沪教版九年级化学基础实验1 氧气的实验室制取与性质（教学设计教案）

基础实验1氧气的实验室制取与性质一、知识目标1.学习组装加热高锰酸钾制取氧气的实验装置，制取和收集氧气；2.通过木炭、蜡烛、铁丝分别在氧气中燃烧的实验，认识氧气的性质。二、核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：通过观察木炭、蜡烛、铁丝在氧气中燃烧的宏观现象，辨识氧气支持燃烧的化学性质；从微观角度分析燃烧本质，理解氧气在氧化反应中的作用机制，建立“性质决定用途”的认知。2.证据推理与模型认知：依据高锰酸钾制氧实验装置的组装逻辑，推理操作背后的科学原理（防冷凝水倒流、排水法收集条件）；基于不同物质在氧气中燃烧的产物证据，构建“组成-性质-变化”的认知模型，解释氧气用途差异。3.科学探究与创新意识：通过自主设计并完成加热高锰酸钾制氧、氧气性质验证实验，掌握气体制备与性质探究的标准化流程；尝试优化实验方案，培养控制变量思维与实验安全创新意识（如防炸裂措施）。一、教学重点1.理解高锰酸钾制取氧气的文字表达式，以及根据反应物的状态和反应条件选择合适的发生装置；2.准确观察并描述木炭、铁丝、蜡烛等物质在氧气中燃烧的现象，掌握氧气的助燃性和氧化性等化学性质。二、教学难点1.根据具体的反应原理和实验要求选择合适的仪器并正确组装成实验装置；2.氧气制取实验中的注意事项及实验误差分析。本实验作为初中化学启蒙阶段的核心实验，承载着培养学生基础实验技能与科学思维的双重使命。从学科体系看，它构建了物质制备与性质研究的初始认知框架：高锰酸钾制氧实验以分解反应为原理载体，通过装置组装（气密性检查、试管倾角控制、棉花防堵设计等）传递“条件控制-安全操作-证据收集”的技术模型，将抽象反应原理转化为可操作的实证过程。氧气性质实验则通过木炭、蜡烛、铁丝三类典型物质的燃烧现象，建立“宏观现象-产物推断-性质归纳”的认知链条——木炭燃烧的石灰水浑浊验证CO₂生成、蜡烛燃烧的水珠凝结暗示含氢元素、铁丝火星四射指向Fe₃O₄形成，共同锚定氧气助燃性与氧化性本质，为后续学习燃烧条件、氧化反应等概念奠定经验基础。教材编排凸显“实践-理论”深度融合的设计思想。问题讨论环节将操作规范升华为化学原理认知：气密性检查隐含密闭体系思想，试管口下倾指向冷凝水倒吸的物性规律，排水集气时机选择揭示气体溶解度的实际应用，而铁丝燃烧瓶底预留水层则巧妙渗透反应条件控制（防炸裂）与产物收集（固熔体）的学科思维。这种设计使技能训练超越步骤模仿，引导学生从微观视角（如棉花防高锰酸钾颗粒堵塞导管的粉末扩散原理）和能量视角（如先移导管后熄灯的气压平衡机制）理解实验操作的科学性。实验内容精准对应《义务教育化学课程标准》“科学探究”主题的能力要求。氧气制取全过程（装配-加热-收集-撤离）贯穿“方案设计-变量控制-异常处理”的探究要素，性质验证实验通过对比不同物质在氧气中的反应差异，培养学生从现象证据（如石灰水变浑、瓶壁液滴、黑色固体生成）推理物质组成的逻辑能力。尤其铁丝燃烧实验对预留物的讨论，以及制氧过程中棉花替代方案的思考，为创新意识培养提供了开放空间，实现了"基础操作规范化"与"科学思维进阶化"的有机统一。作为初中化学首个系统性气体制备实验，其装置模型（固体加热型）和方法论（排水集气法）将成为后续二氧化碳制取等实验的认知锚点，体现了教材在知识结构化上的递进设计。学生在进行本实验前已初步接触化学变化的概念，但对物质制备的系统性操作仍显陌生。他们能通过生活经验模糊感知氧气的存在（如呼吸、燃烧），却难以建立“性质-结构-制法”的学科逻辑链条。实验操作中，学生易因缺乏空间想象能力而忽略装置细节——例如理解试管口略向下倾斜的防倒吸原理时，常与“方便加药品”等生活化直觉混淆；进行排水集气操作时，对“连续均匀气泡才收集”的时机把握易受急躁情绪影响，需强化气体溶解度与气压变化的关联认知。在性质验证环节，学生能观察到木炭燃烧放热、石灰水变浑浊等宏观现象，但将现象归因于二氧化碳生成存在逻辑断层，部分学生甚至误将瓶壁水珠归为“氧气中的水分”。铁丝燃烧实验的难点在于理解预留水层的双重作用：多数学生仅记忆“防炸裂”结论，却难以联系反应放热导致瓶内气压骤变的微观过程；而对燃烧产物Fe₃O₄的推断，更暴露出从“黑色固体”到“新物质生成”的证据推理能力薄弱。问题讨论中涉及的“棉花防堵”原理，学生易陷入机械记忆，需结合高锰酸钾粉末受热气流的物理扩散现象进行具象化解释。值得注意的是，学生首次接触完整的气体制备流程，易割裂制取与性质实验的关联性。例如制氧后直接进行燃烧实验时，常忽略氧气纯度对现象的影响（如铁丝燃烧需高浓度氧气），或将不同实验的注意事项孤立记忆。这要求教师引导学生发现操作间的内在逻辑——如用棉花阻挡粉末的原理与预留水层控制反应条件的思维同属“实验条件控制”方法论。此外，学生创新意识多停留在替代材料的选择（如细沙代替水），需通过催化剂对比等拓展设计深化控制变量思维。总体而言，本实验是学生构建化学实证思维的关键转折点，需在规范操作训练中渗透“现象-证据-结论”的科学思维框架，同时利用氧气在医疗、工业等真实情境促进知识迁移。教学环节一新课导入【提问】同学们，当我们登山到高海拔地区时，常会携带便携式氧气瓶。为什么人体需要补充氧气？氧气在自然界中如何存在？实验室里能否“制造”氧气呢？【学生回答】氧气支持呼吸/植物光合作用产生氧气/医院用氧气急救...【讲解】没错！氧气占空气体积的21%，是生命活动的基础。今天我们将化身“氧气工程师”，用高锰酸钾在实验室制取氧气，并通过实验揭秘它的神奇性质——看普通木炭、铁丝如何在纯氧中绽放绚烂火光！设计意图1.关联生活经验：以登山供氧、医疗急救等真实场景切入，唤醒学生对氧气功能的认知，消除学科距离感。2.激发探究欲望：用“工程师”角色代入和“绚烂火光”的现象预告，引发学生对实验的期待。教学环节二实验探究活动一：氧气的制取【学生实验】组装气体发生装置（试管、单孔橡皮塞、导管等），将导管一端浸入水中，用手紧握试管。【提问】大家观察到什么现象？这个现象说明什么？【学生回答】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。【讲解】气密性检查是实验成功的关键，若装置漏气，会导致氧气收集不到或收集不纯。【学生实验】用药匙取少量高锰酸钾粉末，平铺于试管底部，在试管口放一小团棉花，按图示组装装置（铁架台固定试管，试管口略向下倾斜）。【提问】为什么要在试管口放一团棉花？试管口为什么要略向下倾斜？【学生回答】棉花可能是防止粉末进入导管；试管口向下倾斜可能是防止水倒流。【讲解】高锰酸钾粉末受热易飞溅，棉花可防止其堵塞导管；试管口略向下倾斜，是为了避免加热时产生的冷凝水倒流炸裂试管。【学生实验】先均匀加热试管，再集中加热底部，当导管口有连续均匀气泡冒出时，用排水法收集三瓶氧气（其中一瓶留少量水）。【提问】为什么要等连续均匀气泡冒出时再收集？收集时留少量水有什么用？【学生回答】刚开始的气泡可能是装置内的空气；留水可能和后续实验有关。【讲解】初始气泡是装置内的空气，此时收集会导致氧气不纯；留少量水是为后续铁丝燃烧实验做准备，防止高温熔融物炸裂瓶底。【学生实验】收集完毕后，先将导管移出水面，再熄灭酒精灯。【提问】如果先熄灭酒精灯再移导管，会发生什么？【学生回答】可能会导致水倒吸进试管，使试管炸裂。【讲解】正确操作可避免试管内温度骤降、压强减小导致的倒吸，这是实验安全的重要注意事项。【板书】加热高锰酸钾制取氧气的文字表达式：高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气设计意图1.强化操作规范：通过分步演示和针对性提问，让学生理解每个操作的原理，从“知其然”到“知其所以然”。2.培养观察能力：引导学生关注实验现象（气泡、水柱等），建立“现象—结论”的推理关系。3.渗透安全意识：强调操作注意事项（如棉花作用、结束操作顺序），培养规范实验的习惯。活动二：氧气的性质【引入】我们已经制得了氧气，接下来通过三组对比实验，探究氧气的性质。【学生实验】分别在空气中和氧气中点燃木炭，观察现象；向氧气中燃烧后的集气瓶内倒入澄清石灰水，振荡。【提问】木炭在空气和氧气中燃烧的现象有什么不同？澄清石灰水有什么变化？【学生回答】空气中发红放热，氧气中剧烈燃烧、发白光；石灰水变浑浊。【讲解】氧气浓度越高，燃烧越剧烈；木炭燃烧生成二氧化碳（使石灰水变浑浊），文字表达式：碳+氧气二氧化碳。【学生实验】分别在空气和氧气中点燃蜡烛，观察现象；在氧气中燃烧的蜡烛上方罩干燥烧杯。【提问】蜡烛在氧气中燃烧更剧烈，烧杯内壁有什么现象？说明生成了什么物质？【学生回答】烧杯内壁有小水珠；说明生成了水。【讲解】蜡烛燃烧生成二氧化碳和水，进一步证明氧气支持燃烧，文字表达式：石蜡+氧气二氧化碳+水。【学生实验】将细铁丝绕成螺旋状，系上火柴，点燃后伸入留有少量水的氧气瓶中。【提问】铁丝在空气中和氧气中燃烧的现象有何不同？生成的黑色固体是什么？【学生回答】空气中红热不燃烧，氧气中剧烈燃烧、火星四射，生成黑色固体；可能是四氧化三铁。【讲解】铁丝在纯氧中能燃烧，生成四氧化三铁，文字表达式：铁+氧气四氧化三铁；留少量水可防止高温熔融物溅落炸裂瓶底。设计意图1.建立性质认知：通过对比实验（空气与氧气中燃烧），直观感受氧气的助燃性，理解“氧气浓度影响燃烧剧烈程度”。2.关联反应本质：通过文字表达式，初步建立“物质燃烧是与氧气反应”的认知，为后续化学方程式学习铺垫。教学环节三问题讨论【提问】结合刚才的实验，我们一起来解决这几个问题：1.制取氧气前，为什么要检查实验装置的气密性？2.加热高锰酸钾制取氧气时，为什么试管口要略向下倾斜？为什么要在试管口放置一团棉花？3.用排水法收集氧气时，导管口刚有气泡冒出，是否要立即开始收集气体？为什么？当氧气收集完毕后，为什么必须先将导管移出水面再熄灭酒精灯？4.进行铁丝燃烧实验，为什么要预先在集气瓶内留有少量水？【学生回答】（分组讨论后，每组选代表回答，教师补充完善）1.防止制取氧气时因装置漏气而收集不到氧气或收集得比较慢。2.试管口略向下倾斜：防止冷凝水倒流使试管炸裂。试管口放一团棉花：防止高锰酸钾粉末进入导管造成堵塞或污染水槽。3.刚有气泡冒出时不要收集：一开始冒的是装置内的空气先将导管移出水面再熄灭酒精灯：防止因试管内压强减小而产生倒吸现象。4.防止反应产生的高温熔融物溅落瓶底，避免集气瓶炸裂。设计意图1.巩固核心知识：通过集中讨论，梳理实验中的关键操作和原理，强化记忆与理解。2.培养合作思维：分组讨论促进学生交流，让不同层次的学生都能参与，深化对实验细节的认知。基础实验1氧气的实验室制取与性质氧气的制取1.步骤：查（气密性）→装（高锰酸钾+试管口棉花）→收（连续气泡时，排水法）→离（先移导管后灭灯）关键注意：试管口略向下倾斜（防炸裂）试管口放棉花（防堵导管）2.原理：高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气氧气的性质1.燃烧现象与产物：木炭：剧烈燃烧、发白光→生成二氧化碳蜡烛：剧烈燃烧、发白光、有水珠→生成二氧化碳和水铁丝：剧烈燃烧、火星四射→生成四氧化三铁（集气瓶留水防炸裂）2.核心性质：助燃性（氧气浓度越高，燃烧越剧烈）1.（2025·广东·中考真题）下列关于的制取、验满及性质实验操作错误的是（）A．制备 B．收集 C．验满 D．助燃性2.（2025·四川成都·中考真题）高锰酸钾制取氧气的实验如图，下列操作符合安全规范的是（）A．连接仪器——将试管抵住实验台，用力塞紧胶塞B．加热试管——先预热，再对准试剂所在部位加热C．结束实验——熄灭酒精灯后，将导管移出水面D．整理复位——加热后的试管，立即用冷水清洗3.（2024·福建·中考真题）实验室用于高锰酸钾制取氧气的下列装置或操作中，错误的是（）ABCD4.（2024·湖南·中考真题）下列发生装置中，可用于实验室加热高锰酸钾制取氧气的是（）A BCD5.（2024·广西·中考真题）下列物质能在氧气中剧烈燃烧，产生火星四射现象的是（）A．蜡烛 B．红磷 C．木炭 D．铁丝6.（2024·江苏扬州·中考真题）实验室用KMnO4制取并用排水集气法收集较纯净的O2。下列实验操作的先后顺序合理的是（）A．检查装置气密性时，先用手握住试管，再将导管的一端伸入水中B．先向试管中加入KMnO4固体，再检查装置气密性C．实验时，先将导管伸