氢气的性质和用途

教学目标

知识目标
　　使学生了解氢气的物理性质，掌握氢气的可燃性、还原性，并了解有关的实验过程和现象以及注意事项；
　　根据氢气的性质了解其主要用途；
　　从得氧和失氧的角度对照了解氧化反应和还原反应，氧化剂和还原剂。

能力目标
　　通过对实验现象的观察，培养学生的观察能力和思维能力。

情感目标
　　通过氢气燃烧与爆炸和还原性与还原反应的教学，进行量变引起质变和对立统一规律的辩证唯物主义教育。

教学建议

教法建议
　　在讲氢气的性质之前，学生已学过氧气的性质、制法和氢气的实验室制法。教师根据学生已有的知识水平、化学教学大纲的要求和教材的特点，确定恰当的知识范围和实验内容，使学生了解氢气的物理性质，掌握氢气的可燃性、还原性及有关实验现象和化学方程式；了解点燃氢气之前为什么要检验氢气的纯度以及检验的方法，结合实验内容明确提出培养学生观察能力，结合氢气的可燃性对学生进行环境保护教育等。
　　在教学过程中，教师应始终围绕教学目标，层层深入地展开教学内容。教师讲新课之前先复习旧知识，以实验室用什么药品制取氢气，收集氢气有几种方法等问题导入新课，而后展示一瓶瓶口倒置的氢气，请学生通过观察氢气在通常状态下的色、态、水溶性、密度等，让学生通过观察思考自己总结出氢气的物理性质。这种从感性到理性认识问题的方法，层次清楚，符合学生认识规律和能力形成与发展的规律。在讲授氢气的可燃性和还原性时，也应先演示氢气在空气中安静燃烧、氢气中混有空气点燃发生爆鸣、氢气在氯气中燃烧在瓶口出现白雾、氢气还原氧化铜的实验等，而后运用投影，进行反应实质的总结，写出化学方程式。这种运用探索性实验的教法，能使学生从感性认识上升到理性认识，揭示了知识的本质和内在联系。
　　最后教师通过让学生看书进行小结，再通过让学生做练习题进行巩固，使大多学生都能掌握基本的、重点的知识，从而圆满地完成教学任务。

其它一些建议：
　　（1）为使操作方便，节省时间和药品，氢气发生装置宜选用启普发生器。
　　（2）为增加实验兴趣，可在实验3-4的肥皂水中加入颜色。
　　（3）氢气燃烧实验必须绝对安全，氢气燃烧除焰色、发热和爆炸外，还可引导学生注意产物，即可在烧杯内壁涂上遇水显色的物质。
　　（4）认真做好氢气还原氧化铜实验，使学生掌握操作步骤。
　　（5）引导学生分析反应物和产物，为下章学习打下基础。
　　（6）复习氧化反应，引入还原反应。先以氢气和氧化铜为例理清概念，不要急于将前面各种氧化反应均分析一下哪个是氧化剂、还原剂。
　　（7）使学生了解用途对性质的依赖关系。

关于“燃烧”概念的扩展
　　从对比氢气在空气中燃烧和氢气在氯气中燃烧时火焰的颜色不同和生成物不同，不仅能总结出两个反应的特殊性，同时也能找出它们的共性——剧烈的、发光放热的化学反应。从而扩大了“燃烧”概念的内涵。
　　同时，还可以观察到它们的火焰构造与酒精灯和蜡烛的火焰结构不同。氢气在空气中和氯气中燃烧的火焰都是内外两层，这是因为气体燃烧时不必经气化阶段，所以没有气化层的“焰芯”。

氢氧混合气体的爆鸣
　　在导管口点燃氢气之前，必须先检验氢气的纯度，完全是由氢气易燃且放出大量热的性质所决定的。
　　课本选用了纸筒的实验。但书中只描述了"刚点燃时，氢气安静地燃烧，过一会儿，突然听到"砰"的一声响，爆炸的气浪把纸筒高高掀起。事实上，这个实验如果做得好，所能观察到的现象要比以上课本的那段描述复杂些。所能说明解释的问题也更深入些。实验的具体情况是：
　　用一个没有盖的纸筒（或罐头筒）底上穿一个小孔，小孔用一尖细小木条塞紧（或用火柴杆也行）。把筒倒立，用排空气法迅速充满氢气，将纸筒向下平置于桌面上，在拔掉小木条的同时，就小孔处点燃逸出的氢气。最初氢气在小孔处安静地燃烧，一会儿听“嗡嗡”的声响，而且声音逐渐增强，最后才是砰然巨响，爆炸的气浪使纸筒腾空而起。

　　几种可燃性气体与空气混合的爆炸界限

　　气体　　　最低成分%　最高成分%
　　氢气　　　　4.1　　　　74.2
　　一氧化碳　　12.5　　　 74.2
　　甲烷　　　　5.0　　　　15.0
　　乙炔 　　　 2.5　　　　80.0

教学设计方案

重点：氢气的化学性质
　一  复习提问：
　　1.写出实验室制氢气的化学方程式。
　　2.画出实验室制氢气的简易装置图。

　二  导入新课：氢气的性质。
　　1.氢气的物理性质：
　　按照描述氧气物理性质的顺序，回忆上节课的实验现象描述氢气的色、态、味和溶解性等。

　　【实验3－4】装置如图所示。球形干燥管里装有碱石灰干燥剂。导管口蘸些肥皂水，控制氢气流速，吹出肥皂泡。当肥皂泡吹到足够大时，轻轻摆动导管，让肥皂泡脱离管口，这时可以观察到肥皂泡上升。

　　肥皂泡上升说明氢气密度小。在标准状况（1大气压，0℃）下，氧气、空气、氢气的密度分别为1.429克／升，1.293克／升，0.0899克／升，它们的比值为16∶14.5∶1。（为什么用排空气法收集？）

　　氢气在通常状况下，是一种没有颜色、没有气味的气体，难溶于水，比空气轻。

　　2.氢气的化学性质：
　　【实验3－5】在带尖嘴的导管口点燃纯净的氢气，观察火焰的颜色。然后在火焰上方罩一个冷而干燥的烧杯，过一会儿，观察烧杯壁上有什么现象发生。

　　引导观察燃烧的焰色和烧杯内壁有什么现象出现。把烧杯传递给学生，让学生用手触摸烧杯，感觉热量。证明氢气具有可燃性，燃烧时放出大量的热。

　　（1）氢气的可燃性：
　　在这个实验中为什么强调“纯净”呢？如果氢气不纯净燃烧时会怎么样呢？

　　【实验3－6】取一个一端开口，另一端钻有小孔的纸筒（或塑料筒等），用纸团堵住小孔，用向下排空气法收集氢气，使纸团内充满氢气。把氢气发生装置移开，拿掉堵小孔的纸团，用燃着的木条在小孔处点火，注意有什么现象发生。（人要离开，注意安全。）

　　引导学生观察：
　　①注意小孔处点火时的开始情况；
　　②仔细倾听音响的变化；
　　③观察随音响变化而发生的现象。

　　板书  氢气不纯混有空气或氧气，点燃时发生爆炸。

　　为什么点燃纯净的氢气能安静地燃烧，而混合气体却会发生爆炸呢？

　　点燃纯净的氢气时，在导管口流出的氢气量少，与氧气接触少，反应时产生的热量也少，且散失较快，所以点燃时安静地燃烧。

　　点燃纸筒中氢气时，随着氢气的消耗，空气不断从纸筒底部进入筒内。氢气和空气接触并混和，与氧气接触面多，点燃时快速反应，产生的热量在极短时间内、有限空间里急剧膨胀，就发生了爆炸。

　　实验测定，当空气中混入氢气的体积达到总体积的4%～74.2%时，点燃即发生爆炸。这个范围叫做氢气的爆炸极限。所以，点燃需要纯净的氢气，点燃氢气前必须检验氢气的纯度。

　　【实验3－7】用排水法收集一试管氢气，用拇指堵住，移近火焰，移开拇指点火。如果听到尖锐的爆鸣声，就表明氢气不纯，需要再收集，再检验，直到响声很小，才表明氢气已经纯净，如果用向下排空气法收集氢气，经检验不纯而需要再检验时，应该用拇指堵住试管口一会儿，然后再收集氢气检验纯度，以免暗焰引发氢气发生器爆炸。

　　【实验3－8】在干燥的硬质试管底部铺一层黑色的氧化铜，管口微向下倾斜。通入氢气，过一会儿再给氧化铜加热。注意观察黑色的氧化铜有什么变化，管口有什么生成。反应完成后停止加热，还要继续通入氢气，直到试管冷却后，再停止通氢。

引导学生思考：

　　（1）放氧化铜的试管口为什么要略向下倾斜？
　　（2）导气管为什么要伸入到试管底部，管口不能用塞子塞住？
　　（3）为什么先通一会儿氢气，再加热氧化铜？氢气的纯度是否需要检验？
　　（4）实验在停止加热时，为什么还要继续通入氢气到试管全部冷却为止？

　　联系已学过的有关知识逐一讨论。归纳出实验步骤韵语记忆口诀：

　　板书“一通、二点、三灭、四撤”。

　　引导学生用化学式表述反应过程

　　氢气和氧化铜反应：

　　练习：实验室制备氢气并使氢气跟灼热的氧化铜反应有以下主要步骤，请按正确的操作顺序排列序号___________________。

A 检验氢气发生装置的气密性；　 B 给试管中的氧化铜加热；
　　C 向氢气发生装置里添加药品；　 D 停止加热；
　　E 向装有氧化铜试管中通入氢气； F 停止通入氢气；
　　G 检验氢气的纯度。

　　复习提问：什么是氧化反应？氢气与氧化铜反应是否是氧化反应？

　　分析：在氢气与氧化铜反应中，氢气夺取了氧化铜中的氧，发生了氧化反应。而氧化铜失去了氧变成了单质铜，则氧化铜发生了还原反应。

　　在反应中，氢气夺取了氧化铜中的氧，发生了氧化反应。使铜被还原出来，说明氢气有还原能力，我们称之为还原性，而把氢气称之为还原剂。

　　氧化铜失去了氧，发生了还原反应。使氢气发生了氧化反应，说明它具有氧化能力，我们称之为氧化性，而把氧化铜称之为氧化剂。

　　氢气：得氧～有还原性～是还原剂～发生了氧化反应。

　　氧化铜：失氧～有氧化性～是氧化剂～发生了还原反应。

　　练习：在高温下，三氧化二铁与一氧化碳反应生成单质铁和二氧化碳。此反应中氧化剂是_______，还原剂是_______，_______，发生了氧化反应，________发生了还原反应。

　　氢气的用途：阅读课本57页图3－14。

　　物质的用途是由其性能决定的。

　　密度小——氢气球；
　　可燃性——氢氧焰、高能燃料等；
　　还原性——冶炼金属、制备硅等；
　　另外还可用于合成氨气、制备盐酸。

探究活动

　　1． 家庭小实验 在如教材第53页所示的实验3－4中，可以用蜡烛不断点燃产生、上升的氢气泡。想办法使氢气泡中含有少量空气，一来可减慢氢气上升的速度，二来又可产生强烈的爆鸣声。

　　2． 家庭小实验 取一支大试管，平置固定在铁架台上，用一团棉絮浸透酒精溶液，置入管底。在管中部用纸槽送入黑色氧化铜，铺平。用单孔带短玻管的橡皮塞塞紧，加热棉絮球部位，可以看到氧化铜慢慢由黑色变红。

　　3． 设计一个实验，证明蜡烛中含有碳氢两种元素.