1.3 化学中常用的实验方法 第1课时（教学设计） 化学沪科版2020必修第一册

1.3 化学中常用的实验方法 第1课时 物质的制备 一、知识目标 1. 了解进行物质制备等化学实验时需遵守的实验规则和安全要求，认识化学品安全使用标识。 1. 掌握氯气实验室制法的反应原理、装置及相关操作。 1. 理解物质制备遵循的原则，如原料易得、原理绿色、条件温和、装置简单、分离方便等。 1. 学会实验室气体的净化与干燥方法，掌握干燥剂的选择原则。 1. 熟悉实验室中气体的制备思路，包括装置的选取依据和连接顺序。 二、素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识物质制备在日常生活、工农业生产和科学研究中的重要性；从微观角度分析化学反应中元素化合价的变化，理解氧化还原反应原理在物质制备中的应用。 1. 证据推理与模型认知：通过对常见气体制备方法的分析，建立实验室制取气体的装置模型，依据反应物状态、反应条件、气体性质等因素选择合适的装置。 1. 科学探究与创新意识：通过思考和讨论制取氯气的途径和试剂选择，培养创新思维和探究能力；通过优化制备流程，提高解决实际问题的能力。 1. 科学态度与社会责任：在实验过程中，培养严谨的科学态度和安全意识，认识到化学实验对社会发展的重要贡献，增强环保意识。 一、教学重点 1. 物质制备遵循的原则。 1. 氯气的实验室制取原理、装置及操作。 1. 实验室中气体的制备思路，包括发生装置、净化装置、收集装置和尾气处理装置的选择。 二、教学难点 1. 从化合价变化角度分析物质制备的反应原理。 1. 根据气体和杂质的性质选择合适的除杂试剂和干燥剂。 1. 设计和优化物质制备的实验方案。 本节教学内容源自沪科版2020必修第一册第一章《化学研究的天地》中的1.3《化学中常用的实验方法》第1课时《物质的制备》。该部分内容是高中化学实验教学的重要组成部分，它在整个化学知识体系中起着承上启下的关键作用。一方面，它是对初中化学实验知识的深化和拓展，初中阶段学生接触过一些简单的物质制备实验，如氧气的制取，而本节课在此基础上，进一步探讨物质制备的一般原则、方法和思路；另一方面，它为后续高中化学中更复杂的物质制备和实验探究奠定了坚实的基础。 按照教材编排，本课时聚焦于物质制备遵循的原则、氯气的实验室制取以及实验室中气体的制备思路三个核心内容。通过对氧气制备实验的回顾和深入分析，引导学生总结出物质制备的一般原则，如原料易得、原理绿色、条件温和等。接着以氯气的实验室制取为典型案例，详细讲解了反应原理、装置设计、气体净化与干燥、尾气处理等实验环节，让学生系统地掌握物质制备的全过程。最后，通过对常见气体（如氧气、二氧化碳）制备方法的归纳和对比，总结出实验室中气体制备的通用思路和装置选择依据，培养学生的实验设计和分析能力。 教学对象为初高中过渡阶段的学生，他们刚刚从初中化学的基础学习迈入高中化学的新征程，生活经验和化学知识储备相对有限。在初中化学学习中，学生已经初步了解了一些简单的物质制备实验，如氧气和二氧化碳的制取，掌握了基本的实验操作技能和化学方程式的书写，但对于物质制备的系统性和科学性认识还不够深入。在思维方式上，学生正处于从形象思维向抽象思维的过渡阶段，逻辑推理和综合分析能力有待进一步提高。他们习惯于按照既定的实验步骤进行操作，对于实验原理的理解和实验方案的设计缺乏主动性和创造性。 基于学生的现有水平，在教学过程中应充分考虑学生的认知特点和学习需求，以初中化学知识为切入点，通过生动有趣的实验演示和案例分析，引导学生逐步深入理解物质制备的原则和方法。同时，注重培养学生的科学思维和探究能力，鼓励学生积极参与实验设计和讨论，提高他们的问题解决能力和创新意识。此外，由于实验操作具有一定的危险性，还需加强对学生的实验安全教育，培养学生严谨的科学态度和规范的实验操作习惯。 教学环节一 课堂导入 【展示图片与视频】同学们，老师先给大家展示一些图片和视频。这里有工业上大规模生产盐酸的场景，盐酸可是重要的化工原料，在金属加工、食品加工等众多领域都有广泛应用；还有新药研发的实验室，科研人员正在努力合成新的药物分子，为人类健康事业做贡献；再看看航天领域，新型材料的研发让航天器更加坚固、轻便，助力航天事业不断发展。大家从这些画面中能感受到什么呢？（给学生一些时间观察和思考，鼓励他们发表感受） 【提出问题引导思考】大家都看到了，无论是日常生活、工农业生产，还是科学研究，都离不开物质的制备。就像刚才看到的盐酸、新药、航天新材料等，它们都是通过特定的制备方法得到的。那大家想一想，在制备这些物质的过程中，科学家们需要考虑哪些因素呢？又是如何设计实验来实现物质的制备呢？ 【引出本节课主题】带着这些疑问，今天我们就一起来学习化学中常用的实验方法——物质的制备。我们将从物质制备遵循的原则、常见气体如氯气的实验室制取，以及实验室中气体的制备思路等方面进行深入探究。 【设计意图】 1. 激发学生兴趣：通过展示工业生产、新药研发、航天发展等多领域的图片和视频，呈现化学物质制备在不同场景的重要应用，能迅速吸引学生的目光，激发他们对物质制备过程的好奇心和探索欲望，提高课堂参与度。 1. 联系实际生活：让学生了解到化学物质制备与日常生活、工农业生产、科学研究紧密相连，使抽象的化学知识变得具体可感，增强学生对化学学科实用性的认识，明白学习化学的实际意义。 1. 引发思考，导入新课：提出关于物质制备需考虑因素和实验设计的问题，引导学生主动思考，自然地过渡到本节课的主题，让学生带着问题去学习，明确学习目标，提高学习的主动性和积极性。 教学任务一 物质制备遵循的原则 活动一 物质制备的实验规则和安全要求 【引入】同学们，在日常生活、工农业生产和科学研究中，物质的制备都起着至关重要的作用。比如化工原料工业甲醇的生产、中国新药的开发，还有航天发展中新材料的研发，都离不开物质制备。但在进行物质制备等化学实验时，我们必须遵守一定的实验规则和安全要求。下面我们就来深入了解这方面的内容。 【问题】大家想一想，在进行化学实验时，我们为什么要遵守实验规则和安全要求呢？ 【学生思考】回答：为了确保实验安全，避免发生危险，同时也能保证实验结果的准确性和可靠性。 【讲解】评价、强调：非常正确。我们必须在确保实验安全的前提下，才能取得良好的实验效果。比如我们要明确实验步骤、注意事项和操作规范，谨慎处理易燃、易爆、有毒、有腐蚀性的物质等。 【设计意图】通过生活实例引入，让学生认识到物质制备的重要性，进而引出实验规则和安全要求的必要性，激发学生的学习兴趣和安全意识。 【对应训练1】下列关于化学实验安全的说法不正确的是（ ） A. 点燃可燃性气体前必须检验其纯度 B. 不慎将浓硫酸沾到皮肤上，应立即用大量水冲洗，然后涂上3% - 5%的碳酸氢钠溶液 C. 实验室中可以将未用完的药品放回原试剂瓶 D. 闻气体的气味时，应用手在瓶口轻轻扇动，使极少量的气体飘进鼻孔 【答案】C 【解析】A选项，点燃可燃性气体前检验纯度是为了防止发生爆炸，该说法正确；B选项，浓硫酸沾到皮肤上的处理方法是正确的；C选项，实验室中未用完的药品不能放回原试剂瓶，以免污染试剂，该说法错误；D选项，闻气体气味的方法是正确的。所以答案选C。 【对应训练2】在化学实验中，我们经常会接触到一些易燃、易爆、有毒的物质。下列物质属于易燃、易爆物质的是（ ） A. 氯化钠 B. 酒精 C. 氢氧化钠 D. 碳酸钙 【答案】B 【解析】酒精具有可燃性，属于易燃物质，而氯化钠、氢氧化钠、碳酸钙都不属于易燃、易爆物质。所以答案选B。 活动二 物质制备遵循的原则 【引入】我们知道了实验规则和安全要求，那么在进行物质制备时，还需要遵循哪些原则呢？我们先回顾一下实验室制备氧气的实验。 【问题】依据实验室制备氧气的实验，思考以下问题： 1. 制备氧气的实验中，你会选择什么物质作为反应原料？ 1. 如何设计实验步骤并搭建装置？ 【学生思考】回答： 1. 可以选择、（作催化剂）、（作催化剂）作为反应原料。 1. 以为例，实验步骤为：检查装置气密性、装药品、固定装置、加热、收集氧气、撤离导管、熄灭酒精灯。装置搭建需要用到试管、酒精灯、铁架台、集气瓶等仪器。 【讲解】评价、强调：同学们回答得很好。通过回顾氧气的制备，我们可以总结出物质制备时一般遵循的原则：原料易得，原理绿色，条件温和，装置简单，分离方便等。 【设计意图】通过回顾实验室制备氧气的实验，引导学生思考物质制备的原则，培养学生的归纳总结能力。 【对应训练3】下列物质制备的方案中，符合物质制备原则的是（ ） A. 用铜和稀硫酸反应制取硫酸铜 B. 用碳酸钙和稀硫酸反应制取二氧化碳 C. 用锌和稀硫酸反应制取氢气 D. 用铁和稀硝酸反应制取氢气 【答案】C 【解析】A选项，铜和稀硫酸不反应，不符合要求；B选项，碳酸钙和稀硫酸反应生成的硫酸钙微溶于水，会覆盖在碳酸钙表面，阻止反应继续进行，不符合要求；C选项，锌和稀硫酸反应制取氢气，原料易得，原理简单，符合物质制备原则；D选项，铁和稀硝酸反应不会生成氢气，不符合要求。所以答案选C。 教学任务二 氯气的实验室制取 活动一 氯气的用途及制取途径分析 【引入】氯气是一种重要的化工原料，大量用于制造盐酸、有机溶剂、农药、染料和药品等。那么我们如何在实验室中制取氯气呢？ 【问题】请你从含氯元素物质间的转化关系分析，制取氯气有哪些途径？可以选择哪些含氯试剂？ 【学生思考】回答：从含氯元素物质间的转化关系来看， → 、 → 。可以选择的含氯试剂有浓盐酸等。 【讲解】评价、强调：非常好。我们可以从化合价变化的角度来分析制取氯气的途径。下面我们具体来看与浓反应制取氯气的原理。 【设计意图】通过介绍氯气的用途，引起学生的兴趣，然后引导学生从含氯元素物质间的转化关系分析制取氯气的途径，培养学生的化学思维能力。 【对应训练1】下列物质中，不能用于制取氯气的是（ ） A. 浓盐酸 B. 氯酸钾 C. 氯化钠 D. 二氧化锰 【答案】C 【解析】浓盐酸和二氧化锰在加热条件下可以制取氯气，氯酸钾和浓盐酸反应也可以制取氯气，而氯化钠不能直接用于制取氯气。所以答案选C。 【对应训练2】从化合价变化的角度分析，在反应中，被氧化的元素是（ ） A. 锰元素 B. 氯元素 C. 氧元素 D. 氢元素 【答案】B 【解析】在该反应中，氯元素的化合价从价升高到价，被氧化；锰元素的化合价从价降低到价，被还原。所以答案选B。 活动二 氯气实验室制取的反应原理及装置分析 【引入】我们已经知道了制取氯气的一种途径，下面我们详细分析与浓反应制取氯气的原理和装置。 【问题】从化合价变化的角度，分析反应（被氧化、被还原、氧化剂、还原剂）。 【学生思考】回答：在该反应中，中部分氯元素的化合价从价升高到价，被氧化，是还原剂；中锰元素的化合价从价降低到价，被还原，是氧化剂。 【讲解】评价、强调：正确。与浓反应特点：①浓盐酸中，一部分的化合价升高，另一部分的化合价不变。浓盐酸表现出酸性、还原性。②随着反应的进行盐酸浓度变小，故足量时，盐酸不完全反应。接下来我们分析制取氯气的实验装置。 【问题】根据制备氯气的反应原理，我们应该如何搭建实验装置呢？ 【学生思考】回答：需要搭建发生装置、净化装置、收集装置和尾气处理装置。 【讲解】评价、强调：非常正确。发生装置我们可以选择分液漏斗、圆底烧瓶、酒精灯等仪器；净化装置需要除去气体和水蒸气，分别用饱和食盐水和浓硫酸；收集装置采用向上排空气法，因为氯气密度大于空气；尾气处理装置用溶液吸收过量的氯气，防止污染环境。 【设计意图】通过对反应原理的深入分析，让学生理解氧化还原反应在制取氯气中的应用，同时引导学生根据反应原理设计实验装置，培养学生的实验设计能力。 【对应训练3】在实验室制取氯气的实验中，下列说法正确的是（ ） A. 可以用排水法收集氯气 B. 用饱和食盐水除去氯气中的气体是因为在饱和食盐水中的溶解度比氯气小 C. 用浓硫酸干燥氯气是因为浓硫酸具有吸水性 D. 用溶液吸收尾气是因为溶液能与氯气反应生成氢气 【答案】C 【解析】A选项，氯气能溶于水，不能用排水法收集，该说法错误；B选项，用饱和食盐水除去氯气中的气体是因为极易溶于水，而氯气在饱和食盐水中的溶解度较小，该说法错误；C选项，浓硫酸具有吸水性，可以干燥氯气，该说法正确；D选项，用溶液吸收尾气是因为溶液能与氯气反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，而不是氢气，该说法错误。所以答案选C。 教学任务三 实验室中气体的制备思路 活动一 回顾常见气体制备方法 【引入】我们已经学习了氧气、二氧化碳和氯气的实验室制取方法，下面我们一起回顾一下这些常见气体的制备方法。 【问题】请大家写出实验室制取氧气、二氧化碳的化学方程式，并说明反应物状态、反应条件和装置图特点。 【学生思考】回答： 氧气： · ，反应物为固体 + 固体，反应条件为加热。 · ，反应物为固体，反应条件为加热。 · ，反应物为固体 + 液体，反应条件为不加热。 二氧化碳：，反应物为固体 + 液体，反应条件为不加热。 【讲解】评价、强调：同学们回答得很准确。我们可以根据反应物状态和反应条件来选择合适的发生装置。 【设计意图】通过回顾常见气体的制备方法，为总结实验室制取气体的思路做铺垫，培养学生的归纳总结能力。 【对应训练1】下列气体的实验室制取方法中，反应物状态和反应条件与制取氢气相同的是（ ） A. 氧气（用和） B. 氧气（用） C. 二氧化碳 D. 氯气 【答案】A 【解析】氢气是用锌和稀硫酸反应制取，反应物为固体 + 液体，反应条件为不加热。氧气（用和）的反应物为固体 + 液体，反应条件为不加热，与制取氢气相同；氧气（用）反应物为固体，反应条件为加热；二氧化碳反应物为固体 + 液体，反应条件为不加热，但与氢气的发生装置有差异；氯气反应物为固体 + 液体，反应条件为加热。所以答案选A。 【对应训练2】实验室制取二氧化碳时，选择的发生装置是（ ） A. 固体 + 固体，加热装置 B. 固体 + 液体，加热装置 C. 固体 + 液体，不加热装置 D. 液体 + 液体，加热装置 【答案】C 【解析】实验室制取二氧化碳用的是碳酸钙和稀盐酸，反应物为固体 + 液体，反应条件为不加热，所以选择固体 + 液体，不加热装置。答案选C。 活动二 总结实验室制取气体的思路 【引入】结合、等气体的实验室制取方法，我们来讨论一下设计实验室制取气体的装置时，应考虑哪些方面。 【问题】设计实验室制取气体的装置时，应考虑哪些方面？ 【学生思考】回答：应考虑装置的选取依据和装置的连接顺序，包括发生装置要考虑反应物状态和反应条件；净化装置要考虑除杂、干燥；收集装置要考虑气体的密度和溶解性；尾气处理要考虑气体的性质。 【讲解】评价、强调：非常好。设计气体制备装置的基本思路是：明确气体制备的原理，写出相应的化学方程式；根据药品状态、反应条件，选择合适的反应装置；分析气体是否含有杂质，根据气体和杂质性质的差异选择除杂、净化方法；根据气体性质，选择收集装置，分析是否需要尾气处理装置。 【设计意图】通过讨论和总结，让学生掌握实验室制取气体的思路和方法，培养学生的综合分析能力。 【对应训练3】既可以用浓硫酸干燥又能用向上排空气法收集的气体为（ ） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】浓硫酸可以干燥中性、酸性气体，不能干燥碱性气体。向上排空气法适用于密度比空气大且不与空气反应的气体。密度比空气小，用向下排空气法收集；是碱性气体，不能用浓硫酸干燥；是酸性气体，密度比空气大，可以用浓硫酸干燥，也可以用向上排空气法收集；密度与空气接近，一般不用排空气法收集。所以答案选C。 1.3 化学中常用的实验方法 第1课时 物质的制备 一、物质的制备 1. 实验规则与安全要求 · 明确步骤、注意事项、操作规范 · 谨慎处理危险物质 1. 物质制备遵循的原则 · 原料易得 · 原理绿色 · 条件温和 · 装置简单 · 分离方便 1. 制备物质的一般流程 · 分析目标产品 · 选择合适原料 · 确定反应原理 · 设计反应路径 · 搭建反应装置 · 控制反应条件 · 分离提纯产品 二、氯气的实验室制取 1. 反应原理 · $MnO_2 + 4HCl(浓)\xlongequal{\Delta}MnCl_2 + Cl_2↑ + 2H_2O$ · 化合价变化分析 1. 实验装置 · 发生装置 · 净化装置（饱和食盐水除HCl、浓硫酸除水） · 收集装置（向上排空气法） · 尾气处理装置（NaOH溶液） 1. 装置优化 · 考虑杂质去除 三、实验室中气体的制备思路 1. 发生装置 · 选取依据：反应物状态、反应条件 · 类型：固固加热、固液不加热等 1. 净化装置 · 除杂、干燥 · 原则：不减少气体量、不引入新杂质 1. 收集装置 · 选取依据：气体密度、溶解性 · 方法：排水法、排空气法 1. 尾气处理装置 · 选取依据：气体性质 · 方法：点燃法、吸收法 1. 根据实验装置图，回答问题： （1）写出图中仪器①的名称_______。 （2）写出实验室用A装置制取氧气的反应化学方程式_____。要得到比较纯净的氧气，通常选用_____（填字母）装置收集。若用此装置收集氧气，当观察到__________，开始收集。 （3）实验室制取二氧化碳，所用药品是_____ ，选择B装置作为发生装置的优点是_____，检验二氧化碳的反应原理是：_____（用化学方程式表示）。请从上图选择所需实验装置，制取一瓶纯净、干燥的二氧化碳气体，所选装置的连接顺序为：_____（用字母表示）。 【答案】（1）集气瓶；（2）；C；气泡连续均匀冒出时；（3）大理石（或石灰石）和稀盐酸；可以控制反应的发生和停止；；B、G、F、E 【解析】（1）仪器①是集气瓶。（2）A装置是固体加热型装置，用该装置制取氧气，可选用高锰酸钾，其反应化学方程式为$2KMnO_4\xlongequal{\Delta}K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2↑$；排水法收集的氧气比较纯净，所以选C装置；用排水法收集氧气时，当气泡连续均匀冒出时开始收集，因为刚开始排出的是装置内的空气。（3）实验室制取二氧化碳用大理石（或石灰石）和稀盐酸；B装置可以通过控制止水夹来控制反应的发生和停止；检验二氧化碳用澄清石灰水，反应原理是；制取二氧化碳用固液不加热型装置B，除去氯化氢用饱和碳酸氢钠溶液G，干燥用浓硫酸F，收集用向上排空气法E，所以连接顺序为B、G、F、E。 1. 如图所示，实验室欲制取纯净干燥的氯气。下列说法不正确的是 A．装置接口按气流方向的连接顺序为a→d→e→h→i→f→g→b B．①中发生反应： C．⑤利用了浓硫酸的吸水性 D．可用澄清石灰水替代②中的NaOH溶液 【答案】D 【解析】A．要制取纯净干燥的氯气，先发生反应制取氯气，然后除去氯化氢，再干燥，最后收集并进行尾气处理，装置接口按气流方向的连接顺序为a→d→e→h→i→f→g→b，A选项正确；B．①中高锰酸钾和浓盐酸反应生成氯气，化学方程式为，B选项正确；C．⑤中浓硫酸具有吸水性，用于干燥氯气，C选项正确；D．澄清石灰水浓度小，吸收氯气的效果不如氢氧化钠溶液好，不能用澄清石灰水替代②中的NaOH溶液，D选项错误。 1. 既可以用浓硫酸干燥又能用排气法收集的气体为 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ A．①④⑥ B．①④⑤ C．②③④ D．②⑤⑥ 【答案】B 【解析】浓硫酸具有吸水性，可干燥中性和酸性气体，不能干燥碱性气体。①是中性气体，不与浓硫酸反应，可以用浓硫酸干燥，密度比空气小，可用向下排空气法收集；②能与空气中的氧气反应，不能用排空气法收集；③是碱性气体，能与浓硫酸反应，不能用浓硫酸干燥；④是酸性气体，不与浓硫酸反应，可以用浓硫酸干燥，密度比空气大，可用向上排空气法收集；⑤是酸性气体，不与浓硫酸反应，可以用浓硫酸干燥，密度比空气大，可用向上排空气法收集；⑥是中性气体，不与浓硫酸反应，可以用浓硫酸干燥，但密度与空气接近，一般不用排空气法收集。所以既可以用浓硫酸干燥又能用排气法收集的气体为①④⑤，答案选B。 1. 实验室制取，下列操作、药品和装置选择不合理的是 A．选择药品 B．检查气密性 C．发生装置 D．收集装置 【答案】C 【解析】A．实验室制取氧气可以选择高锰酸钾、氯酸钾和二氧化锰、过氧化氢和二氧化锰等药品，A选项合理；B．制取气体前要检查装置的气密性，B选项合理；C．如果用高锰酸钾或氯酸钾制取氧气，发生装置是固体加热型，试管口应略向下倾斜，防止冷凝水倒流使试管炸裂，图中装置试管口向上倾斜，不合理；D．氧气不易溶于水，可用排水法收集，密度比空气大，可用向上排空气法收集，D选项合理。 1. “多功能瓶”具有使用方便、操作简单的优点，可借助它完成多个实验。下列说法错误的是（ ） A．若用图1收集一瓶氧气，则氧气应从a端通入 B．若用图1收集一瓶氢气(密度比空气小)，则氢气应从b端通入 C．若用图2收集一瓶氧气，则氧气应从a端通入 D．若用图2测量收集的氧气体积，则应在a端连接一个量筒 【答案】C 【解析】A．图1是向上排空气法收集气体，氧气密度比空气大，应从a端通入，A选项正确；B．氢气密度比空气小，用图1收集氢气时应从b端通入，B选项正确；C．图2是排水法收集气体，氧气应从b端通入，将水从a端排出，C选项错误；D．若用图2测量收集的氧气体积，应在a端连接一个量筒，排出水的体积就是收集氧气的体积，D选项正确。 在本节课的教学中，通过回顾氧气、二氧化碳的制备，引导学生总结物质制备的一般原则和流程，进而探究氯气的实验室制取，最后归纳实验室中气体的制备思路，整体教学逻辑清晰。但在教学过程中也存在一些不足之处。例如，在讲解氯气制备的反应原理时，部分学生对化合价变化和氧化还原反应的理解不够深入，后续应加强这方面的巩固练习。在实验装置的讲解上，虽然结合了图片和文字，但学生可能缺乏直观感受，可考虑在后续教学中增加实验演示或视频展示，以提高学生的学习兴趣和理解能力。此外，在课堂互动中，部分学生参与度不高，需要在今后的教学中采用更多的激励方式，鼓励学生积极思考和发言。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$