高中化学《元素》教案设计

［引言］氧族元素中氧为首领，其单质O2是环绕在地球表面大气对流层中的一种与生物生命息息相关的重要气体，它还能在社会各行各业(工业、农业、科技、国防、医疗等)中，显示其非凡的身手。氧气有何过人之处呢?因为它是一种来自于空气、无公害的强氧化剂。它还有一位功不可没的同根兄弟——“O3”，号称生命的卫士。化学上，将它们称为同素异形体，请看相关内容。

［板书］一、臭氧

［承转］化学上为何将O3、O2称为同素异形体，其含义是什么?在弄清这个问题之前，我们先比一比两兄弟。

［引导］O3与O2，均由氧元素组成，在分子组成上只不过仅是一个O原子之差，但两兄弟的“脾气”和“外貌”却大相径庭。

［板书］1.O3与O2物理性质的对比

［学生阅读］课本“二、臭氧物理性质”并与O2对比。

［投影］O3与O2物理性质的对比

O3 O2

色、味、态 通常为一有特殊臭味的淡蓝色气体，液态O3呈深蓝色，固态O3为紫黑色 通常为一无色无气味的气体

液态O2呈淡蓝色，固态O2呈雪花状，淡蓝色

溶解度(水中) 大 小

熔点 －251℃ －２１８℃

沸点 －１１２.４℃ －１８３℃

［师］由上表可知，O3与O2的组成元素虽然相同，但物理性质却差别甚大。化学上，我们把由同一种元素形成的不同的单质，称为这种元素的同素异形体。

［板书］同素异形体：由同一种元素形成的性质不同的单质，叫做这种元素的同素异形体。

［师］如我们刚才所学的O2和O3就是氧元素的同素异形体。

［问］我们以前可曾学过由同一种元素形成的不同单质吗？它们是谁？

［生］有！如金刚石和石墨都由碳元素组成；红磷和白磷都由磷元素组成。

［师］很好！这也就是说，金刚石和石墨都是碳元素的同素异形体；红磷和白磷都属磷元素的同素异形体。

［问］钠原子（Na）和钠离子（Na+）都是由同一种元素——钠元素组成，它们是钠的同素异形体吗？为什么？

［生］不是，因为Na和Na+是同一元素的不同粒子，不属单质。

［问］水（H2O）与过氧化氢（H2O2）的组成元素完全相同，它们是同素异形体吗？为什么？

［生］不是，因为它们是由完全相同的两种元素组成的两种不同的化合物。

［问题探究］理解同素异形体的概念时应把握的关键之处是什么？

［生］必须是“同一元素”的“不同种单质”。

［师］那么， H与 H是否为同素异形体？它们之间的关系是什么？

［生］不是，它们互为同位素。

［师］同位素是我们在上一章所学的概念，它和同素异形体的区别是什么呢？

（学生讨论后回答）

［生］同位素是指质子数相同、中子数不同的同一元素的不同原子，如 Cl和 Cl；同素异形体是指由同一种元素形成的几种性质不同的单质，如白磷和红磷，金刚石和石墨，我们刚学过的硫也有多种同素异形体。

［教师补充］同位素强调的是原子间的互称；同素异形体强调的是单质间的互称，同素异形体之间的性质差异主要是由于它们的结构不同所造成的。

［过渡］由刚才的学习我们知道，O3和O2的物理性质差别很大，那么，它们的化学性质是否也有着巨大的差别呢？

［板书］2.臭氧的化学性质

［学生阅读］有关臭氧化学性质的内容并与O2对比。

［提问］O3与O2相比，有无共性?有何差别?

［回答］二者都具氧化性，而且O3比O2有着更强的氧化性；另外O3不稳定，能分解。

［小结并板书］(1)极强氧化性

(2)不稳定性：２O3===３O2

［思考］上述反应是否为氧化还原反应?为什么?

［回答］否，因反应前后元素的化合价未发生变化。

［讲述］O3具有极强的氧化性，如不活泼金属Ag、Hg等在空气或氧气中不易被氧化，而在常温下却能被臭氧氧化，再如酒精、棉絮等易燃物，常温下遇较多的O3会立即着火，从而引起不可想象的火灾，不过天公作美，地面附近大气层中O3含量极微，仅占0.001 ppm。

臭氧相对于O2不稳定，常温下能缓慢分解，若加热或高温或有MnO2作催化剂时可迅速分解，而且O3生成O2的反应为一放热反应，这也说明O3比O2更为活泼。

［提问］造成O3与O2化学性质差别的原因是什么?

［回答］源于它们的分子组成、分子结构不同。

［过渡］大家熟知，O2的用途极为广泛，O3又有哪些重要用途呢?

［学生阅读］O3用途的相关内容

［板书］3.臭氧的用途

脱色剂、消毒剂等

［思考］O3用于脱色、消毒，基于其什么性质?

［回答］强氧化性

［讲述］空气中微量O3(1 ppm以内)对人体健康有益，因为它能杀菌消毒，刺激中枢神经，加速血液循环，令人产生爽快振奋之感。疗养院常设在空气新鲜宜人的松林里，因其中含微量O3，是由松林这种针叶树的树脂在被O2氧化的过程中产生的。另外，雷雨之后，当漫步街头田野，同样感到空气格外的清新，其原因一是雨水洗净了尘埃，二是打雷闪电时，空中产生了臭氧(３O2 2O3)。但是，当空气中O3含量超过10－5%(体积分数)时，就会对人体、动植物及其他露置物质造成极大危害，这就是说当O3含量较多时，它就成了一种大气污染物，因此，对于O3应全面辩证地认识其功与过。

［转引］自然界中的O3(90%)主要集中于离地面15 km～50 km的大气平流层中，称为臭氧层，是地球生命的保护伞。

［设问］那么为什么说O3是地球生命的保护伞?

［讲述］臭氧层中臭氧含量很少，却可以吸收来自太阳的大部分短波紫外辐射，因此，臭氧层恰似过滤器一般，阻挡了紫外线，给地球送来了滤过的益于万物生长的光和热，使地球生命免遭灾难，减少了呼吸道疾病、白内障、皮肤病、肿瘤、癌症等的发病率。所以臭氧层是一个天然保护伞，是名符其实的“生命卫士”。

然而，近年来，南极上空的臭氧层出现了空洞，北极上空O3浓度也有所减少，臭氧层对生物的保护作用正在减弱，有害射线已对地球生物造成严重危害，如皮肤肿瘤患者剧增，仅据美国1979年统计，死于皮肤癌的人数已达13600多名，患皮肤肿瘤者已达30多万。那么，破坏臭氧层的罪魁祸首是谁呢?——氟氯烃、氮氧化物、碳氧化物等气体，这种现象已引起世人普遍关注，所以《保护臭氧层维也纳公约》《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》等国际公约相继出台，决定减少并逐步停止氟氯烃等的生产和使用，大力开发无氟制冷工业，并把9月16日定为“保护臭氧国际日”，所以我们要保护臭氧层，保护环境，热爱地球。

［板书］4.保护臭氧层

［投影］氟氯烃破坏臭氧层的原理：

例：1995年，诺贝尔化学奖授于致力于研究臭氧层破坏问题的三位环境化学家，大气中的臭氧层可滤除大量的紫外线，保护地球上的生物。氟利昂(氟氯烃的商品名称)上升到大气平流层中，可在紫外光作用下分解产生氯原子，氯原子会对臭氧层产生长久的破坏作用。有关反应如下：

请判断，在上述臭氧变成氧气的反应过程中，氯原子是

A.反应物 B.生成物 C.中间产物 D.催化剂

解析：由题中信息可以看出：Cl原子在反应过程中发生下列变化：Cl ClO Cl，但反应前后Cl原子的数量和化学性质都没有变化，因此是催化剂。

答案：D

［讲解］导致臭氧层被破坏的主要物质除氯氟烃外，还有溴氟烃，如CBr2F2、CBrF3等，溴氟烃破坏臭氧层的能力比氯氟烃还要强。研究发现，含Cl或Br的上述物质的1个分子可破坏约十万个臭氧分子。

保护臭氧层最有效的方法就是尽快停止生产和使用氟利昂和哈龙类人工物质。目前国内市场上出售的“无氟冰箱”就是指不用氟氯烃（CFC）作致冷剂的冰箱，而代之以HFC（含氢氟烃），用的发泡剂是HCFC（含氢含氯氟烃），是第二代氟利昂。但HCFC对地球的温室效应却是CO2的1000~12000倍，所以其并不理想。《蒙特利尔议定书》规定，发达国家将在2020年原则上禁止使用HCFC。总之，许多国家在开发新产品和新技术方面已在行动，这对臭氧层的自动“愈合”具有很大的推动作用。

根据世界气象组织的数据，尽管世界上许多国家作出了努力，但目前大气中氯的浓度降低到臭氧洞出现前的水平，大约需要半个世纪的时间，臭氧层保护任重而道远。

愿我们通过自己的行动，让世界拥有一个“健康”的天空。

［过渡］下面，我们来学习另一种重要的化合物——过氧化氢

［板书］二、过氧化氢（H2O2）

［师］请大家阅读课本P124过氧化氢部分，总结出过氧化氢的性质。 ［学生活动］

［师］过氧化氢的物理性质有哪些？

［生］无色粘稠液体，水溶液俗称双氧水，市售双氧水中H2O2的质量分数一般约为30%。

［板书］1.物理性质：无色粘稠液体，水溶液俗称双氧水

［问题探究］根据H2O2中氧元素的化合价，来推测H2O2的化学性质。

［生］在H2O2中，氧显－1价。在化学反应中，H2O2既能被氧化成O2（氧元素化合价为零价），也能被还原成H2O（氧元素化合价为－2价），故H2O2既有氧化性又有还原性。

［师］十分正确。事实上H2O2主要以氧化性为主。

［问］通过阅读课本，H2O2还具有哪些化学性质呢？

［生］弱酸性，不稳定性。

［板书］2.化学性质：弱酸性、氧化性、还原性、不稳定性

2H2O2 2H2O+O2↑

［问］怎样证明H2O2分解有O2产生？

［生］用带火星的木条检验，看是否复燃。

［补充演示］Ｈ2O2的分解（在盛有双氧水的试管中加少量MnO2，并用带火星的木条检验）

现象：迅速产生大量气泡，用带火星的木条检验确为O2。

［讨论］用如图装置及上述原理制取O2与用加热ＫClO3和ＭｎO2混合物制O2的方法相比有何优点?（投影装置图）

［结论］便于操作，便于控制。

［投影练习］在下列四种溶液中，分别加入少量固体ＭｎO2，能产生气体的是

A.3% Ｈ2O2溶液

B.1 molＬ－1 NaOH溶液

C.1 molＬ－1 ＫClO3溶液

D.1 molＬ－1 盐酸

(NaOH溶液与ＭｎO2在任何条件下都不反应，C选项从表面看很似实验室制O2的方法，但实验室制O2是用固体ＫClO3和ＭｎO2固体在加热条件下制得，ＭｎO2与浓盐酸在加热条件下反应生成Cl2，D项中1 molＬ－1 HCl为稀盐酸，且缺少加热条件，故不可能有Cl2产生，答案为A。此题应提醒学生注意反应条件)

思考：如何保存过氧化氢？为什么？

［应置于棕色瓶内避光阴凉处保存，因为其不稳定，易分解］

［师］联系过氧化氢的性质，总结、归纳其用途。

［学生回答、教师板书］

3.用途：氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氯剂、火箭燃料、实验室制O2。

思考：过氧化氢的元素组成与我们所熟悉的水一模一样，它们的结构、性质及用途是否也一样？若不一样，有哪些差别？

请大家讨论、分析。

［学生讨论后各抒己见，教师可展示下列投影，供学生参考］

［投影］Ｈ2O2与Ｈ2O的比较：

［投影练习］

1.下列各组中互为同位素的是 ，互为同素异形体的是

A.O2和O3 B. Ｈ和 Ｈ

C.Ｈ2O和Ｈ2O2 D.O2－和O

答案：B A

2.只由一种元素形成的单质一定是纯净物吗?为什么?

答案：像C、O、P、S等元素可形成同素异形体，即同一种元素的不同单质。因此该题说法错误，应为“不一定”。如说只由一种元素形成的纯净物一定是单质，则是正确的。

3.试举例说明有单质参加或单质生成的反应不一定是氧化还原反应。

答案：同素异形体之间的转化不是氧化还原反应，如：２O3 ３O2。

［小结］本节课我们重点学习了O3与H2O2的有关知识，并知道了同素异形体的概念。

［布置作业］1.课本习题二、四。

2.收集查找资料，写一篇关于臭氧的小论文。

●板书设计

第一节 氧族元素(第二课时)

一、臭氧

1.O3与O2物理性质的对比

同素异形体：由同一种元素形成的几种性质不同的单质，叫做这种元素的同素异形体。

2.臭氧的化学性质

(1)极强氧化性

(2)不稳定性 ２O3===３O2

3.臭氧的用途

脱色剂、消毒剂等

4.保护臭氧层

二、过氧化氢

1.物理性质：无色粘稠液体，水溶液俗称双氧水

2.化学性质：弱酸性、氧化性、还原性、不稳定性

2H2O2 2H2O+O2↑

3.用途：氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氯剂、火箭燃料、实验室制O2

●教学说明

关于臭氧和过氧化氢的内容，教学大纲只要求作常识性介绍，但笔者认为在学科知识向综合性、应用性和实践性转化的今天，联系生活实际，关注地球环境，关心人类健康是非常必要的，因此，本节课的设计注重以下几点：

1.基本指导思想

挖掘臭氧知识，对学生进行全面认识事物的辩证唯物主义思想教育，渗透环保意识，结合实际中臭氧空洞的现象，使学生深刻认识保护臭氧层的意义，通过氟氯烃破坏臭氧层原理的介绍，使学生感受到科学知识与生活、社会的密切关系。

2.教学目标

在知识方面，紧抓同素异形体概念，并与同位素概念相比较，使学生真正从本质上区别它们。在能力方面，结合Ｈ2O2分解产生O2的反应，让学生比较其与KClO3分解制O2的不同，从而培养其分析、思维、解决问题的能力。

3.教学策略

本文知识点很少，要求不高，主要是通过对臭氧知识的学习，对学生进行一些思想教育，因此，教学策略着重于调动学生关注社会、关心环境、树立主人翁意识。主要采取了结合一些数据、实例、现象分析臭氧的功与过，并要求学生进一步收集查寻资料以便更多地了解臭氧；在培养能力方面，主要采用了启发、引导、讨论、比较、评价等方法。

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