫氣，觀察火焰的顏色。然后在火焰上方罩一個(gè)冷而干燥的燒杯，過一會兒，觀察燒杯壁上有什么現(xiàn)象發(fā)生。
引導(dǎo)觀察燃燒的焰色和燒杯內(nèi)壁有什么現(xiàn)象出現(xiàn)。把燒杯傳遞給學(xué)生，讓學(xué)生用手觸摸燒杯，感覺熱量。證明氫氣具有可燃性，燃燒時(shí)放出大量的熱。
（1）氫氣的可燃性：
在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中為什么強(qiáng)調(diào)“純凈”呢？如果氫氣不純凈燃燒時(shí)會怎么樣呢？
【實(shí)驗(yàn)3－6】取一個(gè)一端開口，另一端鉆有小孔的紙筒（或塑料筒等），用紙團(tuán)堵住小孔，用向下排空氣法收集氫氣，使紙團(tuán)內(nèi)充滿氫氣。把氫氣發(fā)生裝置移開，拿掉堵小孔的紙團(tuán)，用燃著的木條在小孔處點(diǎn)火，注意有什么現(xiàn)象發(fā)生。（人要離開，注意安全。）
引導(dǎo)學(xué)生觀察：
①注意小孔處點(diǎn)火時(shí)的開始情況；
②仔細(xì)傾聽音響的變化；
③觀察隨音響變化而發(fā)生的現(xiàn)象。
板書 氫氣不純混有空氣或氧氣，點(diǎn)燃時(shí)發(fā)生爆炸。
為什么點(diǎn)燃純凈的氫氣能安靜地燃燒，而混合氣體卻會發(fā)生爆炸呢？
點(diǎn)燃純凈的氫氣時(shí)，在導(dǎo)管口流出的氫氣量少，與氧氣接觸少，反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熱量也少，且散失較快，所以點(diǎn)燃時(shí)安靜地燃燒。
點(diǎn)燃紙筒中氫氣時(shí)，隨著氫氣的消耗，空氣不斷從紙筒底部進(jìn)入筒內(nèi)。氫氣和空氣接觸并混和，與氧氣接觸面多，點(diǎn)燃時(shí)快速反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量在極短時(shí)間內(nèi)、有限空間里急劇膨脹，就發(fā)生了爆炸。
實(shí)驗(yàn)測定，當(dāng)空氣中混入氫氣的體積達(dá)到總體積的4%～74.2%時(shí)，點(diǎn)燃即發(fā)生爆炸。這個(gè)范圍叫做氫氣的爆炸極限。所以，點(diǎn)燃需要純凈的氫氣，點(diǎn)燃?xì)錃馇氨仨殭z驗(yàn)氫氣的純度。
【實(shí)驗(yàn)3－7】用排水法收集一試管氫氣，用拇指堵住，移近火焰，移開拇指點(diǎn)火。如果聽到尖銳的爆鳴聲，就表明氫氣不純，需要再收集，再檢驗(yàn)，直到響聲很小，才表明氫氣已經(jīng)純凈，如果用向下排空氣法收集氫氣，經(jīng)檢驗(yàn)不純而需要再檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該用拇指堵住試管口一會兒，然后再收集氫氣檢驗(yàn)純度，以免暗焰引發(fā)氫氣發(fā)生器爆炸。
【實(shí)驗(yàn)3－8】在干燥的硬質(zhì)試管底部鋪一層黑色的氧化銅，管口微向下傾斜。通入氫氣，過一會兒再給氧化銅加熱。注意觀察黑色的氧化銅有什么變化，管口有什么生成。反應(yīng)完成后停止加熱，還要繼續(xù)通入氫氣，直到試管冷卻后，再停止通氫。
引導(dǎo)學(xué)生思考：
（1）放氧化銅的試管口為什么要略向下傾斜？
（2）導(dǎo)氣管為什么要伸入到試管底部，管口不能用塞子塞住？
（3）為什么先通一會兒氫氣，再加熱氧化銅？氫氣的純度是否需要檢驗(yàn)？
（4）實(shí)驗(yàn)在停止加熱時(shí)，為什么還要繼續(xù)通入氫氣到試管全部冷卻為止？
聯(lián)系已學(xué)過的有關(guān)知識逐一討論。歸納出實(shí)驗(yàn)步驟韻語記憶口訣：
板書“一通、二點(diǎn)、三滅、四撤”。
引導(dǎo)學(xué)生用化學(xué)式表述反應(yīng)過程
氫氣和氧化銅反應(yīng)：
練習(xí)：實(shí)驗(yàn)室制備氫氣并使氫氣跟灼熱的氧化銅反應(yīng)有以下主要步驟，請按正確的操作順序排列序號___________________。
A 檢驗(yàn)氫氣發(fā)生裝置的氣密性； B 給試管中的氧化銅加熱；
C 向氫氣發(fā)生裝置里添加藥品； D 停止加熱；
E 向裝有氧化銅試管中通入氫氣； F 停止通入氫氣；
G 檢驗(yàn)氫氣的純度。
復(fù)習(xí)提問：什么是氧化反應(yīng)？氫氣與氧化銅反應(yīng)是否是氧化反應(yīng)？
分析：在氫氣與氧化銅反應(yīng)中，氫氣奪取了氧化銅中的氧，發(fā)生了氧化反應(yīng)。而氧化銅失去了氧變成了單質(zhì)銅，則氧化銅發(fā)生了還原反應(yīng)。
在反應(yīng)中，氫氣奪取了氧化銅中的氧，發(fā)生了氧化反應(yīng)。使銅被還原出來，說明氫氣有還原能力，我們稱之為還原性，而把氫氣稱之為還原劑。
氧化銅失去了氧，發(fā)生了還原反應(yīng)。使氫氣發(fā)生了氧化反應(yīng)，說明它具有氧化能力，我們稱之為氧化性，而把氧化銅稱之為氧化劑。
氫氣：得氧～有還原性～是還原劑～發(fā)生了氧化反應(yīng)。
氧化銅：失氧～有氧化性～是氧化劑～發(fā)生了還原反應(yīng)。
練習(xí)：在高溫下，三氧化二鐵與一氧化碳反應(yīng)生成單質(zhì)鐵和二氧化碳。此反應(yīng)中氧化劑是_______，還原劑是_______，_______，發(fā)生了氧化反應(yīng)，________發(fā)生了還原反應(yīng)。
氫氣的用途：閱讀課本57頁圖3－14。
物質(zhì)的用途是由其性能決定的。
密度小——?dú)錃馇颍?br /> 可燃性——?dú)溲跹妗⒏吣苋剂系龋?br /> 還原性——冶煉金屬、制備硅等；
另外還可用于合成氨氣、制備鹽酸。
探究活動
1． 家庭小實(shí)驗(yàn) 在如教材第53頁所示的實(shí)驗(yàn)3－4中，可以用蠟燭不斷點(diǎn)燃產(chǎn)生、上升的氫氣泡。想辦法使氫氣泡中含有少量空氣，一來可減慢氫氣上升的速度，二來又可產(chǎn)生強(qiáng)烈的爆鳴聲。
2． 家庭小實(shí)驗(yàn) 取一支大試管，平置固定在鐵架臺上，用一團(tuán)棉絮浸透酒精溶液，置入管底。在管中部用紙槽送入黑色氧化銅，鋪平。用單孔帶短玻管的橡皮塞塞緊，加熱棉絮球部位，可以看到氧化銅慢慢由黑色變紅。
3． 設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，證明蠟燭中含有碳?xì)鋬煞N元素.
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