《氫氣的制取與性質實驗》教學設計

紀淡意++衷明華

摘 要： 鈉與水的反應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，所用藥品、試劑少，但反應現象很明顯，且容易操作，便于學生進行自主探究實驗。本教學設計中，通過教師邊演示實驗邊引導學生進行新知的建構及學生的自主實驗以完成實驗教學任務，提高學生的動手操作和自主學習的能力。

關鍵詞： 微型儀器 鈉 氫氣 教學設計

一、教學設計思路

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

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

這節課通過設置多個實驗，通過實驗觀察得出相應化學性質，視覺上的沖擊使得學生對所學知識的印象更深刻。通過學生的自主實驗，培養學生的動手操作能力和實踐能力。

二、教學目標

1.知識與技能：理解實驗室制取氫氣的原理，掌握氫氣的化學性質。

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

3.情感態度與價值觀：運用氫氣的化學性質，解釋氫氣作為潔凈能源的原因，提高環保意識，初步養成嚴謹求實的科學態度。

三、教學重點和教學難點

重點：氫氣的制備和氫氣的化學性質。

難點：氫氣的化學性質。

四、教法學法分析

教法：實驗引導、多媒體輔助教學法。

學法：合作學習、探究學習、自主學習。

五、教學過程

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、可持續能源氫燃料的技術，近年來，國內外科學家都致力于合成多種電解水催化劑，但因其合成方法復雜等原因很難被推廣應用。近期，天津大學理學院化學系張兵教授課題組設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，但在中性環境中能耗較低、產氫效率高，有很好的工業應用前景。

教師提問：工業上，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，瑞士醫藥學家帕拉塞斯就發現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。

學生活動：寫出鐵和硫酸反應的方程式，并類比，寫出鋅粒與硫酸反應的方程式。

復習回顧：之前學習過氧氣制備實驗，大家還記不記得HO分解制取O的發生裝置？

學生回答：MnO和HO一起加入試管中……

教師：沒錯，那我們用Zn與HSO反應制取H的發生裝置，也可以簡單地將兩種物質一起加入試管中，讓其發生反應，得到H。那么氣體的收集裝置是怎樣的呢？前面我們已經介紹過三種氣體的收集方法，分別是什么呢？

學生：排水集氣法、向上排空氣法、向下排空氣法……

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

學生：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？

學生：先將反應裝置的導管浸入水里，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過的檢驗氫氣純度的方法？

學生：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：大家有沒有發現這個裝置有什么不足的地方嗎？比如能不能我想停止反應就隨時停止？

學生：不可以……

教師：下面我來向大家介紹一個裝置，啟普發生器，如圖一所示，

它是一個固液反應的發生裝置。使用時，先將儀器橫放，把鋅粒由容器上插導氣管的口中加入，然后放正儀器，再將裝導氣管的塞子塞好。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生反應，產生的氫氣從導氣管放出。不用時關閉導氣管的活塞，容器內繼續反應產生的氫氣使容器內壓強加大，把酸液壓回球形漏斗，使酸液與鋅粒脫離接觸，反應自行停止。使用啟普發生器制取氫氣十分方便，可以及時控制反應的發生或停止。

根據上述啟普發生器的原理，我們可以將實驗裝置改進，利用微型儀器中的U形管和一個內套管進行組裝，控制反應的停止或發生。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。

學生實驗：下面就請大家根據這個裝置完成本次實驗。并在實驗中，注意觀察現象，并對相關現象做出對應解釋。

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

學生活動：學生代表匯報實驗結果。

作業：通過以上學習，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資料，了解關于燃料、能源的知識，我們下節課一起來分享。

六、板書設計

鈉與水的反應：

1.實驗原理：鋅粒與硫酸反應：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.實驗結果。

七、教學設計反思

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