高中化學《元素》教案設計

　　［引言］氧族元素中氧為首領，其單質(zhì)O2是環(huán)繞在地球表面大氣對流層中的一種與生物生命息息相關的重要氣體，它還能在社會各行各業(yè)(工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技、國防、醫(yī)療等)中，顯示其非凡的身手。氧氣有何過人之處呢?因為它是一種來自于空氣、無公害的強氧化劑。它還有一位功不可沒的同根兄弟——“O3”，號稱生命的衛(wèi)士。化學上，將它們稱為同素異形體，請看相關內(nèi)容。

　　［板書］一、臭氧

　　［承轉(zhuǎn)］化學上為何將O3、O2稱為同素異形體，其含義是什么?在弄清這個問題之前，我們先比一比兩兄弟。

　　［引導］O3與O2，均由氧元素組成，在分子組成上只不過僅是一個O原子之差，但兩兄弟的“脾氣”和“外貌”卻大相徑庭。

　　［板書］1.O3與O2物理性質(zhì)的對比

　　［學生閱讀］課本“二、臭氧物理性質(zhì)”并與O2對比。

　　［投影］O3與O2物理性質(zhì)的對比

　　O3 O2

　　色、味、態(tài) 通常為一有特殊臭味的淡藍色氣體，液態(tài)O3呈深藍色，固態(tài)O3為紫黑色 通常為一無色無氣味的氣體

　　液態(tài)O2呈淡藍色，固態(tài)O2呈雪花狀，淡藍色

　　溶解度(水中) 大 小

　　熔點 －251℃ －２１８℃

　　沸點 －１１２.４℃ －１８３℃

　　［師］由上表可知，O3與O2的組成元素雖然相同，但物理性質(zhì)卻差別甚大。化學上，我們把由同一種元素形成的不同的單質(zhì)，稱為這種元素的同素異形體。

　　［板書］同素異形體：由同一種元素形成的性質(zhì)不同的單質(zhì)，叫做這種元素的同素異形體。

　　［師］如我們剛才所學的O2和O3就是氧元素的同素異形體。

　　［問］我們以前可曾學過由同一種元素形成的不同單質(zhì)嗎？它們是誰？

　　［生］有！如金剛石和石墨都由碳元素組成；紅磷和白磷都由磷元素組成。

　　［師］很好！這也就是說，金剛石和石墨都是碳元素的同素異形體；紅磷和白磷都屬磷元素的同素異形體。

　　［問］鈉原子（Na）和鈉離子（Na+）都是由同一種元素——鈉元素組成，它們是鈉的同素異形體嗎？為什么？

　　［生］不是，因為Na和Na+是同一元素的不同粒子，不屬單質(zhì)。

　　［問］水（H2O）與過氧化氫（H2O2）的組成元素完全相同，它們是同素異形體嗎？為什么？

　　［生］不是，因為它們是由完全相同的兩種元素組成的兩種不同的化合物。

　　［問題探究］理解同素異形體的概念時應把握的關鍵之處是什么？

　　［生］必須是“同一元素”的“不同種單質(zhì)”。

　　［師］那么， H與 H是否為同素異形體？它們之間的關系是什么？

　　［生］不是，它們互為同位素。

　　［師］同位素是我們在上一章所學的概念，它和同素異形體的區(qū)別是什么呢？

　　（學生討論后回答）

　　［生］同位素是指質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的同一元素的不同原子，如 Cl和 Cl；同素異形體是指由同一種元素形成的幾種性質(zhì)不同的單質(zhì)，如白磷和紅磷，金剛石和石墨，我們剛學過的硫也有多種同素異形體。

　　［教師補充］同位素強調(diào)的是原子間的互稱；同素異形體強調(diào)的是單質(zhì)間的互稱，同素異形體之間的性質(zhì)差異主要是由于它們的結(jié)構不同所造成的。

　　［過渡］由剛才的學習我們知道，O3和O2的物理性質(zhì)差別很大，那么，它們的化學性質(zhì)是否也有著巨大的差別呢？

　　［板書］2.臭氧的化學性質(zhì)

　　［學生閱讀］有關臭氧化學性質(zhì)的內(nèi)容并與O2對比。

　　［提問］O3與O2相比，有無共性?有何差別?

　　［回答］二者都具氧化性，而且O3比O2有著更強的氧化性；另外O3不穩(wěn)定，能分解。

　　［小結(jié)并板書］(1)極強氧化性

　　(2)不穩(wěn)定性：２O3===３O2

　　［思考］上述反應是否為氧化還原反應?為什么?

　　［回答］否，因反應前后元素的化合價未發(fā)生變化。

　　［講述］O3具有極強的氧化性，如不活潑金屬Ag、Hg等在空氣或氧氣中不易被氧化，而在常溫下卻能被臭氧氧化，再如酒精、棉絮等易燃物，常溫下遇較多的O3會立即著火，從而引起不可想象的火災，不過天公作美，地面附近大氣層中O3含量極微，僅占0.001 ppm。

　　臭氧相對于O2不穩(wěn)定，常溫下能緩慢分解，若加熱或高溫或有MnO2作催化劑時可迅速分解，而且O3生成O2的反應為一放熱反應，這也說明O3比O2更為活潑。

　　［提問］造成O3與O2化學性質(zhì)差別的原因是什么?

　　［回答］源于它們的分子組成、分子結(jié)構不同。

　　［過渡］大家熟知，O2的用途極為廣泛，O3又有哪些重要用途呢?

　　［學生閱讀］O3用途的相關內(nèi)容

　　［板書］3.臭氧的用途

　　脫色劑、消毒劑等

　　［思考］O3用于脫色、消毒，基于其什么性質(zhì)?

　　［回答］強氧化性

　　［講述］空氣中微量O3(1 ppm以內(nèi))對人體健康有益，因為它能殺菌消毒，刺激中樞神經(jīng)，加速血液循環(huán)，令人產(chǎn)生爽快振奮之感。療養(yǎng)院常設在空氣新鮮宜人的松林里，因其中含微量O3，是由松林這種針葉樹的樹脂在被O2氧化的過程中產(chǎn)生的。另外，雷雨之后，當漫步街頭田野，同樣感到空氣格外的清新，其原因一是雨水洗凈了塵埃，二是打雷閃電時，空中產(chǎn)生了臭氧(３O2 2O3)。但是，當空氣中O3含量超過10－5%(體積分數(shù))時，就會對人體、動植物及其他露置物質(zhì)造成極大危害，這就是說當O3含量較多時，它就成了一種大氣污染物，因此，對于O3應全面辯證地認識其功與過。

　　［轉(zhuǎn)引］自然界中的O3(90%)主要集中于離地面15 km～50 km的大氣平流層中，稱為臭氧層，是地球生命的保護傘。

　　［設問］那么為什么說O3是地球生命的保護傘?

　　［講述］臭氧層中臭氧含量很少，卻可以吸收來自太陽的大部分短波紫外輻射，因此，臭氧層恰似過濾器一般，阻擋了紫外線，給地球送來了濾過的益于萬物生長的光和熱，使地球生命免遭災難，減少了呼吸道疾病、白內(nèi)障、皮膚病、腫瘤、癌癥等的發(fā)病率。所以臭氧層是一個天然保護傘，是名符其實的“生命衛(wèi)士”。

　　然而，近年來，南極上空的臭氧層出現(xiàn)了空洞，北極上空O3濃度也有所減少，臭氧層對生物的保護作用正在減弱，有害射線已對地球生物造成嚴重危害，如皮膚腫瘤患者劇增，僅據(jù)美國1979年統(tǒng)計，死于皮膚癌的人數(shù)已達13600多名，患皮膚腫瘤者已達30多萬。那么，破壞臭氧層的罪魁禍首是誰呢?——氟氯烴、氮氧化物、碳氧化物等氣體，這種現(xiàn)象已引起世人普遍關注，所以《保護臭氧層維也納公約》《關于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》等國際公約相繼出臺，決定減少并逐步停止氟氯烴等的生產(chǎn)和使用，大力開發(fā)無氟制冷工業(yè)，并把9月16日定為“保護臭氧國際日”，所以我們要保護臭氧層，保護環(huán)境，熱愛地球。

　　［板書］4.保護臭氧層

　　［投影］氟氯烴破壞臭氧層的原理：

　　例：1995年，諾貝爾化學獎授于致力于研究臭氧層破壞問題的三位環(huán)境化學家，大氣中的臭氧層可濾除大量的紫外線，保護地球上的生物。氟利昂(氟氯烴的商品名稱)上升到大氣平流層中，可在紫外光作用下分解產(chǎn)生氯原子，氯原子會對臭氧層產(chǎn)生長久的破壞作用。有關反應如下：

　　請判斷，在上述臭氧變成氧氣的反應過程中，氯原子是

　　A.反應物 B.生成物 C.中間產(chǎn)物 D.催化劑

　　解析：由題中信息可以看出：Cl原子在反應過程中發(fā)生下列變化：Cl ClO Cl，但反應前后Cl原子的數(shù)量和化學性質(zhì)都沒有變化，因此是催化劑。

　　答案：D

　　［講解］導致臭氧層被破壞的主要物質(zhì)除氯氟烴外，還有溴氟烴，如CBr2F2、CBrF3等，溴氟烴破壞臭氧層的能力比氯氟烴還要強。研究發(fā)現(xiàn)，含Cl或Br的上述物質(zhì)的1個分子可破壞約十萬個臭氧分子。

　　保護臭氧層最有效的方法就是盡快停止生產(chǎn)和使用氟利昂和哈龍類人工物質(zhì)。目前國內(nèi)市場上出售的“無氟冰箱”就是指不用氟氯烴（CFC）作致冷劑的冰箱，而代之以HFC（含氫氟烴），用的發(fā)泡劑是HCFC（含氫含氯氟烴），是第二代氟利昂。但HCFC對地球的溫室效應卻是CO2的1000~12000倍，所以其并不理想。《蒙特利爾議定書》規(guī)定，發(fā)達國家將在2020年原則上禁止使用HCFC。總之，許多國家在開發(fā)新產(chǎn)品和新技術方面已在行動，這對臭氧層的自動“愈合”具有很大的推動作用。

　　根據(jù)世界氣象組織的數(shù)據(jù)，盡管世界上許多國家作出了努力，但目前大氣中氯的濃度降低到臭氧洞出現(xiàn)前的水平，大約需要半個世紀的時間，臭氧層保護任重而道遠。

　　愿我們通過自己的行動，讓世界擁有一個“健康”的天空。

　　［過渡］下面，我們來學習另一種重要的化合物——過氧化氫

　　［板書］二、過氧化氫（H2O2）

　　［師］請大家閱讀課本P124過氧化氫部分，總結(jié)出過氧化氫的性質(zhì)。 ［學生活動］

　　［師］過氧化氫的物理性質(zhì)有哪些？

　　［生］無色粘稠液體，水溶液俗稱雙氧水，市售雙氧水中H2O2的質(zhì)量分數(shù)一般約為30%。

　　［板書］1.物理性質(zhì)：無色粘稠液體，水溶液俗稱雙氧水

　　［問題探究］根據(jù)H2O2中氧元素的化合價，來推測H2O2的化學性質(zhì)。

　　［生］在H2O2中，氧顯－1價。在化學反應中，H2O2既能被氧化成O2（氧元素化合價為零價），也能被還原成H2O（氧元素化合價為－2價），故H2O2既有氧化性又有還原性。

　　［師］十分正確。事實上H2O2主要以氧化性為主。

　　［問］通過閱讀課本，H2O2還具有哪些化學性質(zhì)呢？

　　［生］弱酸性，不穩(wěn)定性。

　　［板書］2.化學性質(zhì)：弱酸性、氧化性、還原性、不穩(wěn)定性

　　2H2O2 2H2O+O2↑

　　［問］怎樣證明H2O2分解有O2產(chǎn)生？

　　［生］用帶火星的木條檢驗，看是否復燃。

　　［補充演示］Ｈ2O2的分解（在盛有雙氧水的試管中加少量MnO2，并用帶火星的木條檢驗）

　　現(xiàn)象：迅速產(chǎn)生大量氣泡，用帶火星的木條檢驗確為O2。

　　［討論］用如圖裝置及上述原理制取O2與用加熱ＫClO3和ＭｎO2混合物制O2的方法相比有何優(yōu)點?（投影裝置圖）

　　［結(jié)論］便于操作，便于控制。

　　［投影練習］在下列四種溶液中，分別加入少量固體ＭｎO2，能產(chǎn)生氣體的`是

　　A.3% Ｈ2O2溶液

　　B.1 molＬ－1 NaOH溶液

　　C.1 molＬ－1 ＫClO3溶液

　　D.1 molＬ－1 鹽酸

　　(NaOH溶液與ＭｎO2在任何條件下都不反應，C選項從表面看很似實驗室制O2的方法，但實驗室制O2是用固體ＫClO3和ＭｎO2固體在加熱條件下制得，ＭｎO2與濃鹽酸在加熱條件下反應生成Cl2，D項中1 molＬ－1 HCl為稀鹽酸，且缺少加熱條件，故不可能有Cl2產(chǎn)生，答案為A。此題應提醒學生注意反應條件)

　　思考：如何保存過氧化氫？為什么？

　　［應置于棕色瓶內(nèi)避光陰涼處保存，因為其不穩(wěn)定，易分解］

　　［師］聯(lián)系過氧化氫的性質(zhì)，總結(jié)、歸納其用途。

　　［學生回答、教師板書］

　　3.用途：氧化劑、漂白劑、消毒劑、脫氯劑、火箭燃料、實驗室制O2。

　　思考：過氧化氫的元素組成與我們所熟悉的水一模一樣，它們的結(jié)構、性質(zhì)及用途是否也一樣？若不一樣，有哪些差別？

　　請大家討論、分析。

　　［學生討論后各抒己見，教師可展示下列投影，供學生參考］

　　［投影］Ｈ2O2與Ｈ2O的比較：

　　［投影練習］

　　1.下列各組中互為同位素的是 ，互為同素異形體的是

　　A.O2和O3 B. Ｈ和 Ｈ

　　C.Ｈ2O和Ｈ2O2 D.O2－和O

　　答案：B A

　　2.只由一種元素形成的單質(zhì)一定是純凈物嗎?為什么?

　　答案：像C、O、P、S等元素可形成同素異形體，即同一種元素的不同單質(zhì)。因此該題說法錯誤，應為“不一定”。如說只由一種元素形成的純凈物一定是單質(zhì)，則是正確的。

　　3.試舉例說明有單質(zhì)參加或單質(zhì)生成的反應不一定是氧化還原反應。

　　答案：同素異形體之間的轉(zhuǎn)化不是氧化還原反應，如：２O3 ３O2。

　　［小結(jié)］本節(jié)課我們重點學習了O3與H2O2的有關知識，并知道了同素異形體的概念。

　　［布置作業(yè)］1.課本習題二、四。

　　2.收集查找資料，寫一篇關于臭氧的小論文。

　　●板書設計

　　第一節(jié) 氧族元素(第二課時)

　　一、臭氧

　　1.O3與O2物理性質(zhì)的對比

　　同素異形體：由同一種元素形成的幾種性質(zhì)不同的單質(zhì)，叫做這種元素的同素異形體。

　　2.臭氧的化學性質(zhì)

　　(1)極強氧化性

　　(2)不穩(wěn)定性 ２O3===３O2

　　3.臭氧的用途

　　脫色劑、消毒劑等

　　4.保護臭氧層

　　二、過氧化氫

　　1.物理性質(zhì)：無色粘稠液體，水溶液俗稱雙氧水

　　2.化學性質(zhì)：弱酸性、氧化性、還原性、不穩(wěn)定性

　　2H2O2 2H2O+O2↑

　　3.用途：氧化劑、漂白劑、消毒劑、脫氯劑、火箭燃料、實驗室制O2

　　●教學說明

　　關于臭氧和過氧化氫的內(nèi)容，教學大綱只要求作常識性介紹，但筆者認為在學科知識向綜合性、應用性和實踐性轉(zhuǎn)化的今天，聯(lián)系生活實際，關注地球環(huán)境，關心人類健康是非常必要的，因此，本節(jié)課的設計注重以下幾點：

　　1.基本指導思想

　　挖掘臭氧知識，對學生進行全面認識事物的辯證唯物主義思想教育，滲透環(huán)保意識，結(jié)合實際中臭氧空洞的現(xiàn)象，使學生深刻認識保護臭氧層的意義，通過氟氯烴破壞臭氧層原理的介紹，使學生感受到科學知識與生活、社會的密切關系。

　　2.教學目標

　　在知識方面，緊抓同素異形體概念，并與同位素概念相比較，使學生真正從本質(zhì)上區(qū)別它們。在能力方面，結(jié)合Ｈ2O2分解產(chǎn)生O2的反應，讓學生比較其與KClO3分解制O2的不同，從而培養(yǎng)其分析、思維、解決問題的能力。

　　3.教學策略

　　本文知識點很少，要求不高，主要是通過對臭氧知識的學習，對學生進行一些思想教育，因此，教學策略著重于調(diào)動學生關注社會、關心環(huán)境、樹立主人翁意識。主要采取了結(jié)合一些數(shù)據(jù)、實例、現(xiàn)象分析臭氧的功與過，并要求學生進一步收集查尋資料以便更多地了解臭氧；在培養(yǎng)能力方面，主要采用了啟發(fā)、引導、討論、比較、評價等方法。

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