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教学设计-2026-2027学年九年级化学鲁教版上册

鲁教版九年级化学上册 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》教学设计 一、基本信息 教材版本：鲁教版九年级化学上册 实践主题：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 课时：2 课时（第 1 课时：认识绿色化学、梳理三种制氧原理；第 2 课时：定量计算原子利用率、多维评价、方案优化） 课型：跨学科项目探究课（融合化学、环境科学、数学计算、工程评价） 二、教材分析 本跨学科实践安排在第五单元《定量研究化学反应》质量守恒、化学方程式、化学计算之后，将定量计算、原子守恒、绿色化学融合，是对氧气制取知识的升华。 核心主线：认识绿色化学理念→梳理实验室三种制氧反应原理→定量计算原子利用率→多维度对比评估方案→筛选符合绿色化学的制氧方案。 化学核心知识：三个制氧化学方程式、质量守恒、原子利用率计算； 跨学科融合：环境科学（污染预防、废弃物处理）、数学（定量比例计算）、工程评价（能耗、安全、原料成本）。 落实绿色化学、可持续发展观念，让学生不再只关注 “能不能制出氧气”，而是综合评估方案是否节能、低污染、原子利用率高，建立化学方案优选思维21世纪教...。 三、学情分析 学生基础：已经掌握三种实验室制氧原理，会书写方程式、能做简单化学方程式计算，理解质量守恒定律、原子在化学反应前后不变。 认知难点： 不理解原子利用率的含义，不清楚绿色化学核心是从源头减少污染，而不是污染后再治理； 只会单独看反应，不会多维度综合评价实验方案（能耗、安全、废弃物、原料）； 定量计算原子利用率容易算错； 容易混淆：绿色化学不只是 “无污染”，还要兼顾节约能源、原料高效利用。 通过小组计算、对比表格、证据推理，突破难点。 四、核心素养目标 化学观念 ① 巩固三种实验室制取氧气的反应原理；理解化学反应原子守恒，认识原子利用率含义。 ② 知道绿色化学的核心：预防污染，提高原子利用率，减少废弃物。 科学思维 能结合化学方程式进行定量计算；基于证据，从原料、条件、产物、能耗、废弃物多角度对比评价制氧方案，形成方案优选模型。 科学探究与实践 小组合作完成原子利用率计算；完成方案评价量表，基于绿色化学原则选出最优制氧方案；能提出实验改进思路。 科学态度与责任 树立绿色化学、低碳环保理念；认识化学实验、化工生产要兼顾效率、安全与环境，建立可持续发展意识。 五、教学重难点 第 1 课时 重点：绿色化学核心内涵；书写三种制氧反应方程式，梳理反应条件、产物特点。 难点：理解原子利用率概念，区分 “末端治理污染” 和绿色化学 “源头防污染”。 第 2 课时 重点：原子利用率计算；多维度对比评价三套制氧方案，选出绿色最优方案。 难点：综合多个指标权衡，辩证评价方案优缺点，提出优化措施。 六、教学准备 教师：PPT（绿色化工情境、三种制氧反应、原子利用率计算公式、评价量表）；三种制氧装置图片；任务单、小组评价表。 学生：草稿纸、计算器，提前复习氧气制取方程式。 第 1 课时 绿色化学理念与制氧原理梳理（45min） （一）情境导入（5min） 【教师活动】展示化工污染与绿色化工对比图片，提问：过去处理污染是 “产生污染物再处理”，绿色化学思路完全不同。 提出驱动任务：实验室有三种制取氧气的方法，请用绿色化学理念，探究哪一套原理更适合实验室制取氧气。板书课题：基于绿色化学探究实验室制氧气的原理。 【学生活动】思考：评价一个化学反应好不好，除了能得到目标产物，还要考虑哪些因素。 （二）任务一：认识绿色化学（12min） 绿色化学（环境友好化学）核心：从源头减少或杜绝污染物产生，而不是产生污染后再处理。 基本原则（简化，初中掌握）： 原子经济性：尽量让反应物原子全部转化为目标产物，减少副产物、废弃物； 反应条件温和，减少加热、高压，节约能源； 原料安全低毒； 副产物少，废弃物易处理。 原子利用率：衡量原子经济性指标，原子利用率越高，原料原子更多进入目标产品，废弃物越少。 （三）任务二：回顾梳理三种制氧原理（22min） 小组活动，书写三个反应方程式，标注反应物、条件、生成物： 过氧化氢（二氧化锰催化） 药品：过氧化氢溶液、二氧化锰；条件：常温，催化剂；产物：水、氧气。 加热高锰酸钾 药品：高锰酸钾固体；条件：加热；产物：锰酸钾、二氧化锰、氧气。 加热氯酸钾（二氧化锰催化） 药品：氯酸钾、二氧化锰；条件：加热；产物：氯化钾、氧气。 小组讨论初步定性对比： 过氧化氢：常温不用加热，节能；产物水无污染；二氧化锰可回收； 高锰酸钾、氯酸钾：都需要酒精灯加热，消耗能源；反应后有固体副产物，需要处理。 （四）课堂巩固（4min） 判断：绿色化学就是产生污染物之后再进行净化处理（×，源头预防污染） （五）课堂小结（1min） 绿色化学源头防污染；三个制氧反应；定性初步判断过氧化氢方案更环保。下节课定量计算原子利用率，完整评估。 （六）作业布置（1min） 预习原子利用率公式；提前算出三个反应的相对分子质量总和。 第 2 课时 定量计算、多维评价与方案优选（45min） （一）复习导入（4min） 提问：绿色化学核心是什么？写出三个制氧方程式。 过渡：定性看到过氧化氢方案更环保，现在用原子利用率定量计算，用数据支撑评价。 （二）任务一：小组计算原子利用率（16min） 目标产物：氧气。小组分工计算三套反应原子利用率。 👉结论：过氧化氢制氧原子利用率最高，副产物水无毒；高锰酸钾原子利用率最低，废弃物最多。 （三）任务二：多维综合评价（16min） 小组汇报结论：实验室制取氧气，从绿色化学角度优先选择过氧化氢分解。 拓展思考：有没有不足？过氧化氢溶液有腐蚀性，高浓度反应过快，需要控制滴加速率。 改进方案：选用低浓度过氧化氢，用分液漏斗控制滴加，实现可控、绿色。 （四）任务三：拓展迁移（5min） 思考：工业制备物质，选择方案除绿色化学，还要考虑哪些因素？（原料成本、反应速率、设备、产量） （五）课堂小结（2min） 原子利用率定量评估；多维评价三套制氧原理；过氧化氢制氧最符合绿色化学理念；绿色化学兼顾安全、节能、源头减废。 （六）作业布置（1min） 完成实践报告，写出探究结论；整理三种制氧方案优缺点。 七、板书设计 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 一、）绿色化学核心 源头预防污染；原子经济性，提高原子利用率 原子利用率 =（目标产物相对质量 ÷ 反应物总相对质量）×100% 二、）三个制氧反应 1. 常温，产物水，环保 2. 加热，废弃物多 3. 加热，有安全隐患 三、）综合结论 过氧化氢分解制氧气，原子利用率高、常温节能、副产物无污染，最符合绿色化学理念 八、教学反思（课后填写） 原子利用率计算是难点，部分学生容易找错目标产物，要强调目标产物是氧气，不是全部生成物。 区分：原子利用率高≠没有副产物，过氧化氢副产物是水，无毒，所以综合评价最优。 安全要点：氯酸钾强氧化性，不能和可燃物混合，课堂要强调安全风险。 跨学科重点：不只是化学方程式计算，重在建立多角度权衡方案的评价思维，落实绿色化学观念。 可组织辩论：不同场景下方案选择，比如需要大量干燥氧气，高锰酸钾虽然废弃物多，但收集的气体干燥，体会选择方案要综合权衡。 九、备用思考题 绿色化学为什么优先选过氧化氢制氧气？ 答：常温反应，节约能源；生成物是水和氧气，无有毒污染物；二氧化锰可以回收；原子利用率相对更高。 原子利用率是不是越高越好？为什么？ 答：越高越好，更多反应物原子转化为目标产品，减少废弃物，降低污染。 学科网（北京）股份有限公司 $