氫氣的性質和用途

教學目標 

知識目標
使學生了解氫氣的物理性質，掌握氫氣的可燃性、還原性，并了解有關的實驗過程和現象以及注意事項；
根據氫氣的性質了解其主要用途；
從得氧和失氧的角度對照了解氧化反應和還原反應，氧化劑和還原劑。

能力目標
通過對實驗現象的觀察，培養學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的教學，進行量變引起質變和對立統一規律的辯證唯物主義教育。

教學建議

教法建議
在講氫氣的性質之前，學生已學過氧氣的性質、制法和氫氣的實驗室制法。教師根據學生已有的知識水平、化學教學大綱的要求和教材的特點，確定恰當的知識范圍和實驗內容，使學生了解氫氣的物理性質，掌握氫氣的可燃性、還原性及有關實驗現象和化學方程式；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，結合實驗內容明確提出培養學生觀察能力，結合氫氣的可燃性對學生進行環境保護教育等。
在教學過程 中，教師應始終圍繞教學目標 ，層層深入地展開教學內容。教師講新課之前先復習舊知識，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入  新課，而后展示一瓶瓶口倒置的氫氣，請學生通過觀察氫氣在通常狀態下的色、態、水溶性、密度等，讓學生通過觀察思考自己總結出氫氣的物理性質。這種從感性到理性認識問題的方法，層次清楚，符合學生認識規律和能力形成與發展的規律。在講授氫氣的可燃性和還原性時，也應先演示氫氣在空氣中安靜燃燒、氫氣中混有空氣點燃發生爆鳴、氫氣在氯氣中燃燒在瓶口出現白霧、氫氣還原氧化銅的實驗等，而后運用投影，進行反應實質的總結，寫出化學方程式。這種運用探索性實驗的教法，能使學生從感性認識上升到理性認識，揭示了知識的本質和內在聯系。
最后教師通過讓學生看書進行小結，再通過讓學生做練習題進行鞏固，使大多學生都能掌握基本的、重點的知識，從而圓滿地完成教學任務。

其它一些建議：
（1）為使操作方便，節省時間和藥品，氫氣發生裝置宜選用啟普發生器。
（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、發熱和爆炸外，還可引導學生注意產物，即可在燒杯內壁涂上遇水顯色的物質。
（4）認真做好氫氣還原氧化銅實驗，使學生掌握操作步驟。
（5）引導學生分析反應物和產物，為下章學習打下基礎。
（6）復習氧化反應，引入還原反應。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均分析一下哪個是氧化劑、還原劑。
（7）使學生了解用途對性質的依賴關系。

關于“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，不僅能總結出兩個反應的特殊性，同時也能找出它們的共性——劇烈的、發光放熱的化學反應。從而擴大了“燃燒”概念的內涵。
同時，還可以觀察到它們的火焰構造與酒精燈和蠟燭的火焰結構不同。氫氣在空氣中和氯氣中燃燒的火焰都是內外兩層，這是因為氣體燃燒時不必經氣化階段，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，所能觀察到的現象要比以上課本的那段描述復雜些。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

教學設計方案

重點：氫氣的化學性質
一  復習提問：
1.寫出實驗室制氫氣的化學方程式。
2.畫出實驗室制氫氣的簡易裝置圖。

二  導入  新課：氫氣的性質。
1.氫氣的物理性質：
按照描述氧氣物理性質的順序，回憶上節課的實驗現象描述氫氣的色、態、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.氫氣的化學性質：
【實驗3－5】在帶尖嘴的導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象發生。

引導觀察燃燒的焰色和燒杯內壁有什么現象出現。把燒杯傳遞給學生，讓學生用手觸摸燒杯，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“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，使紙團內充滿氫氣。把氫氣發生裝置移開，拿掉堵小孔的紙團，用燃著的木條在小孔處點火，注意有什么現象發生。（人要離開，注意安全。）

引導學生觀察：
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生的現象。

板書  氫氣不純混有空氣或氧氣，點燃時發生爆炸。

為什么點燃純凈的氫氣能安靜地燃燒，而混合氣體卻會發生爆炸呢？

點燃純凈的氫氣時，在導管口流出的氫氣量少，與氧氣接觸少，反應時產生的熱量也少，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。氫氣和空氣接觸并混和，與氧氣接觸面多，點燃時快速反應，產生的熱量在極短時間內、有限空間里急劇膨脹，就發生了爆炸。

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，才表明氫氣已經純凈，如果用向下排空氣法收集氫氣，經檢驗不純而需要再檢驗時，應該用拇指堵住試管口一會兒，然后再收集氫氣檢驗純度，以免暗焰引發氫氣發生器爆炸。

【實驗3－8】在干燥的硬質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。反應完成后停止加熱，還要繼續通入氫氣，直到試管冷卻后，再停止通氫。

引導學生思考：

（1）放氧化銅的試管口為什么要略向下傾斜？
（2）導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，為什么還要繼續通入氫氣到試管全部冷卻為止？

聯系已學過的有關知識逐一討論。歸納出實驗步驟韻語記憶口訣：

板書“一通、二點、三滅、四撤”。

化學式表述反應過程

C 向氫氣發生裝置里添加藥品； 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。

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。