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

该初中化学导学案以“实验室制氧气原理与绿色化学探究”为核心，围绕化学观念、科学思维等核心素养设计学习目标，通过课前预习案夯实基础与课中探究案递进任务，构建从原理梳理到绿色评价的完整学习路径。 亮点在于跨学科实践设计，融合化学方程式书写、数学定量计算（如原子利用率）与环境科学分析，通过“多维度对比制氧方案绿色性”任务培养科学思维与探究能力，为教师提供实验资源与评价工具，助力学生深化绿色化学认知与综合能力发展。

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，本次实践活动要求学生掌握实验室三种制氧气的反应原理，理解绿色化学源头治污、原子经济的核心内涵。学会运用定量计算、对比分析的跨学科方法，评价不同制氧方案的环保性与经济性。立足实验探究实践，树立绿色低碳化学理念，养成规范、节约、无污染的实验操作习惯，提升解决真实化学问题的综合能力。 学习目标 化学观念：认识制氧反应的物质转化规律，理解原子利用率与绿色反应的关联。 科学思维：通过对比实验、定量计算，推理不同制氧方法的优劣，构建绿色化学评价思维。 科学探究与实践：独立完成实验探究、数据计算与方案分析，提升跨学科实践能力。 科学态度与责任：树立节能环保理念，践行绿色实验准则，增强化学服务生态环境的社会责任。 重难点 教学重点：掌握过氧化氢、高锰酸钾、氯酸钾制氧气的反应原理，熟记化学方程式，理解绿色化学核心原则，熟练掌握原子利用率计算方法，能从原料、能耗、产物三方面评价制氧方案。 教学难点：融合化学、数学、环境知识跨学科分析实验，精准辨析不同制氧方法的绿色性差异，学会结合实际场景优化实验方案，建立定量评价绿色化学的思维模型。 资源与 建议 本次教学依托鲁教版九年级上册新教材内容，配套资源包含实验室制氧全套实验器材、三种制氧反应的微观动画视频、原子利用率计算微课、绿色化学科普资料、实验对比记录表。同时可借助多媒体课件展示工业制氧与实验室制氧的环保差异，结合数学定量计算知识完成数据分析。学习建议：课前预习制氧反应原理与绿色化学基础概念，梳理实验操作要点；课中以小组合作形式开展对比探究，规范记录实验现象与数据；课后结合生活实际，思考绿色化学在实验、生产中的应用，深化跨学科融合认知，杜绝机械记忆，注重探究思维培养。 学习过程 （一）课前预习案 【预习目标】1. 回顾教材实验室制取氧气的三种方法，熟记反应原理、反应物状态、反应条件；2. 初步认知绿色化学的基本概念，了解原子经济性的简单含义；3. 预习分解反应的定义，能区分常见的分解反应；4. 提前梳理三种制氧实验的优缺点，为课中绿色评价探究奠定基础。 【预习基础填空】 1. 实验室制取氧气的三种常用药品分别是__________、__________、__________。 2. 过氧化氢制取氧气的反应条件是__________，二氧化锰在反应中作__________，其作用是__________，反应前后本身的__________和__________不变。 3. 高锰酸钾制取氧气的反应条件是__________，反应后生成的固体产物有锰酸钾和__________，该实验需要在试管口放一团棉花，目的是__________。 4. 氯酸钾制取氧气的反应条件是__________，二氧化锰同样作为催化剂，该反应的反应物状态为__________。 5. 分解反应的定义：由__________种物质生成__________或__________其他物质的反应，其基本特征是__________。 6. 绿色化学又称环境友好化学，其核心是__________，杜绝污染物的产生，从源头保护生态环境。绿色化学的重要评价指标是原子利用率，原子利用率越高，反应的废弃物越__________，环保性越__________。 【预习思考题】 1. 对比三种实验室制氧气的方法，从是否需要加热、原料是否易得、操作是否简便三个角度，初步梳理各自的优势与不足。 2. 结合生活常识思考，加热实验会消耗能源、可能产生废气废渣，结合绿色化学理念，猜测哪种制氧方法最符合绿色环保要求，并说明简单理由。 3. 查阅教材相关内容，简单写出原子利用率的计算公式，尝试理解公式中各参数的含义。 【预习小结】通过课前预习，我已经掌握了实验室制氧气的__________，初步了解了__________的基本理念，暂时存在的疑问是__________。 （二）课中探究案 【课堂导入】氧气是初中化学核心制备气体，实验室多种制氧方法各有特点。传统学习仅关注实验操作和产物制取，而本次跨学科实践活动，将结合绿色化学理念，融合数学定量计算、环境科学知识，从环保、节能、高效、经济多个维度，科学探究三种制氧原理的优劣，学会用跨学科思维评价化学实验与化学反应。 探究任务一：梳理三种制氧反应原理，夯实基础认知 结合鲁教版新教材内容，完成下表，精准掌握三种制氧反应的核心信息，区分反应差异，为后续绿色评价做铺垫。 1. 书写完整化学方程式： （1）过氧化氢分解制氧气：________________________________________ （2）高锰酸钾分解制氧气：________________________________________ （3）氯酸钾分解制氧气：________________________________________ 2. 完成制氧反应对比表格 制氧方法 反应物状态 反应条件 生成物种类 是否需要加热 是否产生废渣 过氧化氢制氧 高锰酸钾制氧 氯酸钾制氧 3. 思考辨析：三种制氧反应均属于分解反应吗？请结合分解反应定义逐一说明理由。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 探究任务二：深度学习绿色化学核心内涵与评价指标 结合教材跨学科实践内容，明确绿色化学的核心要求：绿色化学摒弃“先污染后治理”的模式，核心是从化学反应源头减少、消除污染物产生，兼顾节能、低碳、高效、无污染。核心评价指标为原子利用率，原子利用率越高，参与生成目标产物的原子越多，废弃物越少，反应绿色性越强。 1. 熟记原子利用率计算公式：原子利用率=（目标产物相对分子质量总和÷反应物相对分子质量总和）×100% 2. 小组合作：结合化学方程式，分别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） （1）过氧化氢分解制氧原子利用率计算过程： ________________________________________________________________________ （2）高锰酸钾分解制氧原子利用率计算过程： ________________________________________________________________________ （3）氯酸钾分解制氧原子利用率计算过程： ________________________________________________________________________ 3. 数据分析：对比三组原子利用率数据，说一说哪种反应原子利用率最高，哪种最低，由此可以得出什么初步结论？ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 探究任务三：多维度对比探究制氧方法的绿色性（核心探究） 单一的原子利用率无法完全评价反应的绿色性，需结合能耗、操作安全、污染物排放、原料成本、实验便捷性五个维度综合分析，完成深度探究。 1. 能耗维度分析：高锰酸钾、氯酸钾制氧均需要酒精灯加热，需要消耗化学能源，加热过程易造成能源浪费；过氧化氢制氧常温即可反应，无需加热，零能耗，符合低碳节能的绿色理念。请结合该特点，简述加热制氧的弊端。 ________________________________________________________________________ 2. 污染物与废渣维度分析：高锰酸钾分解生成锰酸钾、二氧化锰两种固体废渣，随意丢弃会造成固体废弃物污染；氯酸钾分解生成氯化钾固体废渣；过氧化氢分解产物只有水和氧气，无任何废渣、废气。分析废渣对实验室环境的影响。 ________________________________________________________________________ 3. 安全与操作维度分析：加热固体药品易出现试管炸裂、药品飞溅等安全隐患，操作步骤繁琐；过氧化氢制氧装置简单、操作便捷、无高温风险，安全性更高。结合实验操作经验，梳理三种实验的安全注意事项差异。 ________________________________________________________________________ 4. 原料与成本维度分析：过氧化氢溶液廉价易得、无毒无害；高锰酸钾、氯酸钾价格偏高，且具有一定腐蚀性，储存要求更高。结合生活与实验室场景，分析哪种原料更适合常态化实验。 ________________________________________________________________________ 5. 综合评价总结：结合以上所有维度，完整对比三种实验室制氧气方法的绿色性，完成综合评价表。 制氧方法 能耗高低 污染程度 操作难度 安全系数 绿色等级（优/良/一般） 过氧化氢制氧 高锰酸钾制氧 氯酸钾制氧 探究任务四：拓展思考，深化跨学科绿色化学理念 1. 结合本次探究结果，说明实验室制取氧气优先选用过氧化氢分解法的核心原因，贴合绿色化学理念作答。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 2. 生活、工业生产中处处蕴含绿色化学理念，请举例说明除化学实验外，绿色化学在生产、生活中的应用。 ________________________________________________________________________ 3. 作为中学生，结合本次实验探究，说一说今后进行化学实验时，如何践行绿色化学、低碳环保的实验准则？ ________________________________________________________________________ 课堂总结与反思 1. 本节课我掌握的核心知识：________________________________________ 2. 本节课学会的探究方法：________________________________________ 3. 仍存在的疑惑：________________________________________ 板书设计 参考答案 （一）课前预习案答案 【预习基础填空】 1. 过氧化氢溶液、高锰酸钾、氯酸钾 2. 二氧化锰催化；催化剂；加快反应速率；质量；化学性质 3. 加热；二氧化锰；防止高锰酸钾粉末进入导管 4. 加热、二氧化锰催化；固体 5. 一；两种；两种以上；一变多 6. 从源头消除污染；少；好 【预习思考题】 1. 过氧化氢制氧：无需加热、操作简单，原料易得；高锰酸钾、氯酸钾制氧需要加热，操作繁琐，存在安全隐患。 2. 过氧化氢制氧最环保，常温反应无能耗，产物只有水和氧气，无污染物排放。 3. 原子利用率=（目标产物相对分子质量总和÷反应物相对分子质量总和）×100% 【探究任务二】 2. 原子利用率计算 （1）过氧化氢制氧：反应物总相对分子质量=2×34=68；目标产物O₂相对分子质量=32；原子利用率=32÷68×100%≈47.06% （2）高锰酸钾制氧：反应物总相对分子质量=2×158=316；目标产物O₂=32；原子利用率=32÷316×100%≈10.13% （3）氯酸钾制氧：反应物总相对分子质量=2×122.5=245；目标产物3O₂=96；原子利用率=96÷245×100%≈39.18% 3. 数据分析：过氧化氢分解反应原子利用率最高，高锰酸钾最低；说明常温下过氧化氢制氧原子经济性更好，废弃物更少，绿色性更强。 【探究任务三】 1. 加热需要消耗酒精燃料，造成能源浪费，同时高温操作增加实验风险，不符合绿色节能理念。 2. 固体废渣随意丢弃会污染实验台面、土壤和水源，增加实验废弃物处理成本，破坏实验环境，不符合绿色化学源头治污要求。 3. 加热制氧需要预热、控温、防炸裂，步骤繁琐，高温易引发安全事故；过氧化氢制氧无需加热，装置简单、操作便捷，安全风险极低。 4. 过氧化氢溶液无毒、廉价、易获取、易储存，适合实验室常态化制取氧气；高锰酸钾、氯酸钾成本高、有腐蚀性，储存和使用要求更高。 5. 综合评价表 过氧化氢制氧：低、无污染、简单、高、优 高锰酸钾制氧：高、轻度污染、复杂、较低、一般 氯酸钾制氧：高、轻度污染、较复杂、较低、良 【探究任务四】 1. 过氧化氢制氧常温反应、无需耗能，原子利用率高，无废渣废气污染，操作简单安全、原料廉价无毒，完全契合绿色化学节能、环保、高效的核心要求，是实验室最优制氧方案。 2. 工业脱硫技术、无磷洗涤剂的推广、新能源替代化石燃料、可降解塑料的使用等。 3. 节约药品、规范操作、减少废弃物产生；不随意丢弃实验废渣废液；优先选择低能耗、无污染的实验方案；实验结束规范处理剩余药品和废液等。 ( 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 $