九年级化学《制取氧气》第一课时-基于高锰酸钾的实验室制取与科学探究

九年级化学《制取氧气》第一课时——基于高锰酸钾的实验室制取与科学探究一、教学内容分析  本课内容隶属于《义务教育化学课程标准（2022年版）》“科学探究与化学实验”及“物质的性质与应用”主题。在知识图谱上，它上承“空气、氧气性质”，下启“催化剂概念与氧气的化学性质实验”，是学生系统学习气体实验室制法的开端，具有重要的范式意义。核心概念为“高锰酸钾制取氧气的原理、装置与操作流程”，关键技能涵盖“固体加热型装置的气密性检查、实验室制取气体的一般思路模型构建、以及排水法收集气体的操作与判断”。认知要求从识记反应原理，跃升至理解装置选择的依据，并能应用基本操作技能完成完整的实验探究。过程方法上，本节课是落实“科学探究”素养的绝佳载体，学生将亲历“发现问题→设计实验方案→进行实验操作→分析解释→反思评价”的完整探究流程，体验从定性到定量（如气泡连续均匀冒出时开始收集）的学科思维。在素养价值层面，通过严谨的装置设计和规范的操作训练，培养学生“科学探究与创新意识”；通过分析不同收集方法的原理，渗透“证据推理与模型认知”；通过了解氧气在医疗、航空等领域的应用，关联“科学态度与社会责任”，实现知识传授与价值引领的有机统一。  从学情角度看，九年级学生已初步了解氧气的性质和用途，对化学实验抱有浓厚兴趣，具备简单的仪器操作（如加热）和观察能力。然而，将零散知识整合为系统的气体制备思路是认知难点，常出现“只记步骤，不明原理”的现象。在操作上，“导管口刚有气泡冒出时不宜立即收集”的原理、实验结束时应“先移导管后熄灯”的逻辑，均可能因与生活经验或直觉相反而成为思维障碍。教学中，我将通过“前测提问”（如：如何证明一瓶气体是氧气？）和实验过程中的“追问”（如：为什么此时不能收集？先熄灯会怎样？）动态诊断理解程度。针对不同层次学生，提供“可视化流程图”（支持基础薄弱者梳理步骤）和“挑战性思考题”（如：能否用此装置和原理制取氮气？为什么？）（驱动学有余力者深化理解）等差异化支持策略，确保所有学生能在最近发展区内获得成长。二、教学目标  知识目标：学生能够准确书写高锰酸钾制取氧气的文字表达式，并基于此理解反应物状态、反应条件与发生装置选择之间的内在联系；能系统阐述从气密性检查到实验后仪器拆卸的完整操作步骤及关键注意事项，形成对“固体加热制气体”实验程序的整体认知。  能力目标：在教师引导下，学生能够以小组合作形式，参照标准装置图完成高锰酸钾制取氧气的实验装置组装，并规范、安全地进行加热、收集及验满等关键操作；能初步运用“反应原理→发生装置→收集装置→验满/验证”的思维模型，分析、评价简单的气体制备方案。  情感态度与价值观目标：在实验探究中，学生能体会到严谨、规范的操作对实验成功与人身安全的重要性，初步养成认真观察、如实记录的科学习惯；通过小组协作完成任务，增强团队合作意识与交流分享的意愿。  科学（学科）思维目标：发展“模型认知”思维，通过将具体的高锰酸钾制氧气实例，抽象概括为“反应物状态和反应条件决定发生装置，气体密度和溶解性决定收集方法”的普适性选择模型；培养“证据推理”意识，能依据气泡产生的速率、带火星木条复燃等现象，合理解释操作步骤设定的原因。  评价与元认知目标：学生能借助教师提供的实验操作评价量规，对自身或同伴的实验操作进行简要的合规性评价；在课堂小结时，能够回顾并反思本课学习的关键节点和遇到的困惑，初步规划巩固重点知识的策略。三、教学重点与难点  教学重点：高锰酸钾制取氧气的实验装置（特别是固体加热型发生装置与排水集气装置）及其操作步骤。确立依据在于，该内容是课标明确要求的核心实验技能，是构建“气体制备”大概念的基石，也是后续学习二氧化碳等气体制取并进行对比迁移的认知基础。从中考视角看，该实验的原理、装置、操作及异常分析是高频且稳定的考点，直接考查学生对实验原理的理解和科学探究能力。  教学难点：对操作步骤背后原理的深度理解，特别是“实验开始前必须检查装置气密性”、“导管口刚有气泡冒出时不宜立即收集”、“实验结束时先将导管移出水面再熄灭酒精灯”这三处关键操作顺序的逻辑推理。难点成因在于，这些原理涉及空气与氧气的密度差异、气体热胀冷缩、气压变化等微观和抽象概念，学生需要克服“眼见为实”的直觉，进行多步逻辑推演。突破方向是借助动画模拟、对比实验（如先熄火观察水倒吸）和层层递进的设问，将隐性思维显性化。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式电子白板课件（含实验步骤动画、错误操作后果模拟）；高锰酸钾制取氧气的标准装置挂图；实验操作评价量规表。1.2实验器材与药品（分组，46人一组）：铁架台（带铁夹）、酒精灯、试管、单孔橡胶塞、玻璃导管、橡胶管、水槽、集气瓶、玻璃片、高锰酸钾、药匙、棉花、火柴。另备一套演示用装置。2.学生准备完成预习任务单：阅读教材，尝试用自己的语言简述制取氧气的步骤；思考“为什么可以用排水法收集氧气？”3.环境布置教室布置为小组合作模式；黑板预先划分出原理区、装置图区、步骤要点区。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与核心问题提出：“同学们，请看这段视频（播放潜水员深海作业、危重病人吸氧的画面）。大家知道，没有氧气我们人类只能存活几分钟。那么，如果我们需要纯净的氧气，该如何在实验室里‘制造’它呢？”（稍作停顿，引发思考）“自然界通过光合作用产生氧气，但过程缓慢。化学家们找到了多种能在实验室快速获得氧气的方法。今天，我们就来学习其中最经典的一种——用高锰酸钾加热制取氧气。我们的核心任务是：不仅要学会‘怎么做’，更要弄懂‘为什么这么做’。”  1.1.唤醒旧知与明晰路径：“在动手之前，我们先回想一下，氧气有哪些物理性质？特别是密度和溶解性？”（引导学生回顾：密度略大于空气，不易溶于水。）“这些性质将直接决定我们如何收集它。本节课，我们将化身‘实验室工程师’，按照‘明确原理→设计装置→规范操作→收集验证’的路线，完成这次制氧任务。”第二、新授环节  本环节采用任务驱动、探究递进的方式展开，教师搭建思维与操作支架，学生通过小组合作主动建构知识。任务一：解构原理，初识装置教师活动：首先，板书高锰酸钾制取氧气的文字表达式，强调反应物、生成物及反应条件。提问：“根据这个表达式，反应物是什么状态？反应条件是什么？”（引导学生得出“固体、加热”的结论。）接着，展示试管、酒精灯等仪器，追问：“那么，我们应该选择什么样的仪器来组装发生装置？为什么？”在学生讨论基础上，出示“固体加热型气体发生装置”挂图，讲解各部件作用。然后话锋一转：“产生的氧气如何为我们所用？需要收集起来。根据氧气的性质，有哪些收集方法？各自依据是什么？”引导学生比较排水法与向上排空气法的优劣，并明确本节课采用排水法。学生活动：观察表达式，思考并回答教师提问，从反应原理推理发生装置的特点。讨论并比较两种收集方法的原理，认同排水法更便于观察和获取较纯氧气在本初学阶段的优势。在教师讲解时，对照实物仪器认识装置构成。即时评价标准：1.能否从文字表达式中准确提取“固体”和“加热”两个关键信息。2.讨论收集方法时，论点是否有依据（是否联系氧气性质）。3.听讲和观察时是否专注，能否跟随教师指示准确指认仪器。形成知识、思维、方法清单：★反应原理：高锰酸钾→（加热）→锰酸钾+二氧化锰+氧气。这是整个实验的出发点，必须牢记。★发生装置选择依据：反应物为固体，反应条件需加热，故选择“固体加热型”装置。这是从原理到装置设计的第一次逻辑跨越，大家要形成条件反射。▲收集方法比较：排水法（因氧气不易溶于水）所得气体较纯、便于观察；向上排空气法（因氧气密度略大于空气）操作较简便但纯度难保证。理解选择背后的权衡。方法：确立“原理→装置”的分析思路，这是设计任何气体制备方案的通用起点。任务二：紧扣安全，检查气密教师活动：“装置组装好了，直接加药品加热吗？”（停顿，扫视学生）“不行！如果装置漏气，我们可能忙了半天也收集不到氧气，甚至可能发生危险。所以，必须先进行‘装置气密性检查’。”教师演示连接好的试管与导管，将导管末端浸入水槽水中，用手紧握试管外壁。“请大家仔细观察水中的导管口，有什么现象？”（待有气泡冒出）。“松开手呢？”（导管内形成一段水柱）。讲解原理：“手握使试管内空气受热膨胀，气压增大；松开后冷却，气压减小，外界大气压将水压入导管。”问：“如果装置漏气，还会看到这些现象吗？”介绍其他检查方法（如用热毛巾捂），但强调掌握一种可靠方法即可。学生活动：观察教师演示，描述现象（冒气泡、形成水柱）。思考并理解其原理是“通过制造温差引起气压差”。小组内模仿教师操作，尝试对自己组装的装置进行气密性检查。即时评价标准：1.观察是否仔细，能否准确描述现象。2.操作是否规范（如手握位置、浸入深度）。3.能否用“热胀冷缩”、“气压差”等术语尝试解释原理。形成知识、思维、方法清单：★气密性检查（手握法）操作与现象：连接装置，导管入水，手捂试管，管口冒泡；松手，管内形成稳定水柱。这是实验安全的“第一道保险”，必须人人过关。★检查原理：利用气体热胀冷缩，在装置内制造暂时的压强差，通过液封处是否出现现象来判断漏气与否。理解原理才能灵活应对不同装置。易错点：手握时间太短或力度不够，可能现象不明显，需确保试管内空气充分受热。思维：建立“实验操作必有因”的思维习惯，安全规程背后是科学原理。任务三：规范装药，细节至上教师活动：“气密性良好，现在可以装药了。取用固体药品高锰酸钾，要注意什么？”（回顾药匙或纸槽的使用）。“但这里有个特别注意事项：为什么要在试管口放一团棉花？”（展示不放棉花可能造成堵塞的危险示意图）。讲解棉花的作用是防止高锰酸钾粉末随气流冲入导管。演示正确的装药、铺平、塞棉花、固定试管过程（试管口略向下倾斜），并强调：“试管口为什么要略向下倾斜？谁能联系物质的性质猜一猜？”引导学生思考加热时可能产生湿存水或生成水。学生活动：回忆固体药品取用规则。观察教师演示，理解棉花的作用和试管口向下倾斜的必要性（防止冷凝水倒流炸裂试管）。小组协作，规范完成本组装置的药品装填与固定。即时评价标准：1.取用药品是否规范，有无洒落。2.是否记得并正确放置棉花。3.固定试管时，是否确保试管口略向下倾斜且高度适宜（酒精灯外焰加热）。形成知识、思维、方法清单：★关键细节1——棉花团：置于试管口，防止高锰酸钾粉末堵塞导管。这是本实验特有的一个操作要点，务必牢记。★关键细节2——试管口略向下倾斜：防止加热时药品中可能含有的湿存水或生成的水蒸气在管口冷凝倒流，使试管受热不均而炸裂。这是所有“固体加热”实验的通用安全准则。方法：实验准备阶段，对每一个看似微小的操作（如放棉花、倾斜角度）都要追问“为什么”，将安全规范内化为自觉行动。任务四：有序加热，智慧收集教师活动：这是本节课的核心操作环节。教师一边演示，一边用问题链引导：“点燃酒精灯，先对试管进行什么？（预热：使试管均匀受热）。然后呢？（固定加热）。看，导管口开始有气泡了，能立即收集吗？”“为什么？”（引导学生讨论：最初排出的是试管内的空气，此时气体不纯）。“那什么时候开始收集最合适？”（引导学生总结：当气泡连续、均匀冒出时，表明氧气气流稳定，空气已排尽）。教师示范将导管口伸入倒置且盛满水的集气瓶口下，开始用排水法收集。“如何判断氧气已集满？”（提示观察瓶口）。收集满一瓶后，用玻璃片在水下盖好，正放于桌面。问：“为什么正放？”（回顾氧气密度）。学生活动：仔细观察教师演示，特别是预热操作和判断开始收集时机的现象。回答教师的问题链，理解“预热”、“排空气”、“连续均匀气泡”等概念。小组开始实验，尝试加热并收集一到两瓶氧气。密切观察气泡产生的变化，尝试判断集满时刻（看到瓶口有大气泡冒出）。即时评价标准：1.加热操作是否规范（预热、用外焰）。2.能否耐心等待并准确判断“连续、均匀气泡冒出”的时机再开始收集。3.排水法收集操作是否熟练，集满后能否在水中盖好玻璃片。形成知识、思维、方法清单：★加热与收集时机：先均匀预热，再固定加热。导管口刚有气泡冒出时是空气，不宜收集；待气泡连续、均匀冒出时，才是纯净氧气，此时开始收集。这是保证气体纯度的关键判断。★排水法收集操作：集气瓶盛满水倒置水槽中，导管口置于瓶口下；当瓶口有大气泡冒出时，表示已集满；在水下用玻璃片盖住瓶口，移出水面，正放（因氧气密度大于空气）。思维：培养基于证据（气泡的形态和速率）进行实时判断和决策的科学探究能力。任务五：撤离有序，验证产物教师活动：“收集完成后，直接熄灭酒精灯吗？顺序是什么？请大家先阅读教材，然后我们通过一个模拟实验来看不同的后果。”（播放或演示错误操作：先熄灯，导致水倒吸进入热试管，试管破裂的模拟动画）。提问：“为什么会发生倒吸？”引导学生分析气压变化：停止加热后试管内气体冷却收缩，气压减小，外界大气压将水压入导管。“所以，正确的顺序是？”师生共同总结：先将导管移出水面，再熄灭酒精灯。随后，教师展示刚收集的氧气，提问：“我们如何证明这瓶气体就是氧气？”引导学生回顾氧气的检验方法：将带火星的木条伸入集气瓶内，观察是否复燃。教师进行演示验满与验证的对比：验满是放在瓶口，验证是伸入瓶内。学生活动：观看错误操作后果，产生深刻印象。讨论并理解“先移管、后熄灯”是为了防止倒吸炸裂试管。回顾氧气性质，说出检验方法。观察教师对已收集氧气进行验证的操作，明确验满与验证的区别。即时评价标准：1.能否准确复述实验结束时的正确操作顺序及其原理。2.能否清晰说出氧气验证的方法，并区分与“验满”操作的不同。形成知识、思维、方法清单：★实验结束顺序：务必先将导管移出水面，然后熄灭酒精灯。顺序颠倒会导致水倒吸，使试管炸裂。这是实验安全的“最后一道保险”，必须形成肌肉记忆。★氧气的验证与验满：验证氧气：将带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃。验满氧气：将带火星的木条放在集气瓶口，木条复燃。两者操作位置不同，目的不同，切勿混淆。易错点：混淆“验满”与“验证”的操作位置，需通过对比强化记忆。思维：深化对“气压差”在化学实验中应用的理解，并建立“目的决定操作”的严谨思维。第三、当堂巩固训练  设计分层、变式的练习，促进知识迁移与内化。  基础层：1.填空题：实验室用高锰酸钾制氧气，试管口应放一团_____，目的是_____；实验结束时，应先将_____，再_____，目的是防止_____。2.选择题：下列有关排水法收集氧气的操作，正确的是（）。  综合层：3.流程图排序：将“检查气密性”、“装药品固定”、“加热收集”、“移管熄灯”等步骤打乱，请学生排出正确顺序，并说明其中两处关键顺序（如气密性检查必须在装药前，移管必须在熄灯前）的理由。4.情境应用题：某同学收集的氧气始终使带火星木条复燃不明显，可能的原因有哪些？（从药品量、装置气密性、加热是否充分、收集时机等方面分析）  挑战层：5.迁移探究题：已知硫化氢（H₂S）气体密度比空气大，能溶于水。若实验室用块状硫化亚铁（FeS）固体与稀硫酸在常温下反应制取硫化氢，应选择何种发生装置和收集装置？请简要说明理由。（初步接触“固液常温型”装置）  反馈机制：基础层题目通过全班齐答或个别提问快速核对；综合层题目由小组讨论后派代表分享，教师点评并梳理常见错误归因；挑战层题目作为拓展思考，请有兴趣的学生简述思路，教师给予肯定并提示下节课会深入探讨，保护学生探究积极性。第四、课堂小结  引导学生进行结构化总结与元认知反思。“同学们，今天我们完成了一次完整的实验室制氧之旅。谁能用一句话概括我们这节课的核心内容？”“如果让你画一张思维导图来总结，中心词是什么？会延伸出哪些分支？”（引导学生从“原理、装置、步骤、注意、检验”等方面梳理）。接着，提炼方法：“回顾整个过程，我们是如何学习一种气体实验室制法的？”（师生共同归纳：明确原理→选择装置（发生、收集）→规范操作→验证产物）。最后布置分层作业：“今天的作业是分层的：必做题是整理实验报告，并完成课后基础习题；选做题一是设计一个家庭小实验方案（利用家中材料模拟排水集气），二是思考题：加热高锰酸钾制氧气，试管中剩余的固体有哪些？属于什么物质？（为下节课引入催化剂作铺垫）。”六、作业设计基础性作业（全体必做）：  1.整理并完整、规范地书写本节课的实验报告，包括实验目的、原理、装置图、步骤、现象、结论及反思（可记录实验中的问题或成功心得）。  2.完成教材配套练习中关于高锰酸钾制氧气原理、装置选择及操作要点的基础习题。拓展性作业（建议大多数学生完成）：  3.情境应用：假设你是一名实验室安全宣讲员，请针对“高锰酸钾制氧气”实验，制作一份简短的“安全须知”海报或短视频脚本（时长1分钟以内），重点提醒23个最关键的易错点及后果。  4.收集家中可密封的透明小容器（如果酱瓶、饮料瓶），尝试设计一个模拟“排水法”收集空气（利用水排出空气）的小实验，并记录过程。探究性/创造性作业（学有余力学生选做）：  5.查阅资料（教材、网络），了解工业上如何大规模制取氧气（如分离液态空气法），并与实验室制法从原理、装置、成本、纯度等方面进行比较，制作一个简单的对比表格或思维导图。  6.挑战思考：如果实验室没有高锰酸钾，但有另一固体A和黑色粉末B，混合加热也能快速产生氧气，且反应后B的质量和化学性质不变。试推测B在反应中可能的作用。这种思路给你什么启发？七、本节知识清单及拓展  ★1.反应原理（文字表达式）：高锰酸钾→（加热）→锰酸钾+二氧化锰+氧气。这是必须准确记忆的化学反应事实，是实验的源头。  ★2.发生装置选择：因反应物为固体，反应条件需加热，故选择“固体加热型”发生装置。主要仪器包括：铁架台（带铁夹）、酒精灯、试管、带导管的单孔橡胶塞。  ★3.收集方法选择与依据：主要学习排水集气法，依据是氧气不易溶于水。此法优点：收集的气体较纯，便于观察是否集满。  ▲4.向上排空气法：也可用于收集氧气，依据是其密度比空气略大。操作时导管应伸入集气瓶底部。缺点：纯度不如排水法，验满不如排水法直观。  ★5.实验操作步骤（关键顺序）：检查气密性→装药品（试管口塞棉花）→固定装置（试管口略向下倾斜）→加热（先预热）→收集（待气泡连续均匀冒出时开始）→移出导管→熄灭酒精灯。口诀辅助：查、装、定、点、收、离、熄。  ★6.棉花的作用：防止加热时高锰酸钾粉末随气流冲入导管，造成堵塞。  ★7.试管口略向下倾斜的原因：防止冷凝水或反应生成的水倒流回热的试管底部，引起试管炸裂。  ★8.开始收集的时机：导管口刚有气泡冒出时，是装置内的空气，不宜收集。待气泡连续、均匀地冒出时，才是纯净氧气，此时开始收集。  ★9.排水法收集操作要点：集气瓶需盛满水，倒置于水槽中，瓶内无气泡。导管口置于瓶口下方。当瓶口有大气泡冒出时，表示已集满。  ★10.验满方法：用排水法时，瓶口有大气泡冒出即满。用向上排空气法时，将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，则已集满。  ★11.验证氧气的方法：将带火星的木条伸入集气瓶内，若木条复燃，则该气体是氧气。注意与“验满”操作位置的区别。  ★12.实验结束操作顺序：必须先将导管移出水面，再熄灭酒精灯。目的是防止水槽中的水倒吸入热的试管，导致试管炸裂。  ▲13.装置气密性检查（手握法）原理：利用热胀冷缩产生气压差。操作：连接装置，导管末端浸入水中，手捂试管，若导管口有气泡冒出；松手后，导管内形成一段稳定水柱，则气密性良好。  方法：14.学习气体制备的通用思维模型：从反应原理（反应物状态、条件）出发，确定发生装置；从气体性质（密度、溶解性）出发，确定收集方法；最后规划操作步骤与验证/验满方法。  易错警示：15.“先…后…”顺序易错点：实验前“先查密后装药”；加热时“先预热后固定加热”；收集时“先排空后收集”；结束时“先移管后熄灯”。  拓展：16.工业制氧：主要采用分离液态空气法（物理变化），利用液态氮和液态氧的沸点不同进行分离。与实验室制法（化学变化）有本质区别。17.催化剂初探：加热高锰酸钾后剩余的黑色固体之一是二氧化锰，在后续学习中你将发现，它在氯酸钾制氧气中能极大地加快反应速率而自身不变，这就是“催化剂”的雏形。八、教学反思  （一）目标达成度评估：从当堂巩固训练的反馈来看，绝大多数学生能够准确复述实验步骤（知识目标达成），并能对“先移导管后熄灯”等关键操作做出合理解释（能力与思维目标部分达成）。小组实验环节，约80%的小组能成功收集到氧气并进行验证，但操作熟练度和规范性存在差异，特别是对“连续均匀气泡”的判断时机把握不一，这体现了将知识转化为技能的梯度性。情感目标在小组协作和成功获得氧气时得到积极体现，学生兴奋而专注。元认知目标通过课堂小结的引导有所触及，但学生自主梳理结构化知识的能力仍需长期培养。  （二）核心环节有效性分析：“任务驱动”与“问题链”的结合有效地将学生思维引向深入。例如，在“任务四”中关于收集时机的追问，成功制造了认知冲突，学生从“有气泡就收”的直觉，转向观察、等待、判断的理性行为，这是科学探究素养的生动体现。演示错误操作后果（如倒吸破裂模拟）比单纯强调规则更具震撼力和说服力，安全规范入脑入心。然而，部分探究环节时间略显仓促，有些小组为了“看到结果”而忽视了过程中的细致观察和记录，反映出“重结果轻过程”的倾向需要教