2.3制取氧气（第1课时）导学案--2026-2027学年九年级化学人教版上册

课题3 制取氧气（第一课时）导学案 人教版九年级化学上册 第二单元 空气和氧气 一、学习目标 通过本节课的学习，我们将达成以下四维核心素养目标： 化学观念：认识实验室制取氧气的主要方法和原理，初步建立通过化学变化制取新物质的物质转化观念，理解氧气的工业制法与实验室制法的本质区别。 科学思维：通过对实验装置的选择与对比分析，培养基于反应原理和物质性质选择实验方案的逻辑推理能力，学会从多角度评价实验方案的优劣。 科学探究：亲历加热高锰酸钾制取氧气的实验过程，掌握气体制取的基本操作规范，提升观察、记录和分析实验现象的探究能力。 科学态度与责任：在实验探究中养成严谨求实、规范操作的科学态度，增强实验安全意识，体会化学实验在物质制备中的重要价值。 二、学习重难点 学习重点：实验室制取氧气的反应原理、实验装置的选择依据以及实验操作的基本步骤。 学习难点：对催化剂和催化作用概念的理解，以及实验室制取气体时发生装置与收集装置的设计思路。 三、课前预习案 （请同学们阅读教材相关内容，完成下列填空题） 1. 在标准状况下，氧气是一种______色、______味的气体，密度比空气______，______溶于水。 2. 实验室制取氧气常用的药品有______、______和______（写出三种即可）。 3. 收集氧气可以采用______法，因为氧气不易溶于水；还可以采用______法，因为氧气的密度比空气略大。 4. 用向上排空气法收集氧气时，检验氧气是否集满的方法是：将带火星的木条放在______，若木条______，证明氧气已收集满。 5. 工业上制取氧气以空气为原料，先将空气加压降温变为液态，然后蒸发，由于液态氮的沸点比液态氧______（填“高”或“低”），______先蒸发出来，剩下的主要就是液态氧了。 四、课中探究案 探究点一：加热高锰酸钾制取氧气 【实验探究】观察教师演示加热高锰酸钾制取氧气的实验，思考并回答下列问题。 1. 认识实验药品：高锰酸钾是一种______色的固体小颗粒，它的外观特征我们可以通过观察直接获得。 2. 反应原理分析：加热高锰酸钾时，高锰酸钾会分解产生氧气，同时生成另外两种新物质。请思考：为什么要在试管口放一团棉花？棉花的作用是什么？如果不放棉花，可能会出现什么后果？ 答：在试管口放一团棉花的目的是防止加热时高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导管或者使收集到的气体带有颜色。如果不放棉花，加热时粉末状的高锰酸钾会随气流进入导管，不仅可能堵塞导管，还会让水槽中的水变成紫红色，影响实验观察。 3. 发生装置的选择：请仔细观察老师组装的发生装置，思考以下问题： （1）试管口为什么要略向下倾斜？如果试管口向上倾斜，会造成什么后果？ 答：试管口略向下倾斜是为了防止加热时药品中的湿存水受热变成水蒸气，在试管口冷凝成水滴后倒流回热的试管底部，使试管因骤然冷却而炸裂。如果试管口向上倾斜，冷凝水倒流会导致试管炸裂，这是实验安全的重要注意事项。 （2）伸入试管内的导管为什么不宜过长？导管伸入过长会有什么影响？ 答：伸入试管内的导管稍露出橡皮塞即可，不宜过长。如果导管伸入试管过长，不利于试管内的空气排尽，也不利于生成的氧气导出，会导致收集气体的时间变长，收集到的气体不纯。 （3）为什么用酒精灯的外焰加热？加热时为什么要先预热，再集中在药品部位加热？ 答：酒精灯的外焰温度最高，用外焰加热可以提高加热效率。加热时先预热是为了让试管均匀受热，防止试管因局部骤热而炸裂，然后再集中在药品部位加热，可以提高反应效率，节约能源。 4. 收集装置的选择： （1）排水法收集氧气时，为什么刚开始出现的气泡不宜立即收集？什么时候开始收集最合适？ 答：刚开始加热时，导管口冒出的气泡是试管内原有的空气，如果这时就收集，会导致收集到的氧气混有空气而不纯。当气泡连续并比较均匀地放出时，说明装置内的空气已经排尽，这时再开始收集，得到的氧气纯度较高。 （2）用排水法收集氧气时，怎样判断集气瓶已经收集满了？ 答：当集气瓶口有大气泡向外冒出时，说明瓶内的水已经排完，氧气已经收集满了。这时可以在水面下用玻璃片盖住瓶口，将集气瓶移出水面，正放在桌面上。 5. 实验结束时的操作顺序： 实验结束后，是先熄灭酒精灯，还是先把导管从水槽中移出？为什么？请说明理由。 答：实验结束时，要先把导管从水槽中移出，再熄灭酒精灯。如果先熄灭酒精灯，试管内温度降低，气体压强减小，水槽中的水会倒吸入热的试管，使试管因骤然冷却而炸裂。这是实验操作中非常重要的顺序，必须牢记。 6. 氧气的检验与验满： （1）怎样检验一瓶气体是不是氧气？ 答：将带火星的木条伸入集气瓶内，如果木条复燃，证明瓶内气体是氧气。利用氧气能支持燃烧的性质进行检验。 （2）用向上排空气法收集氧气时，怎样验满？ 答：将带火星的木条放在集气瓶口，如果木条复燃，证明氧气已经收集满了。注意验满时木条要放在瓶口，而不是伸入瓶内。 7. 综合思考：请按照正确的顺序排列加热高锰酸钾制取氧气的实验操作步骤（填序号）。 ①点燃酒精灯，加热试管 ②检查装置的气密性 ③将高锰酸钾装入试管，管口放一小团棉花，塞上带导管的单孔塞 ④用排水法收集氧气 ⑤熄灭酒精灯 ⑥将导管从水槽中取出 ⑦将试管固定在铁架台上 正确的操作顺序是：②③⑦①④⑥⑤。可以用谐音记忆为“查、装、定、点、收、离、熄”，方便同学们记忆。 探究点二：过氧化氢分解制取氧气与催化剂 【实验探究】分解过氧化氢制氧气的反应中二氧化锰的作用 实验1：在试管中加入约5毫升过氧化氢溶液，把带火星的木条伸入试管，观察现象。 现象：带火星的木条______（填“复燃”或“不复燃”），说明常温下过氧化氢分解放出氧气的速率很______（填“快”或“慢”）。 实验2：向上述试管中加入少量二氧化锰，把带火星的木条伸入试管，观察现象。 现象：溶液中产生大量______，带火星的木条______，说明加入二氧化锰后，过氧化氢分解产生氧气的速率大大______（填“加快”或“减慢”）。 实验3：待实验2的试管中没有现象发生时，重新加入过氧化氢溶液，把带火星的木条伸入试管，观察现象。 现象：试管中又产生大量______，带火星的木条又______。 思考与讨论： （1）在实验2中，二氧化锰能不能放出氧气？你的判断依据是什么？ 答：二氧化锰本身不能放出氧气。因为实验3中，在反应后的试管里重新加入过氧化氢溶液，仍然可以继续产生氧气，而且二氧化锰可以反复使用，说明二氧化锰在反应中没有被消耗，它不是反应物，也不是产生氧气的来源。 （2）二氧化锰在这个反应中起什么作用？它的特点是什么？ 答：二氧化锰在过氧化氢分解的反应中起催化作用。它的特点是：能够改变（通常是加快）其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化。这种物质叫做催化剂，工业上也叫触媒。 （3）关于催化剂，下列说法正确的有哪些？请判断正误并说明理由。 ①催化剂只能加快化学反应速率。（ ） ②催化剂在化学反应前后质量和性质都不变。（ ） ③没有催化剂，过氧化氢就不能分解产生氧气。（ ） ④催化剂可以改变化学反应速率。（ ） ⑤催化剂在化学反应前后质量和化学性质都不变。（ ） ⑥加入催化剂后，可以增加生成氧气的质量。（ ） 解析：①错误。催化剂能改变其他物质的化学反应速率，“改变”包括加快和减慢两种情况，不只是加快。 ②错误。催化剂在化学反应前后质量和化学性质都不变，物理性质可能改变，不能说“性质都不变”，因为性质包括物理性质和化学性质。 ③错误。没有二氧化锰作催化剂，过氧化氢在常温下也能缓慢分解产生氧气，只是速率很慢，催化剂只是加快了反应速率，并不决定反应能否发生。 ④正确。这是催化剂的基本特征之一。 ⑤正确。这是催化剂定义中的关键内容。 ⑥错误。催化剂只能改变反应速率，不能改变生成物的质量，生成氧气的质量由过氧化氢的质量决定。 （4）催化剂在化工生产中有重要作用，请你举出几个生活中或化工生产中应用催化剂的例子。 答：例如，在汽车尾气处理中，使用催化剂将有害气体转化为无害气体；在酿酒工业中，酒化酶作为催化剂将糖类转化为酒精；在合成氨工业中，使用铁触媒作催化剂提高合成氨的速率；生物技术中的各种酶也是生物催化剂，在人体内帮助完成各种生化反应。 探究点三：加热氯酸钾制取氧气 【资料卡片】实验室还可以利用加热氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气。氯酸钾是一种白色固体，二氧化锰是黑色固体，二者混合加热后，氯酸钾会分解产生氧气，同时生成另一种固体物质。在这个反应中，二氧化锰同样起到催化作用。 思考与讨论： 1. 加热氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气，发生装置应该选择与高锰酸钾制取氧气相同的装置还是不同的装置？为什么？ 答：发生装置基本相同。因为氯酸钾和二氧化锰都是固体，反应条件都需要加热，属于“固体加热型”的气体发生装置，所以可以使用相同的发生装置。不同之处在于，用高锰酸钾制取氧气时需要在试管口放一团棉花，而用氯酸钾和二氧化锰的混合物制取时不需要放棉花。 2. 比较三种制取氧气的方法： （1）从反应条件来看，过氧化氢制取氧气不需要加热，而高锰酸钾和氯酸钾制取氧气都需要加热，你认为哪种方法更节能、更安全？ 答：用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的方法更节能、更安全。因为它不需要加热，操作简便，节约能源，也避免了加热可能带来的安全隐患，符合绿色化学的理念。 （2）从操作简便程度来看，三种方法各有什么优缺点？ 答：过氧化氢分解法制取氧气的优点是不需要加热、操作简便、节能安全，缺点是反应速率不易控制；加热高锰酸钾法制取氧气的优点是反应速率适中，缺点是需要加热，且试管口要放棉花；加热氯酸钾和二氧化锰混合物法制取氧气的优点是制得的氧气较纯净，缺点是需要加热，操作相对复杂，且氯酸钾有一定的危险性。 3. 请从原料、反应条件、操作难易、安全环保等角度，综合评价实验室制取氧气的三种方法，你认为哪种方法最适合在实验室制取并收集较大量的氧气？说明你的理由。 答：综合来看，用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的方法最具有优势。首先，反应不需要加热，节约能源，操作安全；其次，装置简单，可以通过控制液体的滴加速率来控制反应速率；第三，产物是水和氧气，对环境无污染，符合绿色化学的要求。在实际实验室中，这种方法被广泛采用。 探究点四：分解反应 【概念归纳】观察实验室制取氧气的三个反应，它们有什么共同特征？ 1. 请从反应物和生成物的种类数角度，分析这三个反应的共同特点。 答：这三个反应的共同特点是：都是由一种物质反应生成两种或两种以上其他物质的反应。像这样，由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应，叫做分解反应。分解反应是化学反应的基本类型之一。 2. 分解反应与我们之前学习的化合反应有什么区别和联系？请完成下表。 对比项目 化合反应 分解反应 反应物种类 两种或两种以上 一种 生成物种类 一种 两种或两种以上 特征 多变一 一变多 3. 下列反应中，属于化合反应的有______，属于分解反应的有______（填序号）。 ①碳在氧气中燃烧生成二氧化碳 ②过氧化氢在二氧化锰催化下分解生成水和氧气 ③石蜡在空气中燃烧生成二氧化碳和水 ④氧化钙与水反应生成氢氧化钙 ⑤碳酸分解成二氧化碳和水 ⑥铁丝在氧气中燃烧生成四氧化三铁 解析：化合反应的特点是“多变一”，分解反应的特点是“一变多”。①是两种物质生成一种物质，属于化合反应；②是一种物质生成两种物质，属于分解反应；③是两种物质生成两种物质，既不是化合反应也不是分解反应；④是两种物质生成一种物质，属于化合反应；⑤是一种物质生成两种物质，属于分解反应；⑥是两种物质生成一种物质，属于化合反应。 答案：属于化合反应的有①④⑥，属于分解反应的有②⑤。 探究点五：实验室制取气体的一般思路和方法 【方法总结】通过学习氧气的实验室制法，我们可以总结出实验室制取气体的一般思路。 1. 选择反应原理：选择制取气体的反应时，需要考虑哪些因素？ 答：选择实验室制取气体的反应原理时，需要考虑以下因素：原料是否容易获得；反应条件是否容易达到；反应速率是否适中，便于控制；生成的气体是否便于收集；实验是否安全、环保；装置和操作是否简便等。 2. 选择气体发生装置： （1）选择发生装置时，需要考虑哪些因素？ 答：选择气体发生装置时，主要考虑两个因素：一是反应物的状态（是固体与固体反应、固体与液体反应，还是液体与液体反应）；二是反应的条件（是否需要加热、是否需要加催化剂等）。 （2）如果反应物是固体和液体，反应不需要加热，应该选择什么样的发生装置？ 答：应该选择“固液不加热型”发生装置。这种装置通常使用锥形瓶或大试管作为反应容器，用长颈漏斗或分液漏斗加入液体药品，不需要加热装置。过氧化氢和二氧化锰制取氧气就属于这种类型。 3. 选择气体收集装置： （1）选择收集装置时，需要考虑气体的哪些性质？ 答：选择气体收集装置时，主要考虑气体的密度与空气密度的相对大小关系，以及气体在水中的溶解性。另外还要考虑气体是否与空气中的成分反应、是否与水反应等。 （2）如果某气体既能用排水法收集，又能用向上排空气法收集，那么这种气体具有哪些性质？ 答：能用排水法收集，说明该气体不易溶于水，且不与水反应；能用向上排空气法收集，说明该气体的密度比空气大，且不与空气中的成分发生反应。 4. 综合实验题： 实验室常用下列装置来制取气体： （1）实验室用高锰酸钾制取氧气时，可选用的发生装置是______（填字母），收集装置可选用______或______。 （2）用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气时，可选用的发生装置是______，其中二氧化锰起______作用。 （3）用C装置收集氧气时，检验氧气是否集满的方法是______。 （4）若用排水法收集氧气，当观察到______时再开始收集，否则收集的氧气不纯。 （5）甲烷是一种无色、无味、密度比空气小、极难溶于水的气体。实验室用加热无水醋酸钠和碱石灰的固体混合物的方法制取甲烷。则实验室制取甲烷应选用的发生装置是______，收集装置是______或______。 解析：（1）高锰酸钾制取氧气需要加热，属于固体加热型，发生装置选A；氧气密度比空气大且不易溶于水，收集装置可选向上排空气法或排水法。 （2）过氧化氢和二氧化锰制取氧气不需要加热，属于固液不加热型，发生装置选B；二氧化锰在反应中起催化作用。 （3）向上排空气法验满时，将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，说明氧气已集满。 （4）用排水法收集时，要等到气泡连续均匀冒出时再收集，因为刚开始排出的是试管中的空气。 （5）制取甲烷需要加热固体混合物，发生装置选A；甲烷密度比空气小且极难溶于水，收集装置可用向下排空气法或排水法。 课堂小结 通过本节课的学习，我们知道了实验室制取氧气的三种主要方法：加热高锰酸钾、加热氯酸钾和二氧化锰的混合物、过氧化氢在二氧化锰催化下分解。我们理解了催化剂和催化作用的概念，认识了分解反应的特征，还总结出了实验室制取气体的一般思路和方法。化学是一门以实验为基础的科学，规范的实验操作和严谨的科学态度是我们学好化学的重要基础。 参考答案 一、课前预习案 1. 无；无；略大；不易 2. 高锰酸钾；氯酸钾和二氧化锰；过氧化氢溶液和二氧化锰（顺序可换） 3. 排水；向上排空气 4. 集气瓶口；复燃 5. 低；氮气（或氮气） 二、课中探究案 探究点一：加热高锰酸钾制取氧气 1. 暗紫（或紫黑） 2. 防止加热时高锰酸钾粉末进入导管；可能堵塞导管或使水槽中的水变色 3.（1）防止冷凝水倒流回热的试管底部，使试管炸裂；试管会炸裂 （2）不利于空气排尽和氧气导出；收集气体不纯且速率慢 （3）外焰温度最高；使试管均匀受热，防止炸裂 4.（1）刚开始排出的是空气；气泡连续均匀冒出时 （2）集气瓶口有大气泡向外冒出时 5. 先将导管移出水面，再熄灭酒精灯；防止水倒吸使试管炸裂 6.（1）将带火星的木条伸入瓶内，木条复燃则为氧气 （2）将带火星的木条放在瓶口，木条复燃则已集满 7. ②③⑦①④⑥⑤ 探究点二：过氧化氢分解制取氧气与催化剂 实验1：不复燃；慢 实验2：气泡；复燃；加快 实验3：气泡；复燃 （1）不能；二氧化锰可以反复使用，反应后化学性质和质量不变 （2）催化作用；改变反应速率，本身质量和化学性质不变 （3）①×；②×；③×；④√；⑤√；⑥× （4）汽车尾气催化转化、酶催化、合成氨工业催化剂等 探究点三：加热氯酸钾制取氧气 1. 基本相同；都是固体加热型反应；不同点是高锰酸钾需在管口放棉花 2.（1）过氧化氢法更节能安全，不需加热 （2）略（参见正文解析） 3. 过氧化氢法最优，节能、安全、环保、操作简便 探究点四：分解反应 1. 一变多；由一种物质生成两种或两种以上物质 2. 见表格 3. 化合反应：①④⑥；分解反应：②⑤ 探究点五：实验室制取气体的一般思路和方法 1. 原料易得、条件易达、速率适中、气体易收集、安全环保、操作简便 2.（1）反应物状态和反应条件 （2）固液不加热型装置（锥形瓶+长颈漏斗等） 3.（1）密度与空气的比较、溶解性、是否与水或空气反应 （2）不易溶于水且不与水反应；密度比空气大且不与空气反应 4.（1）A；C；E（或排水法和向上排空气法对应装置） （2）B；催化 （3）将带火星的木条放在集气瓶口，木条复燃则满 （4）气泡连续均匀冒出时 （5）A；向下排空气法装置；排水法装置 学科网（北京）股份有限公司 $