氫氣的性質(zhì)和用途
教學(xué)目標
知識目標
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)的實驗過程和現(xiàn)象以及注意事項；
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
通過對實驗現(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
通過氫氣燃燒與爆炸和還原性與還原反應(yīng)的教學(xué)，進行量變引起質(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)、制法和氫氣的實驗室制法。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，確定恰當?shù)闹R范圍和實驗內(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)實驗現(xiàn)象和化學(xué)方程式；了解點燃氫氣之前為什么要檢驗氫氣的純度以及檢驗的方法，結(jié)合實驗內(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)生進行環(huán)境保護教育等。
在教學(xué)過程中，教師應(yīng)始終圍繞教學(xué)目標，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，以實驗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識問題的方法，層次清楚，符合學(xué)生認識規(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，也應(yīng)先演示氫氣在空氣中安靜燃燒、氫氣中混有空氣點燃發(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驗等，而后運用投影，進行反應(yīng)實質(zhì)的總結(jié)，寫出化學(xué)方程式。這種運用探索性實驗的教法，能使學(xué)生從感性認識上升到理性認識，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)生看書進行小結(jié)，再通過讓學(xué)生做練習(xí)題進行鞏固，使大多學(xué)生都能掌握基本的、重點的知識，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）為增加實驗興趣，可在實驗3-4的肥皂水中加入顏色。
（3）氫氣燃燒實驗必須絕對安全，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）認真做好氫氣還原氧化銅實驗，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”概念的擴展
從對比氫氣在空氣中燃燒和氫氣在氯氣中燃燒時火焰的顏色不同和生成物不同，不僅能總結(jié)出兩個反應(yīng)的特殊性，同時也能找出它們的共性——劇烈的、發(fā)光放熱的化學(xué)反應(yīng)。從而擴大了“燃燒”概念的內(nèi)涵。
同時，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，這是因為氣體燃燒時不必經(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)管口點燃氫氣之前，必須先檢驗氫氣的純度，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驗。但書中只描述了"剛點燃時，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。事實上，這個實驗如果做得好，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。實驗的具體情況是：
用一個沒有蓋的紙筒（或罐頭筒）底上穿一個小孔，小孔用一尖細小木條塞緊（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，就小孔處點燃逸出的氫氣。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，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)計方案
重點：氫氣的化學(xué)性質(zhì)
一 復(fù)習(xí)提問：
1.寫出實驗室制氫氣的化學(xué)方程式。
2.畫出實驗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)課的實驗現(xiàn)象描述氫氣的色、態(tài)、味和溶解性等。
【實驗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。當肥皂泡吹到足夠大時，輕輕擺動導(dǎo)管，讓肥皂泡脫離管口，這時可以觀察到肥皂泡上升。
肥皂泡上升說明氫氣密度小。在標準狀況（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)：
【實驗3－5】在帶尖嘴的導(dǎo)管口點燃純凈的氫氣，觀察火焰的顏色。然后在火焰上方罩一個冷而干燥的燒杯，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，燃燒時放出大量的熱。
（1）氫氣的可燃性：
在這個實驗中為什么強調(diào)“純凈”呢？如果氫氣不純凈燃燒時會怎么樣呢？
【實驗3－6】取一個一端開口，另一端鉆有小孔的紙筒（或塑料筒等），用紙團堵住小孔，用向下排空氣法收集氫氣，使紙團內(nèi)充滿氫氣。把氫氣發(fā)生裝置移開，拿掉堵小孔的紙團，用燃著的木條在小孔處點火，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注意小孔處點火時的開始情況；
②仔細傾聽音響的變化；
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，點燃時發(fā)生爆炸。
為什么點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？
點燃純凈的氫氣時，在導(dǎo)管口流出的氫氣量少，與氧氣接觸少，反應(yīng)時產(chǎn)生的熱量也少，且散失較快，所以點燃時安靜地燃燒。
點燃紙筒中氫氣時，隨著氫氣的消耗，空氣不斷從紙筒底部進入筒內(nèi)。氫氣和空氣接觸并混和，與氧氣接觸面多，點燃時快速反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量在極短時間內(nèi)、有限空間里急劇膨脹，就發(fā)生了爆炸。
實驗測定，當空氣中混入氫氣的體積達到總體積的4%～74.2%時，點燃即發(fā)生爆炸。這個范圍叫做氫氣的爆炸極限。所以，點燃需要純凈的氫氣，點燃氫氣前必須檢驗氫氣的純度。
【實驗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，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)檢驗不純而需要再檢驗時，應(yīng)該用拇指堵住試管口一會兒，然后再收集氫氣檢驗純度，以免暗焰引發(fā)氫氣發(fā)生器爆炸。
【實驗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��？
（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？
（4）實驗在停止加熱時，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。歸納出實驗步驟韻語記憶口訣：
板書“一通、二點、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)：實驗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——氫氣球；
可燃性——氫氧焰、高能燃料等；
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． 家庭小實驗 在如教材第53頁所示的實驗3－4中，可以用蠟燭不斷點燃產(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)生強烈的爆鳴聲。
2． 家庭小實驗 取一支大試管，平置固定在鐵架臺上，用一團棉絮浸透酒精溶液，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)計一個實驗，證明蠟燭中含有碳氫兩種元素.
氫氣的性質(zhì)和用途