第二单元实验活动1氧气的实验室制取与性质教学设计--2026-2027学年九年级化学人教版上册

实验活动1 氧气的实验室制取与性质 教学设计 人教版初中化学九年级上册 第二单元 空气和氧气 一、课标分析 本课依据《义务教育化学课程标准（2022年版）》“物质的性质与应用”学习主题要求设计。课程标准明确指出，学生应初步学习氧气的实验室制取方法，知道氧气的主要性质和用途，并能完成基础的学生实验。通过实验活动，引导学生认识化学实验是研究物质性质的重要手段，初步形成基于实验事实进行证据推理与模型认知的思维方式。课标强调科学探究与化学实验的核心地位，要求学生动手实践，在“做中学”，发展实验操作能力与科学探究素养，体会化学与生活、社会的紧密联系。 二、四维核心素养目标 化学观念：初步形成“物质可以通过化学变化制取”的物质转化观，认识氧气的组成与性质之间的内在联系。科学思维：通过实验方案的设计、比较与评价，发展分析、归纳与演绎的逻辑思维能力。科学探究：亲自动手完成氧气制取与性质验证实验，提升规范操作、细致观察与如实记录的探究能力。科学态度与责任：养成严谨求实、安全第一的实验态度，树立节约药品、保护环境的责任意识。 三、教学重难点 教学重点：实验室制取氧气的药品选择、发生装置与收集装置的依据，以及氧气主要性质的实验验证。教学难点：装置气密性检查的操作要领，实验操作顺序的理解与规范执行，对实验现象的准确描述与分析推理。 四、设计思路 本课采用项目式教学法，以“为社区急救站制取一瓶纯净氧气”为真实任务驱动，将零散的实验技能整合为完整的探究项目。按照“明确任务—设计方案—动手制取—验证性质—交流评价”的逻辑主线展开，让学生以小组合作的方式经历科学探究的全过程。教师不再是知识的灌输者，而是学习的引导者与安全守护者，在关键操作环节给予示范与提示。学生在解决真实问题的过程中，主动建构制取氧气的实验思路，深度理解装置选择与操作规范背后的道理，实现知识与技能的同步发展。 五、项目教学过程设计 （一）项目任务情境导入 教师播放一段社区医院急救场景的短视频片段，提问引导：在急救过程中，氧气是维持患者生命的重要支持。医院里使用的氧气瓶体积庞大、充装不便，如果急救站需要临时补充一小瓶氧气，我们能不能在实验室里自己动手制取？由此引出本节课的核心任务——以小组为单位，利用实验室现有的药品和仪器，制取一瓶纯净的氧气，并通过实验验证它的性质。 教师向学生明确项目成果要求：每组最终要交付两瓶收集好的氧气，一瓶用于性质验证实验，一瓶作为成果展示；同时完成一份实验记录单，记录实验中的关键操作、观察到的现象以及遇到的问题与解决办法。教师强调安全第一原则，告知学生实验中涉及加热操作和玻璃仪器，必须严格按照规范进行，听从教师指导，不得擅自更改实验步骤。 学生围绕任务展开初步讨论：制取氧气需要哪些药品？需要用到哪些仪器？如何知道收集到的气体就是氧气？教师不急于给出答案，而是将这些问题作为后续探究的线索，引导学生带着问题进入方案设计环节。通过真实情境的创设，学生的学习动机被充分激发，从“要我做实验”转变为“我要做实验”，为后续的深度探究奠定情感基础。 （二）任务一：制取方案的设计与讨论 活动1：药品选择与原理梳理。教师提供实验室中可用于制取氧气的两类药品信息：一类是暗紫色的高锰酸钾固体，另一类是无色的过氧化氢溶液，其中过氧化氢溶液在加入二氧化锰粉末后能够较快地放出氧气。学生阅读教材相关内容，结合教师提供的药品卡片，讨论：这两种方法各自需要什么反应条件？反应物的状态有什么不同？ 学生分组讨论后汇报：高锰酸钾制取氧气需要加热，反应物是固体；过氧化氢溶液制取氧气不需要加热，常温下加入二氧化锰即可反应，反应物是液体和固体。教师引导学生归纳：根据反应物的状态和反应是否需要加热，可以选择不同的气体发生装置。这一设计让学生理解装置选择不是凭空而来，而是由反应原理决定的，渗透“结构决定性质、性质决定用途”的化学思想。 活动2：发生装置的对比选择。教师展示两套发生装置示意图：一套是试管口略向下倾斜、搭配酒精灯加热的固体加热型装置；另一套是锥形瓶搭配长颈漏斗、不需要加热的固液常温型装置。学生结合刚才讨论的两种制取方法，将药品与对应的发生装置进行连线匹配。 教师追问：为什么加热固体时试管口要略向下倾斜？如果试管口向上会有什么后果？学生结合生活经验（如加热潮湿物品时水珠倒流）进行推理，逐步理解：加热时药品中的湿存水变成水蒸气，在试管口冷凝成水珠，如果试管口向上倾斜，冷水珠倒流回热的试管底部，会导致试管骤冷而炸裂。这一追问将操作规范背后的原理讲透，学生不仅知其然，更知其所以然。 活动3：收集装置的选择依据。教师提供氧气的物理性质信息：氧气不易溶于水，密度比空气略大。学生根据这两条信息，思考可以用什么方法收集氧气。教师展示排水集气法和向上排空气法两套收集装置，学生讨论各自的优缺点。 通过讨论学生得出结论：排水法收集的气体更纯净，但气体比较湿润；向上排空气法收集的气体干燥，但纯度相对低一些，需要验满。教师进一步引导：如果我们需要一瓶较纯净的氧气做性质实验，应该选哪种收集方法？学生一致选择排水法。这一环节培养了学生根据气体性质选择收集方法的实验设计能力，让学生体会到性质决定收集方法的逻辑关系。 （三）任务二：实验前的准备与装置检查 活动1：仪器识别与组装。每组学生对照实验仪器清单，逐一清点桌上的仪器：大试管、带导管的单孔橡胶塞、铁架台（带铁夹）、酒精灯、集气瓶、水槽、玻璃片、药匙、棉花团等。学生先不着急组装，而是根据刚才设计的方案，在脑海中“预演”一遍组装顺序。 教师示范组装顺序：从下到上、从左到右。先根据酒精灯的高度确定铁夹的位置，再将试管固定在铁架台上，然后连接发生装置和收集装置。学生模仿教师的动作进行组装，教师巡视指导，纠正铁夹夹的位置（应夹在试管中上部，离管口约三分之一处）和试管口的朝向。 活动2：装置气密性检查。教师演示并讲解气密性检查的方法：将导管的一端浸入水中，用手紧握试管外壁，如果导管口有气泡冒出，松开手后导管内形成一段稳定的水柱，说明装置气密性良好。学生分组操作，每个人都亲手体验手的温度传递给试管内空气、空气受热膨胀从导管口逸出的过程。 教师追问：为什么手握试管就能检查气密性？如果装置漏气，会出现什么现象？学生结合气体热胀冷缩的原理解释：手的热量使试管内空气受热膨胀，气体从导管口逸出产生气泡；如果装置漏气，气体就会从缝隙中跑掉，导管口看不到气泡。通过这一解释，学生将物理知识与化学实验操作融会贯通。 活动3：药品的取用与铺垫。教师示范取用高锰酸钾的操作：用药匙将药品送入试管底部，然后竖立试管，使药品全部落到底部。教师提醒学生，药品要平铺在试管底部，而不是堆积在一处，这样可以增大受热面积，使反应更充分。 特别强调：用高锰酸钾制取氧气时，要在试管口放一团棉花。教师提问：这团棉花起什么作用？学生思考后回答：防止加热时高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导管。教师补充：如果粉末进入导管，不仅会堵塞气流，还可能让收集到的氧气呈现紫红色，影响后续性质实验的观察效果。 （四）任务三：动手制取氧气 活动1：加热与收集操作。教师示范加热操作：先使酒精灯火焰在试管下方来回移动，让试管均匀受热，然后再对准药品所在部位集中加热。学生理解这一步的目的——防止试管因局部骤热而炸裂。 关于收集时机，教师特别强调：刚开始加热时冒出的气泡不要立即收集。学生疑惑地问为什么。教师引导：刚开始排出的是试管和导管里原有的空气，如果这时候就收集，得到的氧气会混有空气而不纯。要等到导管口的气泡连续并比较均匀地冒出时，再把导管口伸入盛满水的集气瓶里开始收集。学生在操作中仔细观察气泡的变化，体会“连续均匀”的含义。 活动2：验满与存放。用排水法收集氧气时，如何判断集气瓶已经收集满了？学生观察集气瓶口：当有大气泡从集气瓶口向外冒出时，说明瓶内的水已经排完，氧气已经收集满了。这时，在水面下用玻璃片盖住瓶口，小心地把集气瓶移出水槽，正放在桌面上。 教师追问：为什么收集好的氧气要正放在桌面上？学生结合氧气密度比空气大的性质回答：氧气比空气重，正放可以减少氧气从瓶口逸散。教师点头肯定：这就是性质决定存放方式的又一个例子。 活动3：实验结束的操作顺序。这是本节课最关键的操作细节之一。教师先不告诉学生怎么做，而是提出问题：实验完成后，是应该先熄灭酒精灯，还是先把导管从水槽中移出来？学生分组讨论，出现两种意见。教师不直接评判，而是引导学生推理：如果先熄灭酒精灯，试管内气体温度降低，压强减小，水槽里的水会在大气压的作用下沿导管倒吸入热的试管，热的试管遇到冷水会怎么样？学生恍然大悟：试管会炸裂！ 由此学生得出结论：实验结束时，必须先把导管移出水面，然后再熄灭酒精灯。这一“先移后熄”的顺序成为学生印象最深的操作要领之一。教师用“颠倒顺序就会出事故”的强化提醒，帮助学生牢固记住这一安全要点。 （五）任务四：氧气性质的验证实验 活动1：木炭在氧气中燃烧。学生用坩埚钳夹取一小块木炭，先在空气中加热到发红，然后由瓶口向下缓慢伸入盛有氧气的集气瓶中。学生观察到：木炭在空气中只是红热，在氧气中剧烈燃烧，发出白光，放出大量的热。燃烧停止后，取出坩埚钳，向集气瓶中加入少量澄清石灰水，振荡，观察到澄清石灰水变浑浊。 教师引导学生思考：澄清石灰水变浑浊说明生成了什么物质？学生回忆之前学过的知识，知道这是二氧化碳的特征反应。教师追问：为什么木炭在氧气中燃烧比在空气中更剧烈？学生结合氧气浓度的差异解释：空气中氧气只占约五分之一，纯氧中氧气浓度高，燃烧自然更剧烈。通过对比，学生深刻理解了反应物浓度对反应剧烈程度的影响。 活动2：铁丝在氧气中燃烧。这是现象最精彩的一个实验。学生取一根细铁丝，打磨掉表面的油漆或锈迹，绕成螺旋状，一端系在一根火柴上。点燃火柴，待火柴快燃尽时，将铁丝由上而下缓慢伸入盛有氧气的集气瓶中。 学生观察到：铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成一种黑色固体。教师特别提醒：实验前集气瓶底部要预先留少量水（或铺一层细沙）。为什么？学生讨论后得出：铁丝燃烧时溅落的熔融物温度很高，如果直接落到瓶底，会使集气瓶受热不均而炸裂。瓶底的水或细沙可以起到隔热保护的作用。 教师进一步引导对比：铁丝在空气中能燃烧吗？学生根据生活经验回答不能，只能红热。教师追问：为什么在空气中不能燃烧，在氧气中却能剧烈燃烧？学生再次从氧气浓度的角度解释，深化对氧气助燃性的认识。这一实验将“氧气浓度影响反应剧烈程度”的结论推向极致，给学生留下深刻印象。 活动3：蜡烛在氧气中燃烧。学生将一段蜡烛固定在燃烧匙内，点燃后伸入盛有氧气的集气瓶中。观察到：蜡烛在氧气中燃烧比在空气中更旺，发出白光，放出热量。燃烧后，迅速向集气瓶中倒入少量澄清石灰水，振荡，石灰水变浑浊。 教师引导学生对比三个燃烧实验的异同：木炭、铁丝、蜡烛在氧气中燃烧都比在空气中更剧烈，说明氧气具有支持燃烧的性质；但不同物质燃烧的现象各不相同——木炭发白光，铁丝火星四射，蜡烛发白光且瓶壁有水雾。教师引导学生归纳：氧气是一种化学性质比较活泼的气体，在氧化反应中提供氧，具有氧化性。 （六）任务五：交流展示与评价反思 活动1：实验成果展示与汇报。各组将收集好的氧气放在讲台上展示，派代表汇报本组的实验过程：我们组用的是哪种制取方法？实验顺利吗？观察到了哪些现象？有没有遇到什么问题？ 有的小组汇报：我们用高锰酸钾制取时，水槽里的水变成了浅紫红色。其他小组纷纷好奇。教师引导全班一起分析原因：为什么水槽里的水会变红？学生回顾操作细节，发现问题出在试管口没有放棉花，高锰酸钾粉末顺着导管进入了水槽。通过这个“反面案例”，全体学生都更深刻地记住了棉花团的作用。 活动2：失败原因分析与改进讨论。有的小组汇报：我们组做铁丝燃烧实验时，铁丝没有燃烧起来。大家一起帮忙找原因：是氧气不纯？铁丝表面有锈？火柴伸早了（火柴燃烧消耗了太多氧气）？还是伸入太快太快？学生纷纷献计献策，逐一排查可能的原因。 教师引导学生总结成功的关键要点：铁丝要细、要打磨干净、绕成螺旋状增大受热面积、火柴快燃尽时再伸入、由上而下缓慢伸入让铁丝与氧气充分反应。通过对失败案例的深入分析，学生不仅理解了操作要领，更学会了用科学的方法排查实验问题，这比单纯记住成功步骤更有价值。 活动3：安全与环保总结。师生共同回顾本节课的安全注意事项：加热前要预热、试管口略向下倾斜、实验结束先移导管再熄灯、热的试管不要用冷水冲洗、不要把鼻孔凑到容器口闻气体。同时讨论环保问题：实验后的废液废渣要倒入指定容器，不能随意丢弃；高锰酸钾残液要集中处理，避免污染水体。 最后，教师回到项目导入的情境：今天我们成功地在实验室里制取了氧气，完成了为急救站补充氧气的任务。通过今天的学习，大家不仅学会了制取氧气的方法，更重要的是经历了一次完整的科学探究过程——从设计方案到动手操作，从观察现象到分析推理，这就是化学家研究物质的基本方式。鼓励学生在课后思考：工业上大规模制取氧气和实验室制取氧气有什么不同？为下一节课的学习埋下伏笔。 六、板书设计 实验活动1 氧气的实验室制取与性质 一、药品与原理 方法一：高锰酸钾（加热） 方法二：过氧化氢溶液 + 二氧化锰（常温） 二、装置选择 发生装置：固体加热型 / 固液常温型 收集装置：排水法（纯净） / 向上排空气法（干燥） 三、操作步骤（加热高锰酸钾法） 查（气密性）→ 装（药品）→ 定（固定试管）→ 点（加热）→ 收（收集）→ 离（移导管）→ 熄（熄灯） 四、性质验证 木炭：发白光，石灰水变浑浊 铁丝：火星四射，生成黑色固体 蜡烛：发白光，瓶壁有水雾，石灰水变浑浊 五、注意事项 试管口略向下倾斜 / 管口放棉花 气泡连续均匀再收集 / 先移导管后熄灯 铁丝燃烧瓶底留水或细沙 学科网（北京）股份有限公司 $