《氢气的制取与性质实验》教学设计

纪淡意++衷明华

摘 要： 钠与水的反应实验是人教版高中必修一中的一个实验，采用微型仪器辅助教学，所用药品、试剂少，但反应现象很明显，且容易操作，便于学生进行自主探究实验。本教学设计中，通过教师边演示实验边引导学生进行新知的建构及学生的自主实验以完成实验教学任务，提高学生的动手操作和自主学习的能力。

关键词： 微型仪器 钠 氢气 教学设计

一、教学设计思路

本节内容选自人教版九年级上册第七单元燃料及其应用中的课题2《燃料的合理运用与开发》，其既是本课题所学氢燃料的一个延续，又是第四单元自然界中的水中课题三《水的组成》中的开篇内容，《氢气性质的深化》是初中化学阶段制取气体的重要实验之一。

在上本节课之前，学生已经学习了水的电解，初步了解了氢气的物理性质，因此，对本节课的知识更容易理解。该年龄段的学生，思维活跃，喜欢动手操作，对实验操作有浓厚兴趣，为本节课的实验探究奠定了基础。

这节课通过设置多个实验，通过实验观察得出相应化学性质，视觉上的冲击使得学生对所学知识的印象更深刻。通过学生的自主实验，培养学生的动手操作能力和实践能力。

二、教学目标

1.知识与技能：理解实验室制取氢气的原理，掌握氢气的化学性质。

2.过程与方法：通过实验，探究氢气的化学性质，锻炼动手操作能力和分析归纳能力。

3.情感态度与价值观：运用氢气的化学性质，解释氢气作为洁净能源的原因，提高环保意识，初步养成严谨求实的科学态度。

三、教学重点和教学难点

重点：氢气的制备和氢气的化学性质。

难点：氢气的化学性质。

四、教法学法分析

教法：实验引导、多媒体辅助教学法。

学法：合作学习、探究学习、自主学习。

五、教学过程

新课引入：氢气是一种理想的清洁、高能燃料，电解水制备氢气是一种高效的制备洁净、可持续能源氢燃料的技术，近年来，国内外科学家都致力于合成多种电解水催化剂，但因其合成方法复杂等原因很难被推广应用。近期，天津大学理学院化学系张兵教授课题组设计合成一种新型电解水催化剂CoO/CoSe（氧化亚钴/二硒化钴），这种新催化剂合成方法简单，成本廉价，但在中性环境中能耗较低、产氢效率高，有很好的工业应用前景。

教师提问：工业上，通过电解水制氢气，那我们在实验室里又是怎样制取氢气的呢？

过渡：早在16世纪，瑞士医药学家帕拉塞斯就发现铁屑放在硫酸中有气体生成并可以燃烧，便把这种气体叫作“可燃性空气”，其实，这种气体就是氢气。

学生活动：写出铁和硫酸反应的方程式，并类比，写出锌粒与硫酸反应的方程式。

复习回顾：之前学习过氧气制备实验，大家还记不记得HO分解制取O的发生装置？

学生回答：MnO和HO一起加入试管中……

教师：没错，那我们用Zn与HSO反应制取H的发生装置，也可以简单地将两种物质一起加入试管中，让其发生反应，得到H。那么气体的收集装置是怎样的呢？前面我们已经介绍过三种气体的收集方法，分别是什么呢？

学生：排水集气法、向上排空气法、向下排空气法……

教师：在第四单元，我们已经有学过氢气的一些物理性质，大家能不能试着根据H的物理性质，选择出收集H的方法呢？

学生：难溶于水，用排水集气法；密度比空气小，用向下排空气法。

过渡：我们这节课就先选择排水法收集H。

教师演示实验：在实验之前，要记得检查装置的气密性，对于这个装置，我们要怎样检查气密性呢？

学生：先将反应装置的导管浸入水里，用手掌紧贴试管的外壁，如果装置不漏气，容器里的空气受热膨胀，导管口就有气泡逸出；若装置漏气，则不会有气泡冒出……

教师：检查好装置的气密性之后，就可以往试管中添加药品进行实验。等到水槽中气泡均匀地冒出时，再开始收集气体，因为混有一定量的空气或氧气的氢气遇到明火会发生爆炸，所以要先对收集到的气体检查其纯度。大家还记不记得之前学过的检验氢气纯度的方法？

学生：用拇指堵住集满氢气的试管口，靠近火焰，移开拇指点火，如果听到尖锐的爆鸣声，则证明氢气不纯，如果声音很小，则证明氢气较纯……

教师：好，当检验氢气的纯净后，就可以开始收集氢气了。

提问过渡：大家有没有发现这个装置有什么不足的地方吗？比如能不能我想停止反应就随时停止？

学生：不可以……

教师：下面我来向大家介绍一个装置，启普发生器，如图一所示，

它是一个固液反应的发生装置。使用时，先将仪器横放，把锌粒由容器上插导气管的口中加入，然后放正仪器，再将装导气管的塞子塞好。接着由球形漏斗口加入稀硫酸。使用时，扭开导气管活塞，酸液由球形漏斗流到容器的底部，再上升到中部跟锌粒接触而发生反应，产生的氢气从导气管放出。不用时关闭导气管的活塞，容器内继续反应产生的氢气使容器内压强加大，把酸液压回球形漏斗，使酸液与锌粒脱离接触，反应自行停止。使用启普发生器制取氢气十分方便，可以及时控制反应的发生或停止。

根据上述启普发生器的原理，我们可以将实验装置改进，利用微型仪器中的U形管和一个内套管进行组装，控制反应的停止或发生。在U形管细的一端的管口，装上一个装有一定量稀硫酸的针筒，另一端的管口用橡胶塞塞住，支管口套上橡胶导管，连接直形通气管，在直形通气管的球状处套上橡胶管，并将直形通气管伸入具支试管中，同时使具支试管的支管口朝下，具支试管也要稍微向下倾斜。

这样一个装置，可以集H的制取和验证其性质为一体的装置，在具支试管的支管口抹肥皂泡，可以检验氢气，并且验纯，若氢气纯净，还可以点燃氢气；将氧化铜装进具支试管的底部，将氢气通到底部，并进行加热。

学生实验：下面就请大家根据这个装置完成本次实验。并在实验中，注意观察现象，并对相关现象做出对应解释。

讲述：大家在实验过程中有观察到什么现象吗？大家对这些现象是怎么解释的，又可以得出怎样的结论呢？

学生活动：学生代表汇报实验结果。

作业：通过以上学习，大家可以解释为什么氢气可以作为洁净的燃料了吗？在实际的生产生活中，有各种各样的能源，大家课后可以找找这方面的相关资料，了解关于燃料、能源的知识，我们下节课一起来分享。

六、板书设计

钠与水的反应：

1.实验原理：锌粒与硫酸反应：2.实验步骤：①检查装置的气密性（热胀冷缩）；②添加药品、连接装置；③检验气体纯度：用拇指堵住集满氢气的试管口，靠近火焰，移开拇指点火；④收集气体：排水集气法、向下排空放气法。

3.实验结果。

七、教学设计反思

本节课先由教师演示实验，回顾新知，并进行新知学习，便于学生理解和掌握。采用微型仪器教学，便于学生自主实验，提高课堂参与度。