第四节 依据特定需求制取氧气（教学设计） 化学北京版2024九年级上册

第四节 依据特定需求制取氧气 一、知识目标 1. 了解工业制取氧气的原理； 2. 学习实验室用高锰酸钾制取氧气的实验装置和实验步骤； 3. 家庭生活中的氧气制取方案及原理。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：学生能从宏观层面识别氧气制取实验中的物质变化，又能从微观粒子视角理解化学反应本质，构建宏微结合观念。 2.科学探究与创新意识：通过设计并实施氧气制取实验，完整历经科学探究流程，提升提出问题、设计方案与动手实操能力。 3.科学态度与社会责任：秉持严谨、实事求是的科学态度开展氧气制取实验，如实记录实验现象与数据，尊重实验结果。 4.变化观念与平衡思想：认识氧气制取过程中物质的转化与能量的变化，理解反应条件对制取效率的关键影响，形成动态变化认知。 一、教学重点 1. 工业制氧气的原理； 2. 利用高锰酸钾制取并收集氧气； 3. 了解实验室制取氧气的一般思路。 二、教学难点 1. 实验室发生装置和收集装置的依据； 2. 初步了解通过化学实验制取物质的一般思路。 本节教学内容源于新课标北京版（2024 年版）初中化学九年级上册第二章《揭示燃烧奥秘》第四节《依据特定需求制取氧气》。本节内容衔接氧气性质与应用，构建完整知识链。内容上，从工业、实验室、家庭三个场景切入，工业制氧聚焦分离液态空气法，解析原料优势、流程及原理，培养宏观认知；实验室制氧以高锰酸钾、过氧化氢为例，详解原理、装置选择与操作，渗透分解反应概念，强化实验技能；家庭制氧引导设计简易装置，联系生活，提升实践与创新能力。教学目标明确，重点突出工业制氧原理、实验室制氧操作及思路，难点为装置依据与实验思路，通过问题驱动、实验探究等方式，符合学生认知规律，助力形成 “需求决定方法” 的化学思维，为后续物质制备学习奠定基础。 本节课的教学对象为九年级学生，学生在学习本内容前，已掌握氧气的性质与用途，知道空气的主要成分，具备一定的化学基础认知，对“制取物质”有初步兴趣，这是学习的有利前提。但学生对不同场景下制氧方法的选择逻辑缺乏理解，易混淆工业制氧（物理变化）与实验室制氧（化学变化）的本质区别。实验操作方面，虽接触过简单仪器，却对装置选择依据（反应物状态、反应条件、气体性质）的关联思维不足，且在加热高锰酸钾实验中，对“试管口略向下倾斜”“先移导管后熄灯”等操作的原理理解易流于表面。家庭制氧相关的生活化实践经验较少，设计简易装置时可能存在思路局限。不过学生处于具象思维向抽象思维过渡阶段，对实验探究类内容兴趣较高，可借助直观实验与场景化分析突破学习难点。 教学环节一 新课导入 【导入】同学们，上节课我们学习了氧气的性质和用途，知道它能支持呼吸、帮助燃烧，生活中医疗急救、炼钢都离不开它。那大家有没有想过，我们需要的高浓度氧气是怎么来的呢？比如医院里病人吸的氧、实验室做实验用的氧，获取方法会一样吗？ 【学生回答】医院用的氧可能是从专门的工厂运过来的，实验室用的氧应该是自己做的，因为用量少。 【讲解】非常好！这位同学结合“用量”这个特点做了猜想，很有道理。其实不同场景下，制取氧气的方法确实不一样，这就需要我们“依据特定需求”来选择。今天这节课，我们就从工业、实验室、家庭三个场景出发，一起探究氧气的制取方法。 【讲解】在产品设计、制作过程中应考虑特定环境和特定使用人群的实际需求。以氧气的制取为例：应基于特定需求，综合考虑原理、装置、材料等因素。 设计意图 从学生已学的氧气性质与用途切入，通过“医院用氧与实验室用氧获取方法是否相同”的问题，搭建新旧知识桥梁，降低认知门槛。 教学环节二 氧气的工业生产 【引入】首先来看工业生产。工业上需要大量氧气，大家觉得用什么做原料最合适呢？思考一下，举手回答。 【学生回答】空气！因为空气里有氧气，而且取之不尽。 【讲解】没错！工业制氧以空气为原料，有三个明显优点：成本便宜、原料易得，还不会对环境造成负面影响。那怎么从空气中把氧气分离出来呢？核心方法是“分离液态空气法”，原理是利用空气中各成分沸点不同。大家看PPT上的温度图，液氮沸点是-196℃，液氧是-183℃，如果给液态空气升温，谁会先变成气体跑出来？ 【学生回答】氮气！因为它的沸点更低，先达到沸点蒸发。 【讲解】太对了！工业制氧会先把空气净化、降温加压变成液态，再升温到-196℃到-183℃之间，让氮气先蒸发，剩下的主要就是液氧了。最后会把氧气加压到钢瓶里，大家看图片，装氧气的钢瓶是什么颜色？。 【学生回答】蓝色！ 【讲解】没错，这是行业规定，方便区分。那大家再想想，这个过程是物理变化还是化学变化？为什么？ 【学生回答】物理变化！因为只是把氧气和氮气分开，没有新物质生成。 【讲解】非常准确！工业制氧没有新物质产生，属于物理变化，这也是它的一大优势。 设计意图 ①以“工业需大量氧气，选什么作原料”设问，引导学生结合空气成分特点自主得出“空气为原料”的结论，培养其基于实际需求选择资源的思维。 ②详细讲解分离液态空气法的原理时，结合沸点温度图直观对比液氮与液氧沸点差异，帮助学生理解“氮气先蒸发”的逻辑，突破抽象概念难点。通过提问“该过程是物理变化还是化学变化”，强化学生对物理变化、化学变化本质区别的认知，同时突出工业制氧“低成本、环保”的优势，让学生体会化学技术与工业生产的紧密联系。 教学环节三 氧气的实验室制取 【提问】了解了工业制氧，咱们再回到实验室。实验室制取氧气和工业不一样，大家觉得实验室对制氧有什么需求？比如用量、操作难度这些方面。 【学生回答】实验室用氧不多，所以制氧方法要简单，操作不能太危险，反应时间也不能太长。 【讲解】总结得很全面！实验室制氧确实要满足“用量少、操作简便、安全高效”的需求。那哪些方法适合呢？表格里给了四种方案，大家分析一下，哪些可行，哪些不行？为什么？ 实验操作 是否可行 理由 “大象牙膏”实验中过氧化氢（溶液）在催化剂作用下分解生成氧气。 拉瓦锡测定空气中氧气含量实验中用氧化汞分解得到氧气。 生物课上学习的二氧化碳和水通过绿色植物的光合作用生成糖类和氧气。 小学科学课上学习的高锰酸钾加热分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气。 【提问】过氧化氢在催化剂作用下分解可行吗？ 【学生回答】这个可行！之前看“大象牙膏”实验，反应很快，而且不用加热，很安全。 【提问】对，这是实验室常用方法之一。那氧化汞分解呢？ 【学生回答】不行！氧化汞有毒，而且需要高温，太危险了。 【讲解】没错，安全是首要考虑的，所以这个方法排除。光合作用和高锰酸钾分解呢？ 【学生回答】光合作用太慢了，还需要光，不合适；高锰酸钾加热就能分解，应该可以。 【提问】这些制取氧气的原理有什么共同之处吗？ 【学生回答】它们都是通过化学反应生成了氧气，都是以含有氧元素的物质作为反应物。 【讲解】非常好！所以实验室常用两种方法：加热高锰酸钾、催化分解过氧化氢。今天我们重点学习加热高锰酸钾制氧。大家先看PPT上的反应方程式，高锰酸钾是暗紫色固体，加热后会生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，这个反应属于什么类型？大家思考一下这个反应的特点是什么？ 【学生回答】一种物质变成多种物质。 【讲解】没错！像这样由一种物质生成两种或两种以上其他物质的反应叫做分解反应，属于四大基本反应类型，特点是“一变多”。 【提问】完全正确！接下来我们看实验装置。大家思考，选择发生装置要考虑什么？ 【学生回答】反应物状态和反应条件！高锰酸钾是固体，反应需要加热，所以用固体加热型装置。 【讲解】太到位了！那大家看这个装置图，大试管、铁架台、酒精灯分别有什么作用？ 【学生回答】大试管是反应容器，铁架台固定试管，酒精灯提供热量。 【提问】很棒！那收集装置呢？氧气不易溶于水、密度比空气大，所以能用什么方法收集？ 【学生回答】排水法和向上排空气法！ 【讲解】那我们来总结一下依据反应原理选择适宜仪器的主要思路。首先，根据反应物状态和反应条件，是否需要加热，来确定发生装置；其次确定反应的容器，如试管、烧瓶等；第三确定支撑和固定容器的仪器，如铁架台、试管夹等；第四提供所需反应条件的仪器，如酒精灯、加热器等。 【提问】依据反应原理选择适宜仪器的主要思路，设计利用过氧化氢溶液与二氧化锰在常温下制取氧气的实验室发生装置，解释每种实验仪器的作用。 【学生回答】 反应物状态 液体、固体 反应条件 常温 反应的容器 锥形瓶 容积大，为过氧化氢的分解提供足够的空间 支撑和固定容器的仪器 长颈漏斗 随时添加液体药品 提供所需反应条件的仪器 导管 将产生的氧气从反应装置导入集气瓶 【讲解】收集装置的选择依据气体在水中的溶解性以及气体的密度，不溶于水的气体可以用排水法，密度大于空气用向上排空气法，密度小于空气用向下排空气法。那排水法和排空气法的有什么优缺点呢？ 【学生回答】排水法收集的气体纯度较高，但较湿润；排空气法收集的气体干燥，但是不纯。 【提问】那氧气可以用什么方法收集呢？为什么？ 【学生回答】氧气不易溶于水，可以用排水法；氧气密度比空气略大，用向上排空气法。 【提问】没错。现在我们来模拟实验步骤，大家要注意操作细节。第一步要做什么？ 【学生回答】检查装置气密性！ 【讲解】对，怎么检查？大家看PPT上的方法，把导管放入水中，用手握住试管，观察导管口是否有气泡，松手后是否有水柱。这一步很关键，防止装置漏气收集不到氧气。接下来装药品、固定试管，注意试管口要略向下倾斜，为什么？ 【学生回答】防止冷凝水回流，把试管炸裂！ 【讲解】非常好！还要在试管口放一团棉花，作用是？ 【学生回答】防止高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导管！ 【讲解】没错。然后加热、收集气体，大家要记住，刚开始排出的气泡是空气，要等气泡连续均匀冒出再收集，这样氧气才纯净。实验结束后，先移导管还是先灭酒精灯？ 【学生回答】先移导管！不然水会倒吸进试管，让试管炸裂。 【讲解】太对了！这是实验安全的重点，大家一定要记牢。 【提问】设计用二氧化锰催化分解过氧化氢溶液制取氧气的实验操作步骤。 【学生回答】首先，检查装置的气密性；然后先放固体药品，后装液体药品；第三收集气体；最后验满。 【讲解】很好！大家注意，分液漏斗不用插到底部，长颈漏斗需要插入液面以下；最后用带火星木条放在集气瓶口，复燃。 【提问】总结实验室制取气体的一般思路。 【学生回答】首先，明确反应原理；其次，选择实验装置；最后确定操作步骤。 设计意图 先组织小组讨论“实验室制氧需求”，引导学生从用量、操作、安全等维度自主总结需求特点，培养其问题分析与归纳能力。呈现四种制氧方案让学生判断可行性，通过辨析氧化汞、光合作用的不足，进一步明确实验室制氧“安全、高效、简便”的选择标准，深化对“需求决定方法”的理解。讲解实验原理时，结合反应方程式与物质状态，帮助学生建立“分解反应”的概念，实现化学基本反应类型知识的迁移与应用。 教学环节四 家庭生活中的氧气制取 【提问】实验室制氧我们掌握了，那家庭里需要氧气怎么办？比如家里有老人需要吸氧，或者鱼缸要增氧，该怎么制取呢？大家想想，家庭制氧需要满足什么需求？ 【学生回答】高纯度、安全性、便捷性和成本效益。 【讲解】没错！家庭制氧常用化学方法，比如用“过碳酸钠”，它和水反应会生成过氧化氢，过氧化氢再分解出氧气。大家看PPT上的简易装置图，用矿泉水瓶做反应仓，吸管做导管，还加了加湿仓，为什么要加湿？ 【学生回答】防止氧气太干燥，刺激鼻腔，让吸氧更舒服。 【讲解】非常贴心的设计！课后大家可以参考这个方案，用家里的材料做一个简易制氧装置，下节课我们展示交流。 设计意图 通过梳理工业、实验室、家庭三个场景制氧方法的核心需求与对应方案，帮助学生构建“场景-需求-方法”的知识框架，形成系统的认知体系。强调实验室制氧的装置选择与操作规范，既是对本节课重点内容的巩固，也为后续其他气体制取学习奠定基础。布置整理知识点与完成习题的任务，可让学生课后及时复盘所学内容，强化知识记忆，同时通过习题检验学习效果，便于教师后续针对性调整教学。 第四节 依据特定需求制取氧气 一、氧气的工业生产 分离液体空气法——物理变化 2、 氧气的实验室制取 1、原理 2、发生装置 3、收集装置 4、验满和检验 三、生活中的氧气制取 1.空气经除尘、除去二氧化碳和水蒸气后，进行如图所示操作。下列说法正确的是（　　） A．氮气的沸点比氧气低 B．100g空气含21g氧气 C．将空气液化选择降温比加压更节能 D．液态空气汽化过程放热 2.实验室加热一定质量的高锰酸钾制取氧气，随着反应的进行，试管内固体的质量逐渐减少。如图中的点表示的含义错误的是（　　） A．a点表示高锰酸钾的质量 B．b点表示高锰酸钾、锰酸钾和二氧化锰混合物的质量 C．c点表示锰酸钾和二氧化锰混合物的质量 D．d点表示高锰酸钾完全分解了 3.在实验室里制取氧气，既可以采用分解过氧化氢的方法，也可以采用分解高锰酸钾的方法，上述两种方法的共同点主要有（　　） A．采用二氧化锰均可改变其反应速率 B．反应都不需加热 C．都利用含氧物质分解来达到目的 D．两种方法所需仪器相同 4.下列发生装置中，可用于实验室加热高锰酸钾制取氧气的是（　　） 5.下列关于实验室制氧气并用排水法收集先后顺序中不正确的是（　　） A．等导管口排出的气泡连续均匀后，再将导管伸入盛水的集气瓶中 B．检查制氧装置气密性时先将导管一端放入水中，再用双手握住试管 C．先熄灭酒精灯，再将导管取出 D．先给试管均匀加热，再对着药品加热 本节课通过工业、实验室、家庭三场景串联知识，借助实验探究和生活化设计，有效激发了学生兴趣，多数学生能掌握制氧核心原理与实验步骤，达成基础教学目标。但教学中存在不足：一是对工业制氧流程的讲解，仅依赖文字与图片，学生对精馏塔分离等抽象过程理解较浅，缺乏动态演示辅助；二是实验室制氧操作环节，部分学生因前期对装置选择依据理解不深，组装仪器时效率较低，且对操作规范的原理（如试管口棉花作用）仍有模糊认知；三是家庭制氧设计任务，虽鼓励创新，但未充分提供多样化案例参考，少数学生思路受限，作品实用性不足。后续需优化教学手段，增加工业制氧动态模拟，强化实验前装置原理讲解，补充家庭制氧设计案例，同时加强个性化指导，提升教学实效性。 / 学科网（北京）股份有限公司 $