第五单元跨学科实践活动3 基于绿色化学探究实验室制氧气的原理导学案--2026-2027学年九年级化学鲁教版上册

该初中化学导学案围绕实验室制氧气原理展开跨学科实践，引导学生掌握三种制氧反应原理，结合绿色化学理念从原料、能耗等维度评价反应。通过课前预习案回顾旧知疑点，衔接绿色化学基础概念，为课中深度探究筑牢学习支架。 资料特色在于跨学科融合数学计算原子利用率、环境科学分析污染能耗，通过实验对比和小组合作培养科学探究与实践能力。习题设计兼顾基础巩固与思维探究，助力学生运用证据推理和辩证分析提升科学思维，树立绿色化学理念与科学态度。

初中化学“导·学·练”课堂导学案 年级 九年级 科目 化学 周次 设计者 序号 班级 主题与课时 跨学科实践活动3 基于绿色化学探究实验室制氧气的原理 课型 新授 审核人 学校审核 姓名 课标要求 依据义务教育化学新课标要求，本次实践活动立足氧气实验室制取核心知识，引导学生掌握三种制氧反应原理，理解绿色化学源头治污、节约资源、低毒无害的核心内涵。学会运用原子利用率、污染程度、能耗等指标对比分析化学反应，融合数学计算、环境科学知识开展跨学科探究，树立绿色化学理念与可持续发展意识，提升科学探究与实践创新能力。 学习目标 化学观念：认识三种制氧反应的本质，理解化学反应可从原料、能耗、产物多角度评价，建立绿色化学反应认知。 科学思维：通过对比计算、数据分析，推理不同制氧方法的优劣，形成证据推理与辩证思维。 科学探究与实践：自主完成制氧实验对比、原子利用率计算，提升跨学科探究与合作能力。 科学态度与责任：树立环保节约意识，养成绿色实验习惯，践行化学服务生态发展的社会责任。 重难点 教学重点：掌握实验室三种制氧的反应原理，理解绿色化学核心原则，熟练运用原子利用率、污染、能耗等指标评价制氧反应。 教学难点：跨学科融合分析化学反应的绿色性，精准计算原子利用率，辩证对比不同制氧方法的优缺点，结合实际实验场景选择最优绿色制氧方案，将绿色化学理念转化为实验实践行为。 资源与 建议 教学资源：鲁教版九年级上册新教材、实验室制氧全套实验器材、高锰酸钾、氯酸钾、过氧化氢溶液、二氧化锰等药品；绿色化学科普视频、原子利用率计算数据表、三种制氧实验对比图谱、工业绿色化工案例素材；多媒体课件、课堂练习题库、小组探究任务单。 学习建议：课前预习制氧反应原理与绿色化学基础概念，梳理旧知疑点；课中以小组合作形式开展实验探究与数据计算，主动对比分析、交流质疑；课后结合生活化工案例深化认知。注重数学计算与化学实验的跨学科结合，规范实验操作，坚守绿色实验原则，及时记录实验数据与探究结论。 学习过程 （一）课前预习案 本次课前预习案立足新教材基础知识，衔接跨学科实践核心内容，帮助学生梳理实验室制氧旧知，初步认知绿色化学理念，为课中深度探究筑牢基础，所有习题均贴合课标要求，兼顾基础巩固与思维铺垫。 【预习目标】 1. 熟练回顾实验室制取氧气的三种方法，准确书写文字表达式与化学方程式，明确反应条件、药品状态。 2. 初步了解绿色化学的定义、核心原则，知晓原子利用率的基本含义。 3. 简单梳理三种制氧方法的基础差异，自主思考实验过程中的污染、能耗问题。 【预习基础填空题】 1. 实验室制取氧气的三种常用方法分别是__________、__________、__________。 2. 过氧化氢分解制氧气的反应条件是__________，催化剂为__________，反应的生成物是__________和__________。 3. 高锰酸钾加热分解制氧气，反应条件是__________，生成物为锰酸钾、__________和氧气，该反应属于__________反应。 4. 氯酸钾制氧气需要的反应条件是__________、__________，相较于过氧化氢制氧，该反应需要消耗__________。 5. 绿色化学的核心是__________，核心目标是减少或消除__________，实现资源节约、环境友好。 6. 原子利用率的计算公式为：原子利用率=__________×100%，原子利用率越高，反应的绿色性越__________。 【预习选择题】 1. 下列关于过氧化氢制氧气的说法，错误的是（ ） A. 反应在常温下进行，无需加热 B. 产物无污染，符合绿色化学理念 C. 二氧化锰参与反应，反应后质量减少 D. 操作简便，实验安全系数高 2. 加热高锰酸钾制氧气的实验弊端是（ ） A. 反应速率过快 B. 产生固体废渣，易造成粉尘污染 C. 原料不易获取 D. 产物含有有毒气体 3. 绿色化学理念不包括下列哪一项（ ） A. 源头减少污染 B. 提高原子利用率 C. 高能耗生产 D. 废弃物循环利用 【预习简答题】 1. 简要对比三种实验室制氧方法的反应条件差异，说说哪种方法操作最简便？ 2. 结合生活常识，简单说说化学实验中造成污染的常见原因有哪些？ 【预习思考探究题】 阅读新教材跨学科实践活动相关内容，自主思考：传统实验室制氧实验只关注能否制取氧气，为什么现在需要引入绿色化学理念评价实验？三种制氧方法中，你初步判断哪种方法最符合绿色化学要求，请说明简单理由。 预习总结反思：通过本次预习，我掌握的知识有__________；存在的疑问有__________。 （二）课中探究案 课中探究案以学生为主体，围绕绿色化学核心，结合跨学科知识，通过分层探究、实验实操、数据计算、对比分析、合作研讨等环节，层层突破重难点，落实四维核心素养，贴合新教材跨学科实践教学要求。 【课堂探究目标】 1. 精准掌握三种制氧反应的原理，熟练计算不同反应的原子利用率。 2. 从原料、能耗、产物、污染、操作五个维度，系统评价三种制氧方法的绿色性。 3. 融合数学计算、环境科学知识，完成跨学科探究，树立绿色实验思维。 4. 能够自主筛选最优绿色制氧方案，规范实验操作，养成环保实验习惯。 【探究活动一：温故知新，夯实反应原理】 结合课前预习内容，独立完成下列表格，完善三种实验室制氧方法的核心信息，小组内核对答案，纠正易错点。 制氧方法 药品状态 反应条件 文字表达式 化学方程式 反应类型 过氧化氢分解制氧 高锰酸钾加热制氧 氯酸钾加热制氧 小组研讨问题1：对比三种反应的反应条件，分析加热型反应与常温催化反应的能耗差异，思考能耗高低对实验绿色性的影响。 【探究活动二：新知建构，解读绿色化学】 结合教材内容与教师讲解，完成下列习题，深度理解绿色化学核心内涵与评价指标。 1. 填空：绿色化学又称__________，核心原则包括源头防污染、__________、__________、低能耗、废弃物可循环利用。 2. 简答：什么是原子利用率？提高化学反应原子利用率的意义是什么？ 3. 判断正误： （1）绿色化学就是实验结束后清理干净实验台面即可。（ ） （2）原子利用率越高，反应产生的废弃物越少，绿色性越好。（ ） （3）只要产物无污染，该反应就完全符合绿色化学要求。（ ） 小组研讨问题2：结合化学实验实际，说说绿色化学与传统化学实验理念的最大区别是什么？ 【探究活动三：跨学科计算，分析原子利用率】 结合数学计算知识，根据原子利用率公式，分组计算三种制氧反应的原子利用率（相对原子质量：H-1，O-16，K-39，Mn-55，Cl-35.5），完成数据统计与分析。 原子利用率公式：原子利用率 = 目标产物（氧气）相对分子质量总和 ÷ 所有生成物相对分子质量总和 × 100% 1. 计算过氧化氢分解制氧气的原子利用率 计算过程：__________ 原子利用率：__________ 2. 计算高锰酸钾加热分解制氧气的原子利用率 计算过程：__________ 原子利用率：__________ 3. 计算氯酸钾加热分解制氧气的原子利用率 计算过程：__________ 原子利用率：__________ 数据分析研讨：对比三组原子利用率数据，哪种反应原子利用率最高？结合数据说明该反应的资源利用优势。 【探究活动四：实验实操，多维评价制氧反应】 小组分组完成三种制氧微型实验，规范操作，观察实验现象，记录实验细节，从原料安全性、反应能耗、产物污染、操作难度、反应速率五个维度完成综合评价。 实验注意事项：严格遵守绿色实验要求，节约药品、减少废弃物产生，加热实验规范操作，防止粉尘污染，实验废液废渣分类回收。 1. 实验现象记录： （1）过氧化氢分解实验：常温下加入二氧化锰后，__________，无废渣、无异味。 （2）高锰酸钾加热实验：加热后产生氧气，试管内壁出现水珠，反应后残留__________固体废渣，易产生粉尘。 （3）氯酸钾加热实验：加热后缓慢产生氧气，反应后有固体残留，加热能耗较高。 2. 多维综合评价表（完成填空） 评价维度 过氧化氢制氧 高锰酸钾制氧 氯酸钾制氧 原料安全性 无毒、安全 有腐蚀性，粉尘有害 易燃易爆，安全性低 能耗高低 __________ 高（需持续加热） 高（需持续加热） 产物污染性 无污染 有固体废渣、粉尘污染 有固体废渣污染 操作难度 简单、易操作 复杂、步骤多 复杂、控温难度大 原子利用率 __________ 低 较低 深度探究问题：结合实验现象与评价数据，综合判断实验室制取氧气的最优绿色方案是什么？请完整说明选择理由，同时另外两种方案的不足之处有哪些？ 【探究活动五：拓展延伸，践行绿色化学】 结合本次实践探究内容，完成拓展思考题，实现知识迁移，树立可持续发展理念。 1. 实验室开展制氧实验时，除了选择最优反应原理，还可以通过哪些操作践行绿色化学理念？（至少答3点） 2. 工业制取氧气与实验室制氧的绿色优化思路是否一致？简要说明生活、生产中绿色化学的应用价值。 【课堂总结与素养提升】 通过本节课跨学科探究，我们突破了传统化学实验只关注实验结果的局限，融合数学计算、环境科学知识，从绿色化学全新视角重新认知实验室制氧原理。不仅巩固了核心化学知识，掌握了原子利用率计算、化学反应绿色评价方法，更树立了源头减排、节约资源的绿色实验理念。在今后的化学学习与实验中，需始终践行绿色、安全、环保的实验准则，学会用辩证、科学的思维评价化学反应，提升跨学科实践与创新能力。 课堂自我反思：本节课我掌握的核心技能是__________；仍需改进的地方是__________。 板书设计 跨学科实践3 基于绿色化学探究实验室制氧气的原理 一、三大制氧反应原理 1. 过氧化氢：常温催化、产物水+氧气、分解反应 2. 高锰酸钾：加热、多产物、有废渣 3. 氯酸钾：加热+催化、高能耗、有废渣 二、绿色化学核心 源头防污染、低能耗、高原子利用率、环境友好 三、原子利用率计算 公式：目标产物质量/总生成物质量×100% 优劣：过氧化氢＞氯酸钾＞高锰酸钾 四、最优绿色方案 过氧化氢分解制氧：低能耗、无污染、高利用率、操作简便 五、跨学科素养：化学+数学+环境科学，践行绿色实验 参考答案 （一）课前预习案答案 【预习基础填空题】 1. 过氧化氢分解制氧气、高锰酸钾加热分解制氧气、氯酸钾加热分解制氧气 2. 常温、二氧化锰、水、氧气 3. 加热、二氧化锰、分解 4. 加热、二氧化锰催化、能源 5. 从源头减少和消除污染、废弃物产生 6. 目标产物相对分子质量总和/所有生成物相对分子质量总和、好 【预习选择题】 1. C 2. B 3. C 【预习简答题】 1. 差异：过氧化氢制氧常温反应，无需加热；高锰酸钾、氯酸钾制氧均需要加热。操作最简便的是过氧化氢分解制氧气，无需加热，装置简单、操作安全。 2. 药品过量取用、实验废液随意倾倒、固体废渣随意丢弃、加热实验产生粉尘、实验尾气未处理等。 【预习思考探究题】 传统实验仅关注能否制取目标物质，忽视实验过程中的能耗、污染、资源浪费问题，不符合可持续发展理念。初步判断过氧化氢分解制氧最环保，该反应常温进行、无需加热耗能，产物只有水和氧气，无污染物产生，原料安全无毒。 （二）课中探究案答案 【探究活动一 表格答案】 【探究活动二 答案】 1. 环境友好化学、提高原子利用率、节约资源 2. 原子利用率是指化学反应中目标产物相对分子质量总和占所有生成物相对分子质量总和的百分比。意义：提高原子利用率可减少废弃物产生，节约原料资源，降低环境污染，提升反应绿色性。 3. 正误判断：（1）× （2）√ （3）× 小组研讨问题2答案：传统化学实验只注重实验现象、实验结果与产物获取，忽视实验过程的能耗、污染、资源浪费；绿色化学立足源头，全程兼顾安全、环保、节能、高效，追求零污染、高利用率，实现实验与环境协调发展。 【探究活动三 计算答案】 1. 过氧化氢制氧：总生成物相对分子质量=2×18+32=68；氧气相对分子质量=32；原子利用率=32÷68×100%≈47.1% 2. 高锰酸钾制氧：总生成物相对分子质量=197+87+32=316；氧气相对分子质量=32；原子利用率=32÷316×100%≈10.1% 3. 氯酸钾制氧：总生成物相对分子质量=2×74.5+3×32=245；氧气相对分子质量=96；原子利用率=96÷245×100%≈39.2% 数据分析研讨答案：过氧化氢分解制氧原子利用率最高。该反应原料中的原子更多转化为目标产物氧气，资源利用率高，废弃物少，能够最大程度节约药品资源，减少废弃物排放。 【探究活动四 答案】 1. 实验现象记录：（1）快速产生大量气泡 （2）黑色、墨绿色 2. 多维评价表填空：能耗高低（低）、原子利用率（最高） 深度探究问题答案：最优方案为过氧化氢分解制氧气。理由：常温反应、无能耗，原料安全无毒，产物只有水和氧气、零污染，原子利用率最高，操作简单安全，符合绿色化学所有核心要求。不足之处：高锰酸钾制氧能耗高、有废渣粉尘污染、原子利用率低；氯酸钾制氧原料安全性差、能耗高、存在固体废弃物，绿色性较差。 【探究活动五 拓展答案】 1. 节约药品，按需取用；实验废液、废渣分类回收处理；微型化实验操作，减少原料消耗；实验结束及时整理器材、熄灭热源；循环利用催化剂二氧化锰等。 2. 基本思路一致，均追求低能耗、高利用率、低污染。绿色化学可优化化工生产与实验流程，减少环境污染，节约自然资源，助力生态环境保护，实现化学学科的可持续发展价值。 ( 1 / 3 ) 目标领航 任务驱动 评价镶嵌 赢在课堂 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $