第四节氢气的性质和用途

第四节氢气的性质和用途教学目的知识：了解氢气的物理性质，掌握氢气的化学性质，了解有关的实验过程和现象；理解点燃氢气之前先要检验氢气的纯度并掌握检验的方法；根据氢气的性质了解其主要用途；从得氧和失氧的角度了解氧化反应、还原反应和还原剂。能力：通过实验培养学生的观察、描述、分析实验现象的能力。思想教育：通过氢气燃烧后生成水，对大气无污染，渗透环保教育；通过氢气的燃烧与爆炸以及还原性与还原反应的教学，进行量变引起质变和对立统一观点的教育。教学重点氢气的化学性质。教学重点氢气的化学性质。教学难点氢气的验纯；还原反应，还原剂。课时安排2课时教学方法边讲边实验。教学用具仪器：集气瓶、、试管、试管架、烧杯、长颈漏斗、带导管的双孔塞、铁架台、酒精灯。药品：锌、稀硫酸、氧化铜。教学过程【复习提问】1氢气的实验室制法2怎样检验氢气、收集氢气？【总结】在自然界中，以单质形式存在的氢很少，氢主要存在于化合物中，在水的成分里，按质量计算，氢约占11%。一切生物的细胞组织成分里都含有氢元素，石油、天然气、煤等中也含有氢元素。且在整个宇宙中，氢是含量最多的一种元素，如，在太阳周围的气体中，按原子数的比值计算，氢占80%多。我们已经学习了氢气的实验室制法，知道了氢气的检验方法，那么氢气的检验方法是利用了氢气的什么性质？是利用氢气的化学性质。那氢气还有什么化学性质呢？【板书】第四节氢气的性质和用途一氢气的性质1物理性质：（在通常情况下）颜色气味状态密度熔沸点溶解性氧气（O2）无色无味气体比空气略大很低不易溶于水氢气（H2）无色无味气体比空气小比氧气的还低难溶于水【讲解】(提问)(同时展示一瓶收集好的氢气和一个氢气球）1.你已知道氢气具有哪些物理性质？2.为什么可以用排水法收集氢气？3.充满氢气的气球，为什么会向上飞？通常状况下，氢气是无色、无味的气体，难溶于水，密度比空气小在压强为101Kpa,温度为-252℃时，能变成无色液体，在-259℃时，能变成雪状固体。在相同条件下氢气是密度最小的气体，最轻的气体。请学生们设计一个实验证明氢气比空气轻。课本（实验3-4）吹肥皂泡肥皂泡迅速上升，只说明氢气比同体积的空气轻。在标准状况下，1L氢气的质量是0.0899克，约是同体积的空气的1/14。【引入】氢气的化学性质常温稳定，但在点燃和加热的条件下能跟很多物质发生化学反应。【板书】2化学性质（1）可燃性1）纯净的氢气在空气中安静的燃烧现象：淡蓝色火焰，放出热量，由水珠生成。结论：H2+O2点燃H2O2)不纯的氢气点燃会发生爆炸，点燃氢气前必须验纯，爆炸极限4%-74.2%【实验】课本中点燃氢气与空气的混合气实验。【提问】为什么纯净的氢气在空气里安静的燃烧，而混合气体却会发生爆炸呢？（阅读）学生阅读课本P54-P55内容：【总结】点燃前，纸筒内是纯净的氢气。拿掉小孔上的纸团，点燃。此时是纯净的氢气在空气中燃烧。但随着反应的继续，氢气越来越少，筒内压强降低，空气便进入筒内。此时筒内是氢气和氧气的混合气。由于大量氢气分子和氧气分子接触，反应时在短时间内放出大量热。如果是一个广口容器，那么气体冲出容器、发生爆鸣。如果是一个密闭或小口容器，就会发生爆炸。实验测定，空气里如果混入氢气的体积达到总体积的4%-74.2%，点燃是就会发生爆炸。这个范围叫做氢气的爆炸极限。实际上，任何可燃性气体或可燃的粉尘如果跟空气充分混合，遇火时都可能发生爆炸。因此，当可燃性气体（氢气、液化石油气、煤气等）发生泄漏时，应杜绝一切火源、火星，以防发生爆炸。且当气体恰好完全反应是爆炸最剧烈。正是由于这个原因，我们在使用氢气时，要特别注意安全。点燃氢气前，一定要检验氢气的纯度。【引言】我们学习了氢气的可燃性，能在氧气（或空气）中燃烧，能在氯气中燃烧。指明反应所属的类型。【总结】这个反应是两种物质生成另一种物质的反应，属于化合反应，又是物质跟氧发生的反应，又属于氧化反应。【讲解】氢气容易跟氧结合而生成水，这里的氧是单质氧。氢气能否跟氧化物中的氧结合生成水呢？比如氢气跟氧化铜能否发生反应？能反应，这是氢气的另一个重要的化学性质。【板书】（2）还原性----跟氧化铜的反应1）操作注意事项：先通氢气直至排净空气，后加热先灭灯，后撤通氢导气管直至试管冷却2）现象：黑色的氧化铜变成亮红色，试管口部有水珠。3）结论：氢气+氧化铜加热铜+水H2CuOCuH2O【演示实验】（挂图：实验装置图）先观察实验装置，它由两大部分组成，一部分是氢气发生器（用来制取氢气），另一部分是氧化铜和氢气的反应器。用酒精灯加热，使氧化铜和氢气在加热的条件下反应。两部分通过长的玻璃管连接起来，让产生的氢气进入反应器。实验装置：氢气发生器、氧化铜和氢气的反应器(图示)【讨论】氧化铜和氢气的反应器有什么特点？[问题]（1）怎样固定盛有氧化铜的试管？为什么要这样做？[回答]试管口要略向下倾斜。加热固体时，为了防止加热时产生似的水蒸气（药品中的水份或反应生成的水）在试管口冷凝后，倒流回热的试管底部，使试管破裂。[问题]（2）在反应器部分，通氢气的导管插到什么位置？为什么？[回答]通氢气的导管要插到接近试管底部，在氧化铜的上方。这样，能保证排净试管内的空气，比较安全，还有利于氧化铜跟氢气充分接触，保证反应进行得比较迅速、完全。[问题]（3）为了保证反应进行得比较迅速、安全，应怎样放置试管内的氧化铜？说明原因。[回答]氧化铜要在试管底部均匀铺开。这样能增加氧化铜跟氢气的接触机会，增大氧化铜的受热面积，保证反应进行得比较迅速、完全。[问题]（4）试管口有无胶塞？[回答]试管口不用胶塞，有利于排出气体。避免气压增大发生爆炸。下面请同学们观察老师的操作顺序和反应现象，并做简要记录，同时思考为什么采用这样的操作程序，出现的现象说明什么问题。请两位同学到讲台上观察老师的操作，并在小黑板上作简要的记录。一个记录操作顺序，一个记录现象。（老师的演示动作要准确，不宜过快，做到边讲边演示。）[小黑板]（文字下方画线的是学生填写的内容）（师生共同纠正同学的实验记录后，讨论为什么采取以上操作程序？从实验现象可以推出什么结论？）[问题]1.这个实验为什么要检验氢气的纯度？[回答]因为反应的条件是加热，混有空气的氢气在高温下可能发生爆炸。为了安全，需要检验氢气的纯度。[问题]2.为什么要先通一会儿氢气，再加热氧化铜？先加热，再通氢气可以吗？[回答]先通一会儿氢气，使试管内原有的空气完全排净，然后加热能保证安全。若先加热氧化铜，使试管内温度升高。这时试管内有空气，当氢气进入试管内跟空气混合，可能发生爆炸。[问题]3.当黑色氧化铜变红后，为什么应先停止加热，通氢气直到试管冷却？（本题学生回答有困难时，可由教师讲解）[讲解]黑色氧化铜变红，红色的物质应是铜。多数金属在灼热时容易跟空气里的氧气反应，铜也不例外。为了防止生成的铜在灼热条件下接触空气中的氧气，重新变成氧化铜，要在停止加热后继续通氢气，直到试管冷却。下面讨论实验现象。从试管口有无色液体生成，可推知有水生成。从黑色氧化铜变成红色光亮的物质，可推知另一种生成物是铜。所以这个反应的文字表达式是：（见板书）【设问】这个反应属于哪一类反应？【讲解】从发生变化的物质种类看，它是置换反应。从物质跟氧元素的结合这一变化看（氧元素原来跟铜元素结合，变化后氧元素跟氢元素结合）应属于氧化还原反应。有关这类反应的知识，请大家阅读课本，在阅读时请思考下列问题。[小黑板]1.在氢气和氧化铜的反应中，什么物质发生还原反应？判断的依据是什么？2.根据已学的氧化反应概念，在氢气和氧化铜反应中，什么物质发生氧化反应？3.氧化反应和还原反应的区别是什么？你能找到两者之间的联系吗？4.在氢气和氧化铜的反应中，什么物质是还原剂？判断的依据是什么？5.从分析氢气和氧化铜的反应中，你能总结出还原剂和还原性的一般含义吗？（学生讨论略。）【讲解】1.在该反应中，氧化铜发生还原反应，它被还原。判断的依据是氧化铜失去氧而变成铜单质。含氧物质里的氧被夺去的反应是还原反应。2.在该反应中，氢气夺取氧化铜里的氧，跟它化合成水。氢气发生氧化反应，物质跟氧结合的反应是氧化反应。3.还原反应和氧化反应的区别就在于变化中是失氧还是得氧。这是两种相反的变化。氧原子在反应前后既不增加，也不减少，因而在反应中有一种物质得氧，必然有一种物质失氧。所以氧化反应和还原反应一定同时发生在同一个反应中。4.氢气在反应中得氧，它使氧化铜失去氧，它是还原剂。5.得氧的物质必然使其他物质发生失氧的变化，这种物质是还原剂。还原剂是指含氧物质发生还原反应的物质。还原剂有夺氧的能力，易跟氧结合。具有夺氧能力的物质，叫做有还原性。【板书】二氧化—还原反应1失去氧的物质（CuO）→被还原→发生还原反应→是氧化剂→具氧化性2得到氧的物质（H2）→被氧化→发生氧化反应→使还原剂→具还原性【讲解】氢气具有还原性，它能夺取单质氧气中的氧，也能夺取氧化铜等含氧化合物中的氧。如H2+WO3加热W+H2O在这个反应中，氢气也作为还原剂，显示还原性。所以氢气的重要化学性质之一是有还原性常做要求纯度高或贵重金属的还原剂。总结氢气的化学性质：氢气具有可燃性和还原性根据氢气的性质，容易了解它的用途。请看课本。。[问题]请同学们说出这些用途分别利用氢气的哪些性质。【板书】1.氢气球——密度小2.高能燃料、氢氧焰——可燃性3.制备金属材料（如硅）——还原性4.制盐酸、合成氨——氢气能和多种物质反应【板书设计】第一课时一性质1物理性质课题二化学性质1可燃性第二课时2还原性（1）（2）（3）二氧化还原反应三用途