2.3 氧气的制备 第1课时（同步课件）化学新教材沪教版九年级上册

该初中化学课件聚焦氧气的制备，涵盖工业分离液态空气法及实验室过氧化氢分解等反应原理，通过生活用途提问导入，引导学生经交流讨论、实验探究构建从工业到实验室制氧的知识脉络。 其亮点在于以真实情境激发兴趣，通过对比实验培养证据推理的科学思维，实验探究强化科学探究与实践能力。分层研学与典例剖析助学生构建知识体系，教师可提升教学效率，学生能深化化学观念，树立安全实验意识。

沪教版九年级上册 第2章 空气与水资源 第3节 氧气的制备 第1课时 利用化学反应制备氧气 1 利用化学反应制备氧气 2 从空气中分离出氧气 1 学习内容导览 2 1.通过过氧化氢分解制取氧气的实验探究，认识实验室制取氧气的反应原理，知道催化剂的特点，能区分分解反应，初步掌握气体的检验与收集。 2.通过对比有无二氧化锰的实验现象，基于证据推理二氧化锰在反应中的作用，初步建立实验室制取气体的一般思路，构建证据推理思维模型。 3.感受化学实验在物质制备中的价值，树立规范操作、安全实验的意识，体会化学合成物质在生产生活中的意义。 重点：过氧化氢制氧气的反应原理；催化剂的概念；氧气的检验与收集方法；分解反应的判断。 难点：理解催化剂的内涵；初步形成实验室制取气体的一般思路。 素养锚定·课标定位 氧气在生活中非常重要 氧气在生活中有重要的用途，在医疗和工业等方面需要大量的氧气，这些氧气是如何获取的呢？ 医 疗 登山 气割 航空航天 情境导入·问题启思 从空气中分离出氧气 01 5 一、从空气中分离出氧气 问题一 如何将氧气从空气中分离出来？ 交流讨论 已知在 1.01×105Pa 时，氧气的沸点为 -183℃，氮气的沸点为 -196℃。请和同学讨论并设计从上述气体混合物中获取氧气的方案。 在低温条件下压缩空气使其液化，随后控制温度使沸点较低的液态氮先从液态空气中分离出来，剩下的就是沸点较高的液态氧。 分层研学·探理悟新 一、从空气中分离出氧气 问题一 如何将氧气从空气中分离出来？ 工业上一般采用分离液态空气的方法获得氧气。 空气 除尘 除二氧化碳和水蒸气 洁净空气 低温加压 液态空气 蒸发 氮气 液氧 沸点低（-196℃） 沸点较高（-183℃） 原理：利用氮气和氧气的沸点不同（物理变化） 分层研学·探理悟新 一、从空气中分离出氧气 问题二 你有什么制氧新方法吗？ 技术设计 空气是工业上制取氧气价廉易得的原料，但上述过程需消耗大量的能量，制得的氧气的储存和运输也不方便。随着科学技术的进步，工业制氧气的方法也有了新的发展。请你查阅资料并与同学交流，提出一种制取氧气的新思路、新工艺。 工业制氧气的新方法： 1.气体膜分离技术 2.分子筛制氧机 分层研学·探理悟新 一、从空气中分离出氧气 气体膜分离技术是利用不同种类的气体分子在通过特定薄膜时渗透速率不同的性质，从而达到分离的目的。渗透速率大的气体穿透薄膜而得到富集，渗透速率小的气体则被截留。使用膜分离制氧机时，空气透过特定薄膜，氧气和氮气在膜的两侧分别富集。 【拓展视野】气体膜分离技术 空气 压缩机 气水分离器 空气干燥 过滤装置 膜分离组件 氧气 其他气体 膜分离制氧的工作流程 分层研学·探理悟新 一、从空气中分离出氧气 分子筛是一种具有均匀微孔结构的材料，有很强的吸附能力，能把不同的分子分离开，起到“筛分”分子的作用，故称为分子筛。分子筛制氧机是利用分子筛特殊的吸附能力和解吸技术，加压时吸附空气中的氮气、二氧化碳气体，将未被吸收的氧气收集起来，经过净化处理后即成为高纯度的氧气；在减压条件下，分子筛将所吸附的氮气、二氧化碳气体排放回空气中，再加压又可继续吸附空气中的氮气、二氧化碳气体以获得氧气。 【拓展视野】分子筛 分层研学·探理悟新 一、从空气中分离出氧气 膜分离制氧设备 分子筛制氧机 新开发的制氧设备能耗低，无污染，装置简单，占用空间小，具有广泛的用途。 分层研学·探理悟新 一、从空气中分离出氧气 知识总结 分离液态空气法 气体膜分离技术 利用沸点不同，物理变化 不同种类的气体分子在通过特定薄膜时渗透速率不同的性质 分子筛制氧机 利用强吸附能力，把不同的分子分离开 从空气中分离出氧气 分层研学·探理悟新 【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 B 一、从空气中分离出氧气 典例剖析·逻辑释疑 一、从空气中分离出氧气 【变式1】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 D 典例剖析·逻辑释疑 利用化学反应制备氧气 02 15 二、利用化学反应制备氧气 问题三 哪些物质可以用于化学实验室制取氧气 在实验室中，可利用某些含有氧元素的物质在一定条件下发生化学反应来制备氧气。 【思考讨论】下列哪些物质有可能用来制备氧气？ 1.食盐（主要成分是NaCl） 2.高锰酸钾（KMnO4） 3.甲烷（CH4） 4.氯酸钾（KClO3） 5.过氧化氢（H2O2） 6.二氧化锰（MnO2） 7.水（H2O） 8.氨气（NH3） 9.二氧化碳（CO2） × √ √ √ √ √ √ × × 以上哪种药品更合适呢？ 分层研学·探理悟新 二、利用化学反应制备氧气 问题四 这些物质用于化学实验室制取氧气的反应原理是什么？ 一定条件 过氧化氢 　　　 水 ＋ 氧气 H2O2 O2 H2O 加热 高锰酸钾 　　　 锰酸钾 + 二氧化锰 + 氧气 KMnO4 MnO2 O2 K2MnO4 二氧化锰 加热 氯酸钾 　　　 氯化钾 + 氧气 KClO3 O2 KCl 双氧水是一种无色溶液，它的主要成分是过氧化氢，在一定条件下反应能生成水和氧气。 分层研学·探理悟新 二、利用化学反应制备氧气 问题五 实验室用双氧水制氧气时需要用到的仪器有哪些？ 一定条件 过氧化氢 　　　 水 ＋ 氧气 H2O2 O2 H2O 试管 集气瓶 铁架台 分层研学·探理悟新 二、利用化学反应制备氧气 问题六 实验室用双氧水制取氧气的装置？ 制 取 发生装置 收集装置 一定条件 过氧化氢 　　　 水 ＋ 氧气 试管 锥形瓶 排水法 向上排空气法 氧气不易溶于水，且不与水反应 氧气密度比空气大，且不与空气成分反应 分层研学·探理悟新 二、利用化学反应制备氧气 问题七 实验室用双氧水制氧气时二氧化锰的作用时什么？ 实验探究 过氧化氢制氧气 【操作步骤】 利用如图的实验装置，将少量的二氧化锰加入锥形瓶中，再将适量的双氧水（约 5% 的过氧化氢溶液）装入分液漏斗，将双氧水滴入锥形瓶中，观察实验现象；收集一瓶气体，将带火星的木条伸入集气瓶中，观察实验现象；待气体不再产生时，再滴加适量的双氧水至锥形瓶中，观察实验现象。 分层研学·探理悟新 二、利用化学反应制备氧气 问题七 实验室用双氧水制氧气时二氧化锰的作用时什么？ 实验名称 实验现象 实验分析 将双氧水滴入装有二氧化锰的锥形瓶中 将带火星的木条伸入集气瓶中 待气体不再产生时，再滴加适量的双氧水至锥形瓶中 实验探究 过氧化氢制氧气 产生大量气泡 带火星的木条复燃 产生大量气泡 过氧化氢在二氧化锰的作用下迅速分解产生氧气 氧气具有助燃性，能使带火星木条复燃 二氧化锰能继续加快过氧化氢分解的速率 检验氧气 分层研学·探理悟新 二、利用化学反应制备氧气 问题七 实验室用双氧水制氧气时二氧化锰的作用时什么？ 催化剂：在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身质量和化学性质在化学反应前后都没有发生变化的物质。 1.催化剂的特点———“一变”“二不变” ①“一变”：改变其他物质的化学反应速率 改变：可以是加快，也可以是减慢 但不能增大或减少生成物的质量 二氧化锰 过氧化氢 　　　 水 ＋ 氧气 分层研学·探理悟新 二、利用化学反应制备氧气 a.催化剂只是一个反应条件； b.催化剂不改变生成物的量； c.催化剂是针对具体的化学反应而言，不能单独的说某种物质是催化剂； d.同一个反应可以有多种催化剂。 ②“二不变”：自身的质量和化学性质不变 分层研学·探理悟新 二、利用化学反应制备氧气 问题七 实验室用双氧水制氧气时二氧化锰的作用时什么？ 催化剂在化学反应中所起的作用叫 催化作用。 2.催化作用 二氧化锰 过氧化氢 　　　 水 ＋ 氧气 反应中，二氧化锰既不是反应物也不是生成物，只是一种催化剂，应算作一个反应条件，所以二氧化锰写在箭头的上方。 MnO2只起加速H2O2分解的作用 分层研学·探理悟新 二、利用化学反应制备氧气 问题八 下列这几个反应有什么特征？ 二氧化锰 过氧化氢 　　　 水 ＋ 氧气 加热 碱式碳酸铜 　　　 水 ＋ 二氧化碳 + 氧化铜 加热 高锰酸钾 　　　 锰酸钾 + 二氧化锰 + 氧气 反应物只有一种 生成物有两种或两种以上 分解反应： 由一种物质生成两种或两种以上新物质的化学反应。 特征：一变多 分层研学·探理悟新 二、利用化学反应制备氧气 问题九 分解反应和化合反应有什么异同？ 反应类型 定义 特征 实例 化合反应 分解反应 由一种物质生成两种或两种以上新物质的化学反应 由两种或两种以上物质生成一种新物质的化学反应 多变一 一变多 碳+氧气 二氧化碳 点燃 过氧化氢 水 + 氧气 二氧化锰 相同点：都属于基本反应类型 分层研学·探理悟新 二、利用化学反应制备氧气 知识总结 利 用 化 学 反 应 制 备 氧 气 实验室制备氧气的药品 过氧化氢制氧气原理 过氧化氢，高锰酸钾，氯酸钾 催化剂 过氧化氢 水 +氧气 二氧化锰 一变两不变 分解反应 一变多 分层研学·探理悟新 二、利用化学反应制备氧气 【例2】大多数化工生产都有催化剂的参与，下列关于催化剂的说法正确的是（ ） A. 催化剂反应后质量减少 B. 催化剂反应后的化学性质改变 C. 催化剂可以改变化学反应速率 D. 反应前后，催化剂的物理性质不变 C 典例剖析·逻辑释疑 二、利用化学反应制备氧气 【变式2】实验室用过氧化氢分解制取氧气时，往往加入二氧化锰，以下说法正确的是（ ） A．如果不加入MnO2，过氧化氢就不会分解产生氧气 B．在过氧化氢分解反应中，MnO2加快了化学反应速率 C．加入MnO2后制取的氧气质量增大 D．MnO2只能做过氧化氢分解的催化剂 B 典例剖析·逻辑释疑 从空气中分离出氧气 利用化学反应制备氧气 利用化学反应制备氧气 工业制氧气 分离液态空气法 膜分离技术 分子筛制氧机 实验室制备氧气 氯酸钾 氯化钾+氧气 二氧化锰 加热 一变两不变 高锰酸钾 锰酸钾+二氧化锰+氧气 加热 过氧化氢 水 +氧气 二氧化锰 催化剂 分解反应 一变多 体系梳整·认知升华 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不正确的是（ ） A. 有新物质氧气生成 B. 利用了物质的沸点不同 C. 先收集到的氮气沸点较低 D. 得到的氮气或氧气中可能混有稀有气体 2.利用铁酸镍（NiFe2O4）可将航天员呼出的废气转化为航天员需要的气体。在此过程中铁酸镍的质量和化学性质都不发生变化，则铁酸镍是（ ） A. 反应物 B. 生成物 C. 催化剂 D. 杂质 A C 当堂诊学·成效校验 3．下列反应中，不属于分解反应也不属于化合反应的是 （ ） A.  B.  C.  D.  C 碳酸钙 氧化钙+二氧化碳 加热 碳 +氧气 二氧化碳 点燃 甲烷 +氧气 二氧化碳+水 点燃 过氧化氢 水 +氧气 二氧化锰 当堂诊学·成效校验 4．兴趣小组为了解调控化学反应的方法，进行了下列实验。 （1）实验一：在空气中点燃木炭，再伸入充满氧气的集气瓶中，木炭燃烧更剧烈，说明_______________会影响化学反应速率。 （2）实验二：图1木条不复燃，图3中的现象为__________，由此可知MnO2可加快H2O2分解的速率。若反应前后MnO2的______和化学性质不变，则MnO2是H2O2分解的催化剂。为寻找该反应的新催化剂，兴趣小组分别用5mL10%H2O2溶液和不同催化剂进行实验，数据如表。分析表中数据，催化效果最好的物质是______。 氧气的浓度 木条复燃 质量 土豆 实验编号 催化剂 收集气体体积 收集气体所用时间 ① 2g氧化铁 7.0mL 560s ② 2g土豆 7.0mL 180s ③ 2g生姜 5.1mL 180s 当堂诊学·成效校验 （3）调控化学反应的方法还有很多，下列事例中调控方法相同的是______(填序号)。 A. 食品在冰箱中保存不易变质 B. 燃煤发电时，把煤块粉碎 C. 汽车发动机把汽油喷成雾状进行燃烧 BC 当堂诊学·成效校验 感谢观看 更多练习见分层作业 沪教版九年级上册 35 $