2.3 制取氧气 第1课时（教学设计）化学新教材人教版九年级上册

该初中化学教学设计聚焦“制取氧气”核心内容，涵盖工业制氧气（分离液态空气法，物理变化）与实验室加热高锰酸钾制氧气（反应原理、装置选择、操作步骤等）。通过医疗急救等生活场景导入，衔接氧气性质用途前序知识，为后续气体制取思维模型搭建学习支架。 此资料以科学思维为引领，对比工业与实验室制氧需求差异，引导学生分析原料选择、装置匹配逻辑，如工业制氧三大考量（原料廉价、成本低、环保）。结合科学探究与实践，通过实验视频、“茶庄定点收利息”口诀强化操作，装置细节（导管长短）分析深化理解。助力学生构建气体制取模型，培养实验安全意识，为教师提供结构化教学流程与分层练习，提升教学效率。

课题3 制取氧气 第1课时 制取氧气 年级 九年级 学科 化学 课型 新授课 教材 人教版九年级化学 第二单元 课题3 教学目标 1.了解工业制氧气的原理。 2.初步学习氧气的实验室制法，了解制取氧气的实验原理和实验方法，学习运用简单的装置制取氧气。 3.通过探究实验活动，初步体会化学实验探究的一般思路和方法，发展科学探究能力。 教学重点 高锰酸钾制取氧气的原理、装置、操作步骤及注意事项。 教学难点 实验室气体制取的一般思路，实验装置选择的逻辑依据。 教材分析 本节教学内容源于人教版九年级化学上册第二单元《空气和氧气》课题3第1课时《制取氧气》，是初中化学首个气体制备专题内容，既承接前两节对氧气性质、用途的认知铺垫，又为后续学习二氧化碳等气体的实验室制备、建构气体制取的一般思维模型奠定核心基础，是培养学生实验探究能力的重要载体，具有承上启下的关键作用。 按照课标要求及学生认知规律，本课时内容分为工业制氧气、实验室加热高锰酸钾制氧气两大模块。教材先从生活中氧气的大量用途切入，先介绍工业分离液态空气法的原理、工艺特点，明确工业制氧属于物理变化；再过渡到实验室少量制氧的需求，逐步讲解高锰酸钾制氧的反应原理、装置选择、操作步骤、注意事项、气体验证与验满方法，最终归纳出实验室气体制取的一般思路。内容编排从生产实际到实验室探究，从具体操作到方法总结，符合学生的认知逻辑，也有利于落实科学探究与创新意识的化学核心素养。 学情分析 教学对象为初三年级学生，已具备一定的化学基础知识与实验操作基础：在前序学习中已经掌握氧气的物理性质、化学性质与常见用途，也初步学会了酒精灯使用、仪器连接、气密性检查等基础实验操作，对化学实验探究有较强的好奇心与参与意愿。 但学生尚未接触过完整的气体制备实验体系，对反应原理选择、发生/收集装置的选择逻辑、实验操作的细节原因缺乏系统性认知，容易出现死记硬背操作步骤、混淆工业制氧与实验室制氧变化类型的问题，同时也容易忽略实验操作的安全细节。学生的思维正逐步从具象经验思维向抽象逻辑思维过渡，教学过程中需要结合情境问题、实验视频、典例练习等载体，引导学生主动思考每一步操作的底层逻辑，避免机械记忆，帮助学生在探究过程中自主建构气体制取的思维模型，同时培养严谨的实验安全意识。 教学过程 教学内容 设计意图 环节一 情境导入 【引入】展示医疗急救、钢铁冶炼、金属气割、水下潜水的场景图片，引导学生观察这些场景都离不开氧气的支持。 【教师提问】氧气在生产生活中应用广泛，工业生产需要大量氧气，实验室做实验需要少量纯净的氧气，这些氧气分别是怎么制取的呢？今天我们就一起来学习氧气的制取方法。 从生活实际场景引入，贴合学生已有生活经验，激发学生学习兴趣，明确本节课两大学习主题：工业制氧气、实验室加热高锰酸钾制氧气。 环节二 工业制氧气 任务一 工业制取气体的核心考虑因素有哪些 【引入】工业生产和实验室小批量制备气体的需求差异很大，需要适配大规模量产的要求，大家如果是制氧工厂的工程师，选择制氧方案时会优先考虑哪些因素？ 【教师提问】结合工业生产的特点，思考工业制气需要满足哪些核心要求？ 【学生思考】学生分组讨论后发言： 1.原料要便宜、容易获取，不能用昂贵的化学试剂； 2.生产过程不能有太大污染，要符合环保要求； 3.生产能耗要低，不然成本太高没法大规模生产。 【讲解】评价学生回答，梳理工业制气的三大核心考量维度： 原料方面：原料需廉价易得，空气作为制氧原料，来源几乎无成本，可满足大规模生产需求。 成本方面：生产能耗、运营成本要足够低廉，支撑连续化大规模量产，避免使用高成本化学试剂。 环保方面：生产过程对环境负面影响小，尽量减少污染物排放，符合工业生产环保要求。 任务二 工业上如何大量制取氧气？ 【引入】我们已经明确工业制氧要优先用空气作为原料，空气的主要成分是氮气和氧气，如何把二者分离开得到大量氧气？ 【教师提问】已知液氧的沸点为−183℃，液氮的沸点为−196℃，大家思考可以用什么方法分离液态的氮气和氧气？这个过程有没有新物质生成？ 【学生思考】学生结合沸点差异思考后回答：可以用蒸发的方法，沸点低的液氮先蒸发出来，剩下的就是液氧；这个过程没有新物质生成，属于物理变化。 【讲解】 1.分离液态空气法流程：，沸点更低的氮气先蒸发，剩余的主要为液态氧 2.原理：利用液态氮和液态氧的沸点不同，属于物理变化。 补充膜分离技术：利用特殊高分子膜材料，在压力差驱动下让氧气更快透过膜实现富集，全程无新物质生成，也属于物理制氧工艺。 【例1】已知液氧的沸点为-183℃，液氮的沸点为-196℃，工业上利用分离液态空气法制取氧气的流程如图所示，下列说法正确的是（ ） A．液氮的沸点比液氧的沸点高 B．工业制氧属于物理变化 C．最先从液态空气中蒸发出来的气体是氧气 D．此方法得到的“液态氧”是纯净物 【答案】B 【解析】A选项液氮沸点−196℃比液氧−183℃低，错误；B选项分离液态空气没有新物质生成，属于物理变化，正确；C选项沸点更低的氮气先蒸发，错误；D选项得到的液态氧还含有少量稀有气体等杂质，属于混合物，错误。 【变式】利用分离液态空气的方法得到氧气是工业上制取氧气的重要途径，下图为工业制氧气的流程图，关于工业制取氧气的说法正确的是（ ） A．空气中氧气的质量分数约为21% B．上述工艺得到氧气的过程属于化学变化 C．此种方法得到的氧气为纯净物 D．此工艺利用了液氮和液氧的沸点不同 【答案】D 【解析】A选项空气中氧气体积分数约为21%，不是质量分数，错误；B选项属于物理变化，错误；C选项得到的氧气为混合物，错误；D选项分离原理是沸点差异，正确。 引导学生站在工业生产的实际角度思考问题，建立“生产方案选择要匹配应用场景”的思维，区分工业制备与实验室制备的逻辑差异。 环节三 实验室加热高锰酸钾制氧气 任务一 实验室制取氧气的反应原理的选择依据是什么？ 【引入】工业制氧适合大规模生产，但无法满足实验室快速制取少量纯净氧气的需求，实验室选择制氧反应时需要考虑哪些因素？ 【教师提问】结合实验室制备少量气体的需求，思考制氧反应需要满足什么条件？ 【学生思考】学生讨论后回答： 1.反应物里得有氧元素，不然没法生成氧气； 2.反应条件要简单，实验室容易实现，反应速率不能太慢； 3.生成的气体最好只有氧气，方便收集，不会混太多杂质。 【讲解】总结实验室制氧反应原理的三大选择标准： 1.制取氧气的原料必须是含氧元素的物质； 2.利用比较简单的实验条件就能较快得到氧气； 3.生成的气体成分单一，便于收集。 由此筛选出适合实验室制氧的反应：高锰酸钾固体受热分解生成氧气、锰酸钾和二氧 化锰，符合上述要求。 任务二 实验室加热高锰酸钾制氧气的反应原理是什么？ 【引入】我们已经确定用高锰酸钾作为制氧原料，高锰酸钾是暗紫色固体，受热时会发生分解反应。 【教师提问】请大家写出高锰酸钾受热分解的文字表达式，并对应写出各物质的化学符号。 【学生思考】学生书写后展示：高锰酸钾锰酸钾 + 二氧化锰 + 氧气，对应物质化学式：KMnO4K2MnO4+MnO2+O2 【讲解】强调反应条件是加热，产物中三种物质的状态：锰酸钾和二氧化锰都是固体，只有氧气是气体，因此方便收集。 任务三 实验室加热高锰酸钾制氧气需要用到的仪器？ 【引入】确定反应原理后，我们需要选择合适的仪器完成实验，大家结合反应特点思考需要哪些仪器？ 【教师提问】反应物是固体，反应条件是加热，还要收集气体，分别需要哪些仪器？ 【学生思考】学生回答：反应容器用试管，加热用酒精灯，夹持用铁架台，收集气体用集气瓶，还有导管、橡胶塞、水槽等。 【讲解】梳理核心仪器： 反应容器：试管 加热仪器：酒精灯 夹持仪器：铁架台 集气仪器：集气瓶、水槽 任务四 实验室加热高锰酸钾制氧气的装置怎么选择？ 【引入】仪器选好后需要组装为发生装置和收集装置两部分，大家思考两部分分别怎么选择？ 【教师提问】发生装置的选择依据是什么？收集装置的选择依据是什么？ 【学生思考】学生回答： 1.反应物是固体，反应条件是加热，所以发生装置选固体加热型。 2.氧气不易溶于水且不与水反应，可以用排水法收集；氧气密度比空气大且不与空气反应，可以用向上排空气法收集。 【讲解】补充两种收集方法的优缺点： 排水法：收集的氧气更纯净，但混有水蒸气，不干燥。 向上排空气法：收集的氧气更干燥，但纯度稍低。 任务五 实验室加热高锰酸钾制氧气的操作步骤有哪些？ 【引入】装置组装完成后，操作顺序不当会引发安全事故，我们结合实验视频梳理操作步骤和注意事项。播放《高锰酸钾分解制取氧气》实验视频。 【教师提问】请大家结合视频内容，总结实验的操作顺序，以及每个步骤的注意事项？ 【学生思考】学生梳理步骤后回答：先查气密性，再装药品，固定试管，点燃酒精灯，收集气体，实验结束先把导管移出水面，再熄灭酒精灯。 【讲解】将7个步骤总结为谐音口诀“茶庄定点收利息”，方便记忆，同时明确各步骤注意事项： 1.查（查装置气密性）：防止装置漏气，收集不到氧气。 2.装（装药品，试管口放棉花）：防止加热时高锰酸钾粉末进入导管。 3.定（固定试管，试管口略向下倾斜）：防止冷凝水倒流使试管炸裂。 4.点（点燃酒精灯，先预热再用外焰加热）：防止试管受热不均炸裂。 5.收（等气泡连续均匀放出时再收集）：刚开始排出的是装置内的空气，此时收集会导致氧气不纯。 6.离（将导管撤离水面） 7.熄（熄灭酒精灯） 注意“离”和“熄”顺序不能颠倒，防止水倒吸使试管炸裂。 任务六 如何检验制取的气体是氧气？如何验证集气瓶是否收集满氧气？ 【引入】我们收集到的气体是不是氧气？怎么判断集气瓶已经收集满了？ 【教师提问】氧气有什么特征性质可以用于检验？检验和验满的操作有什么区别？ 【学生思考】学生回答：氧气具有助燃性，能使带火星的木条复燃；检验要把木条放到瓶内，验满要放到瓶口。 【讲解】明确操作差异： 1.检验：将带火星的木条伸入集气瓶内，若木条复燃，证明气体为氧气。 2.验满： 排水集气法：观察到集气瓶瓶口一侧有较大气泡向外冒出，证明已收集满。 向上排空气法：将带火星的小木条放在集气瓶口，若木条复燃，证明已收集满。 任务七 实验中导管在装置中的位置为什么有长有短？ 【引入】大家观察装置中的导管，不同位置的导管长短不一样，这都是为了满足实验需求设计的。 【教师提问】思考发生装置的导管、排水法收集的导管、向上排空气法的导管长短分别有什么要求，为什么？ 【学生思考】学生讨论后回答：发生装置的导管不能伸太长，不然气体不好出来；排空气法的导管要伸到瓶底，才能把空气排干净。 【讲解】梳理不同位置导管的设计原理： 1.发生装置中导管稍露出橡皮塞：便于气体的导出。 2.排水法收集时导管少量伸入集气瓶或置于瓶口：便于实验结束后取出导管。 向上排空气法收集时导管伸入集气瓶底部：便于排尽瓶中的空气，提升收集气体的纯度。 任务八 实验室气体制取的一般思路是什么？ 【引入】我们已经完整梳理了高锰酸钾制氧气的全流程，大家可以从中归纳出实验室制取任何气体的通用思路吗？ 【教师提问】从反应、装置、操作、检验四个维度总结气体制取的一般思路？ 【学生思考】学生回答：先选反应原理，再选发生和收集装置，然后确定操作步骤，最后检验气体和验满。 【讲解】总结实验室气体制取的通用思维模型： 确定反应原理→选择发生+收集装置→确定操作步骤→气体检验+验满确定反应原理→选择发生+收集装置→确定操作步骤→气体检验+验满 【例2】实验室用高锰酸钾制取氧气，下列操作规范且安全的是（ ） A．连接仪器：将试管抵住实验台、塞紧橡胶塞 B．加热试管：先预热，再对准试剂固定加热 C．结束实验：先把集气瓶拿出水槽，再盖上玻璃片 D．清洗整理：加热后的试管，立即用冷水清洗 【答案】B 【解析】A选项将试管抵住实验台塞橡胶塞容易压碎试管，错误；B选项先预热再固定加热可防止试管炸裂，正确；C选项应在水下盖好玻璃片再拿出水槽，错误；D选项热试管立即用冷水洗会炸裂，错误。 【变式】实验室用KMnO4制取并用排水集气法收集较纯净的O2。下列实验操作的先后顺序合理的是（ ） A．检查装置气密性时，先用手握住试管，再将导管的一端伸入水中 B．先向试管中加入KMnO4固体，再检查装置气密性 C．实验时，先将导管伸入集气瓶中，再点燃酒精灯 D．气体收集完毕后，先将导管移出水面，再熄灭酒精灯 【答案】D 【解析】A选项查气密性要先将导管伸入水中再握试管，错误；B选项要先查气密性再装药品，错误；C选项要等气泡连续均匀放出再将导管伸入集气瓶，错误；D选项先移导管再灭酒精灯防止倒吸，正确。 引导学生建立实验室气体制备的原理选择逻辑，避免死记硬背反应。 规范学生化学用语的书写，明确反应的物质变化。 让学生学会根据反应特点匹配实验仪器，为后续装置选择打基础。 让学生掌握气体发生、收集装置的通用选择依据，形成可迁移的思维方法。 通过实验视频+口诀记忆+注意事项讲解，让学生牢固掌握操作顺序，树立实验安全意识。 引导学生区分检验和验满的操作差异，理解操作背后的逻辑。 让学生理解装置细节的设计原理，避免机械记忆实验操作。 提升学生的归纳总结能力，形成可迁移的气体制备思维模型，突破本节课难点。 课堂小结 七、板书设计 课题3 制取氧气（第1课时） 一、工业制氧气 1.制取原则：原料廉价、成本低、环保，适配大规模生产 2.主流方法：分离液态空气法 3.原理：利用液态氮（沸点-196℃）和液态氧（沸点-183℃）的沸点差异分离 4.变化类型：物理变化（无新物质生成） （补充：新型工艺——膜分离法，同样属于物理变化） 二、实验室加热高锰酸钾制氧气 1.反应原理：高锰酸钾锰酸钾 + 二氧化锰 + 氧气 2.实验装置 （1）发生装置：固体加热型（依据：反应物为固体、反应条件为加热） （2）收集装置： ① 排水法：氧气不易溶于水且不与水反应，收集的气体较纯净 ② 向上排空气法：氧气密度略大于空气且不与空气反应，收集的气体较干燥 3.操作步骤（谐音记忆：茶庄定点收利息）：查→装→定→点→收→离→熄 4.检验与验满 （1）检验：带火星木条伸入集气瓶内，复燃则为氧气 （2）验满：排水法观察到集气瓶口冒大气泡；向上排空气法将带火星木条放在瓶口，复燃则满 三、实验室气体制取一般思路 确定反应原理→选择发生、收集装置→确定操作流程→气体检验与验满 随堂练习 1.工业制氧气采用分离液态空气法，先将空气液化，然后逐渐升温，关于这个过程的描述正确的是（ ） A．该过程属于化学变化 B．利用了氮气和氧气的沸点不同 C．也可以将其应用于实验室快速制备氧气 D．过程中有新物质氧气生成 【答案】B 【解析】分离液态空气法仅利用液氮、液氧的沸点差异分离氧气，无新物质生成，属于物理变化，故A、D错误；B选项符合该方法的核心原理，正确；工业制氧需要加压、降温的复杂工业条件，不适合实验室快速制备少量氧气，C错误。 2.实验室用高锰酸钾制取氧气的实验中，不需要使用的一组仪器是（ ） A．烧杯、玻璃棒 B．试管、集气瓶 C．酒精灯、铁架台 D．导管、单孔橡胶塞 【答案】A 【解析】高锰酸钾制氧为固体加热型实验，需要试管作为反应容器、酒精灯加热、铁架台夹持、集气瓶收集气体、导管和单孔橡胶塞导气，实验无溶解、搅拌操作，不需要烧杯和玻璃棒，故选A。 3.实验室用高锰酸钾制纯净氧气时，下列做法错误的是（ ） A．在试管口放一团棉花，防止高锰酸钾粉末进入导管 B．把试管口略向下倾斜固定在铁架台上 C．导管口开始有气泡放出时就立即收集，防止生成的气体跑掉 D．停止加热时，先把导管移出水面，再熄灭酒精灯 【答案】C 【解析】刚开始排出的气泡是装置内残留的空气，立即收集会导致氧气不纯，应待气泡连续均匀冒出时再收集，C错误；其余选项均为高锰酸钾制氧的正确操作规范。故选C。 4.以下是实验室用高锰酸钾制取氧气并用排水法收集的主要操作步骤：①将试管固定在铁架台上；②检查装置的气密性；③点燃酒精灯，先使试管受热均匀，然后对准试管中盛放试剂的部位加热；④将试剂装入试管，用带导管的单孔橡胶塞塞紧试管；⑤收集完毕，将导管从水槽中取出；⑥用排水法收集氧气；⑦熄灭酒精灯。请回答下列问题。 （1）该实验正确的操作顺序是 （填序号）。 （2）可以用排水法收集氧气，体现了氧气 的性质。 （3）验证一瓶无色气体是氧气的简单方法是 。 【答案】（1）②④①③⑥⑤⑦ （2）不易溶于水且不与水发生反应 （3）将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，证明该气体是氧气 【解析】（1）操作遵循“查、装、定、点、收、离、熄”的逻辑，先查气密性再装药品，结束先移导管后熄灯，因此顺序为②④①③⑥⑤⑦； （2） 排水法要求气体不溶于水、不与水反应，对应氧气的性质； （3）利用氧气的助燃性，用带火星木条检验。 教学反思 本节课以生活中氧气的用途切入，对比工业大规模制氧和实验室少量制氧的不同需求，逻辑符合学生认知规律。针对高锰酸钾制氧的复杂操作步骤，采用谐音记忆法降低记忆负担，结合易错例题强化操作注意事项，较好落实了实验探究的核心素养。但仍存在不足：部分学生对装置选择的逻辑理解不到位，未能将“反应物状态、反应条件”与发生装置建立关联，后续需增加装置辨析练习；课堂上学生动手参与环节较少，可在后续教学中增加模拟装置组装活动，加深学生对气体制取一般思路的理解，整体达成教学目标。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $