九年级化学上册第二单元《课题3 氧气的实验室制取与性质探究》教学设计

九年级化学上册第二单元《课题3氧气的实验室制取与性质探究》教学设计一、教学内容分析  本节课在《义务教育化学课程标准（2022年版）》中隶属“科学探究与化学实验”及“物质的组成与结构”主题，是学生系统学习化学实验操作、理解化学变化本质的奠基性课题。从知识技能图谱看，其核心在于掌握过氧化氢（双氧水）制取氧气的反应原理、催化剂概念及实验装置，并初步学习排水集气法。它上承“空气的成分”，下启“氧气的化学性质”及后续“二氧化碳的制取”，在气体制备知识链中具有范式意义。过程方法层面，本课是学生首次接触完整的“原理装置操作检验”的科学探究流程，是培养“科学探究与实践”核心素养（如提出假设、设计实验、进行实验）的关键载体。素养价值渗透上，通过探究催化剂“一变两不变”的特性，引导学生建立“变量控制”的科学思维；通过对不同制氧方法的比较（如实验室法、工业法、医用急救法），渗透“技术应用需考虑条件与目的”的工程思维与社会责任感。本课的重难点预判在于：学生能否从宏观现象（产生气泡）深入到微观本质（过氧化氢分解），并理解催化剂在反应中扮演的“中介”角色而非“反应物”的抽象概念。  学情研判需立足学生认知起点。学生在生活与生物课中对氧气已有初步认识，但易将“制取”等同于“产生”，对化学变化的定量与条件控制缺乏概念。其兴趣点在于生动的实验现象，但障碍点可能在于：混淆“检查装置气密性”与“收集气体”的操作目的；对催化剂“参与反应但质量化学性质不变”感到矛盾；在绘制装置图时难以将三维实物转化为二维示意图。教学中将通过“前测问题”（如“如何证明一瓶气体是氧气？”）与观察小组讨论动态诊断理解水平。针对差异，策略如下：对于基础薄弱学生，提供“操作步骤图文卡”与“关键问题提示单”；对于思维活跃学生，则挑战其设计“证明二氧化锰是催化剂而非反应物”的实验方案，并引导比较高锰酸钾、氯酸钾等不同制氧路径的优劣，实现知识的横向联结与思维纵深。二、教学目标  知识目标：学生能准确书写过氧化氢在二氧化锰催化下分解的化学方程式，并用自己的语言阐述催化剂“一变两不变”的核心特征；能辨识实验室制取氧气的典型发生与收集装置，并依据反应物状态及气体性质（密度、溶解性）说明选择依据；能规范描述氧气的检验与验满方法。  能力目标：学生能小组协作，安全、有序地完成“用过氧化氢溶液制取并收集一瓶氧气”的完整实验操作；能基于实验现象和教师提供的资料，通过比较、归纳，自主建构催化剂的概念；初步学会运用“变量控制”思想设计简单对比实验（如探究不同催化剂的效果）。  情感态度与价值观目标：在实验探究中，体验严谨、求实的科学精神，养成“安全第一”的实验习惯；通过讨论家用制氧机、工业制氧等生活实例，感受化学技术对社会生活的贡献，激发持续探究的兴趣。  科学（学科）思维目标：发展“宏观微观符号”三重表征思维，能将从实验中观察到的气泡（宏观），联系到过氧化氢分子分解（微观），并用化学方程式（符号）进行表征；初步建立“条件控制”与“模型认知”思维，能分析对比不同制氧方法（实验室、工业、生物）背后的原理与条件差异。  评价与元认知目标：学生能依据教师提供的实验操作评价量表，进行小组内操作的互评与自评；能在课堂小结时，用思维导图梳理“原理装置操作检验”的知识逻辑链，并反思自己在探究过程中遇到的困难及解决方法。三、教学重点与难点  教学重点：过氧化氢制取氧气的反应原理、实验装置及操作步骤。其确立依据源于课标对本课题“学习基础实验技能”的明确要求，以及该内容作为气体制备通用方法论的基石地位。在学业评价中，气体制备的原理与装置选择是高频核心考点，且能综合考查学生对反应条件、物质性质的掌握与应用能力，是体现“证据推理与模型认知”素养的关键节点。  教学难点：催化剂概念的理解与建构。难点成因在于其抽象性：学生易受宏观“加入即见效”现象影响，将催化剂视为“反应物”或“消耗品”，难以内化其“反应前后质量与化学性质不变”这一本质属性。此认知跨越需要克服直观的前概念。突破方向在于，通过精心设计的对比实验（如比较加入二氧化锰前后产生气体的速率，并回收称量二氧化锰），引导学生在证据分析中自主归纳出催化剂的特点，实现概念的自主建构。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（含制氧原理动画、工业制氧短片）、实物投影仪。1.2实验器材（分组，46人/组）：锥形瓶、分液漏斗（或长颈漏斗）、双孔橡皮塞、导管、集气瓶、水槽、玻璃片；过氧化氢溶液（5%）、二氧化锰粉末、药匙、火柴、木条。另备：演示用高锰酸钾制氧装置一套。1.3学习材料：《实验探究任务单》（含梯度任务与评价量表）、《本节知识清单》预习版。2.学生准备2.1预习任务：阅读教材，思考“除了加热，还有什么方法能获得氧气？”并列举12个生活中需要或产生氧气的场景。2.2物品：课本、笔记本、笔。3.教室环境3.1座位安排：小组合作式座位，便于实验与讨论。3.2板书记划：预留左中右三区，分别呈现“核心问题”、“知识生成路径（思维导图）”、“关键概念与方程式”。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与动机激发：“同学们，我们先来做个小挑战：大家屏住呼吸10秒钟，感受一下？（等待）好，请放松。仅仅10秒，我们就能体会到氧气的重要。它不仅维持生命，还是钢铁冶炼、航天发射不可或缺的‘助手’。那么，当我们需要纯净的氧气时，该如何‘制造’它呢？”2.核心问题提出与旧知关联：“上节课我们学习了空气中含有氧气，但那是混合物。实验室里如何高效、安全地获得较纯净的氧气？”（展示高锰酸钾加热制氧的复杂装置）“这个方法需要加热，操作有些繁琐。今天，我们来探索一种更‘温和’的制氧方法。”（出示一瓶过氧化氢溶液和二氧化锰）“请看，这两样普通的物质相遇，会发生什么奇妙的反应呢？咱们一起来揭秘。”3.路径明晰：“本节课，我们将化身‘实验室工程师’，完成三个使命：第一，探究这种新方法的反应原理是什么；第二，搭建并操作一套能制取、收集氧气的装置；第三，深入理解其中一位关键‘角色’——催化剂。让我们从第一个实验观察开始。”第二、新授环节任务一：初探反应——观察过氧化氢的分解教师活动：首先进行安全提示：“过氧化氢溶液有一定的腐蚀性，操作时避免直接接触皮肤。”演示实验1：向一支试管中加入约5mL过氧化氢溶液，将带火星的木条伸入试管口，提问：“大家看到了什么现象？（木条不复燃）这说明什么？（氧气很少或没有）”。紧接着，演示实验2：向另一支装有等量过氧化氢溶液的试管中加入一小药匙二氧化锰粉末，迅速将带火星的木条伸入。“注意观察，现在又发生了什么？（产生大量气泡，木条复燃）大家有什么疑问吗？”学生活动：集中观察两个对比实验，记录现象差异。对“为何加入二氧化锰后迅速产生大量气体”产生强烈好奇，并进行小组内初步讨论和猜想。可能提出：“二氧化锰是反应物吗？”“它是不是被消耗了？”即时评价标准：1.观察是否细致全面，能否准确描述气泡产生的剧烈程度与木条复燃情况。2.能否基于对比实验，提出有价值的疑问（如关注二氧化锰的作用）。3.小组讨论时，是否每位成员都能参与表达。形成知识、思维、方法清单：★观察现象描述：过氧化氢溶液在常温下分解缓慢，几乎不产生氧气；加入二氧化锰后，迅速产生大量气泡，能使带火星的木条复燃。（教学提示：引导学生用规范语言描述，这是科学表达的基础。）★初步结论：二氧化锰能加快过氧化氢的分解速率。（教学提示：此时暂不给出“催化”定义，保留探究悬念。）▲科学方法：对比实验是科学研究中寻找变量关系的重要方法。（认知说明：强调控制变量，如过氧化氢浓度、体积需相同。）?驱动性问题：二氧化锰在这个变化中扮演了什么角色？它本身变化了吗？任务二：建构概念——揭秘催化剂教师活动：“大家的疑问直击核心：二氧化锰到底是不是反应物？它会不会被消耗？我们来当一回‘侦探’。”引导学生设计探究思路：“要证明它是否被消耗，关键看反应后它还存在吗？如何证明？”提供“脚手架”：回忆过滤操作，提议可通过过滤、洗涤、干燥、称量来检验。播放或简述预先录制的“定量探究实验”视频：称取一定量二氧化锰，加入过氧化氢溶液反应至不再产生气泡，经过滤回收二氧化锰，干燥后再次称量。“大家看，数据表明它的质量几乎不变！这说明了什么？”进一步追问：“质量没变，那它的‘本领’变了吗？如何检验它是否‘失效’？”引导学生设计实验：将回收的二氧化锰再次加入新的过氧化氢溶液中。学生活动：跟随教师引导，思考并认同通过回收称量来验证质量是否变化的方案。观看视频或分析数据，得出“二氧化锰质量反应前后基本不变”的结论。进而讨论如何检验其化学性质是否改变，提出“再试试”的实验构想。在证据链的支持下，尝试归纳二氧化锰的特点。即时评价标准：1.能否理解定量研究（称量）对得出结论的必要性。2.能否基于“质量不变”的证据，进行合理的逻辑推理。3.能否提出检验化学性质是否变化的实验思路。形成知识、思维、方法清单：★★催化剂概念：像二氧化锰这样，在化学反应里能改变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的物质，叫做催化剂。其所起的作用叫催化作用。（教学提示：强调“一变”是改变化学反应速率，可加快也可减慢；“两不变”是本身的质量和化学性质不变。）★核心概括：“一变两不变”。（认知说明：这是理解催化剂的精炼口诀，需结合具体实例深化理解。）▲学科思维：基于证据（现象、数据）进行推理，是化学学科核心的思维方式。（教学提示：引导学生体会从定性观察到定量验证的科学探究深度。）？生活链接：汽车尾气处理中的催化剂、“酵素”中的生物酶，都是催化剂。（教学提示：拓宽视野，认识催化技术的广泛应用。）任务三：原理符号化——书写化学方程式教师活动：“我们弄清了二氧化锰的‘身份’，那这个变化本身如何用化学的‘语言’——化学方程式来表示呢？”引导学生分析反应物和生成物：“反应物是过氧化氢（H2O2），生成物我们从实验可知有氧气（O2），另一种生成物是什么？根据质量守恒定律，反应前后元素种类不变，剩下的氢和氧会结合成什么？”提示学生回忆水的组成。写出文字表达式：过氧化氢→(二氧化锰)水+氧气。进而指导书写化学方程式：“大家尝试配平这个方程式，注意反应条件‘二氧化锰’写在箭头上方。”巡视指导，并请一位学生板演。学生活动：根据质量守恒定律和水的化学式，推导出另一种生成物是水（H2O）。尝试书写并配平化学方程式：2H2O2=MnO2=2H2O+O2↑。相互检查配平情况、气体符号和催化剂标注是否规范。即时评价标准：1.能否根据质量守恒定律正确推断出未知生成物。2.化学方程式书写是否规范（化学式、配平、条件、符号）。3.能否指出同伴书写中的错误。形成知识、思维、方法清单：★★化学方程式：2H2O2=MnO2=2H2O+O2↑（教学提示：强调‘↑’的使用是因为生成了气体，且催化剂作为反应条件标注。）★核心原理：过氧化氢在二氧化锰催化下，分解生成水和氧气。（认知说明：这是本课最核心的化学反应原理，必须牢固掌握。）▲三重表征：该方程式将实验中“气泡产生”（宏观）、过氧化氢分子分解（微观）统一于简洁的符号系统。（教学提示：引导学生体会化学语言的强大概括力。）任务四：模型认知——组装实验装置教师活动：“原理已通，现在我们来解决工程问题：如何设计一套装置，持续、安全地制取并收集氧气？”展示高锰酸钾制氧装置（固体加热型），对比提问：“我们现在的反应物是液体（过氧化氢）和固体（二氧化锰），且无需加热，这套装置还适用吗？需要如何改造？”引导学生从反应物状态和反应条件出发思考。利用实物投影，逐步组装“固液常温型”发生装置：锥形瓶（盛二氧化锰）、分液漏斗（盛过氧化氢溶液）、双孔塞、导管。提问：“分液漏斗有什么好处？（便于控制液体滴加速率，从而控制反应）”。接着探讨收集方法：“如何把生成的气体收集起来？回忆氧气的物理性质。”引出排水集气法（氧气不易溶于水）和向上排空气法（密度比空气略大），并比较优缺点。学生活动：对比新旧制氧方法，分析反应物状态与条件的差异，理解装置必须“因反应而异”。观察教师组装，辨识各部件功能。讨论分液漏斗与长颈漏斗的优劣（分液漏斗可控制反应，长颈漏斗需液封）。根据氧气密度和溶解性，说出两种收集方法及其依据。即时评价标准：1.能否建立“反应物状态/条件→发生装置选择”的关联模型。2.能否说出装置中各仪器的作用。3.能否根据气体性质（密度、溶解性）合理选择收集方法。形成知识、思维、方法清单：★★发生装置选择模型：“固固加热型”vs“固液常温型”。（教学提示：这是气体制备的通用思维模型，为后续学习二氧化碳制取奠基。）★关键仪器功能：分液漏斗能控制液体滴加速度，从而控制反应速率。（认知说明：理解仪器设计背后的工程智慧。）★收集方法选择依据：气体密度（vs空气）、溶解性（vs水）。氧气可用排水法（较纯）或向上排空气法（较干燥）。（教学提示：分析利弊，排水法更易于观察何时集满。）▲思维进阶：装置是服务于反应原理的“工具”，选择时需要综合考虑安全、可控、便利等因素。（教学提示：初步渗透技术工程思维。）任务五：实践操作——制取并检验一瓶氧气教师活动：“现在，轮到各位‘工程师’动手了！”分发《实验探究任务单》，明确安全规范和操作步骤。强调关键点：1.检查装置气密性（用弹簧夹夹紧导管，向漏斗中加水，形成液柱且不下降）。提问：“为什么第一步必须检查气密性？”2.先加固体，后加液体。3.等导管口有连续均匀气泡冒出时，再开始收集（排尽管内空气）。4.收集满后，在水下盖好玻璃片，正放于桌面。巡视指导，重点关注装置连接、气密性检查、收集时机把握。在大部分小组集满气体后，统一讲解检验与验满方法：用带火星的木条伸入集气瓶内（检验），或置于瓶口（验满）。学生活动：小组分工协作，按照任务单步骤，完成装置连接、气密性检查、添加药品、收集一瓶氧气。过程中记录现象、交流问题。集满后，在教师指导下，用带火星的木条验证自己制得的氧气，体验成功的喜悦。对比检验与验满操作的不同。即时评价标准：1.操作规范性：气密性检查方法是否正确；收集时机判断是否准确。2.协作有效性：小组内是否有明确分工，操作是否有序。3.安全与整洁：实验过程是否遵守安全规则，结束后是否初步整理器材。形成知识、思维、方法清单：★★核心操作要点：一查（气密性）、二装（先固后液）、三控（滴加速率）、四收（连续均匀气泡时收集）、五验（用带火星的木条）。（教学提示：口诀化总结，便于记忆操作流程。）★检验vs验满：检验是将带火星的木条伸入瓶内；验满是将带火星的木条放在集气瓶口。（认知说明：这是极易混淆的操作细节，需通过实践强化区分。）▲工程实践：实验方案需要转化为精准、规范的操作，细节决定成败。（教学提示：培养严谨的实验态度和科学实践能力。）第三、当堂巩固训练  1.基础层（全员必做）：(1)写出实验室用过氧化氢制氧气的化学方程式，并指出催化剂。(2)简述用排水法收集氧气时，何时开始收集？为什么？(3)画出“固液常温型”发生装置的简易示意图。  2.综合层（多数挑战）：提供一份有错误的实验报告（如未检查气密性、一有气泡就收集），请学生找出错误并说明后果。另设一情境题：“家用制氧机通常利用分子筛吸附氮气获得富氧空气，这与实验室化学制氧有何本质区别？”  3.挑战层（学有余力）：设计实验方案：探究土豆块、猪肝、红砖粉末等能否作为过氧化氢分解的催化剂？你需要控制哪些变量？如何比较催化效果？（开放讨论）  反馈机制：基础题通过同桌互查、教师投影答案快速核对。综合题采用小组讨论后代表发言，教师点评并聚焦“错误归因”。挑战题作为思维拓展，请有想法的学生简要分享思路，教师予以鼓励并提示课后可继续探究。第四、课堂小结  “同学们，今天的‘制氧工程’即将收官，请大家以小组为单位，用思维导图或关键词云的方式，在黑板上（或笔记本上）梳理本节课的收获，要体现出知识间的联系。”邀请23组分享其知识结构图，引导全班补充、优化。随后进行元认知引导：“回顾今天的学习，你觉得哪个环节最有挑战？你是如何克服的？关于催化剂，你还有什么想继续探究的问题吗？”  作业布置：必做：1.整理本节完整的笔记，包括化学方程式、装置图、操作要点。2.完成练习册中对应基础题。选做（二选一）：1.查阅资料，了解工业上分离液态空气制氧的原理，并与实验室方法比较，撰写一篇短文。2.利用家庭材料（如3%医用双氧水、新鲜土豆块），在家长陪同下安全地进行制氧小实验，录制短视频并简述原理。六、作业设计基础性作业（必做）：1.知识梳理：绘制本节课的思维导图，核心包括：反应原理（化学方程式）、催化剂概念（一变两不变）、实验装置（发生与收集）、操作步骤（查、装、控、收、验）及注意事项。2.巩固练习：完成课后习题及练习册中关于过氧化氢制氧原理、装置选择、操作正误判断的基础性题目。3.方程式书写：熟练书写过氧化氢分解的化学方程式，并尝试默写。拓展性作业（建议大多数学生完成）：4.情境应用：分析一份“家庭小实验：用酵母和双氧水制作泡沫大象牙膏”的网红视频资料，从化学角度解释其原理，并评价其操作中的安全性与科学性。5.微型项目：以“实验室制氧方案优化”为题，思考：如何改进装置使反应更容易控制？如何设计能随时使反应发生或停止？画出你的设计草图并简要说明。探究性/创造性作业（学有余力学生选做）：6.深度探究：设计一个完整的实验方案，探究不同浓度（如3%，6%）的过氧化氢溶液在相同催化剂作用下，产生氧气的速率有何不同。要求写明实验目的、变量控制、步骤、数据记录表及预期结论。7.跨学科联系：查阅生物学中“过氧化氢酶”的相关知识，比较生物酶与化学催化剂（如二氧化锰）的异同，撰写一份简单的对比报告，体会自然界与实验室中“催化”的奇妙。七、本节知识清单及拓展★1.核心反应原理：过氧化氢（H2O2）在二氧化锰（MnO2）催化下，于常温下分解生成水（H2O）和氧气（O2）。化学方程式：2H2O2=MnO2=2H2O+O2↑。（提示：↑表示气体生成，MnO2是反应条件，书写在等号上方。）★2.催化剂概念（“一变两不变”）：在化学反应里能改变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的物质。催化作用不改变反应的最终产物，也不影响反应的能量总变化。（提示：深刻理解“改变”包括加快和减慢，“两不变”需通过实验证据证明。）★3.实验发生装置（“固液常温型”）：适用于反应物为固体和液体，且反应无需加热的情况。典型仪器组合：锥形瓶/广口瓶（盛固体）+长颈漏斗/分液漏斗（盛液体）+双孔橡皮塞+导管。（提示：分液漏斗优于长颈漏斗在于可控制液体流速；长颈漏斗下端必须伸入液面以下形成“液封”。）★4.气体收集方法选择依据：1.排水法：适用于不易溶于水且不与水反应的气体（如O2）。优点：纯度较高，便于观察是否集满。2.排空气法：向上排空气法（密度比空气大的气体，如O2、CO2）；向下排空气法（密度比空气小的气体，如H2）。（提示：氧气密度略大于空气，可用向上排空气法，但不如排水法常用和易操作。）★5.实验操作关键步骤口诀：“一查二装三控四收五验”。一查气密性；二装药品（先固后液）；三控制反应（通过漏斗滴加）；四收集气体（导管口有连续均匀气泡时开始）；五检验气体（带火星木条伸入瓶内复燃则为O2）。（提示：验满是将带火星木条放瓶口。）★6.氧气检验与验满方法辨析：3.检验：将带火星的木条伸入集气瓶内部，若复燃，则为氧气。4.验满（排水法）：当集气瓶口有大气泡冒出时，表示已满。（向上排空气法：将带火星的木条置于集气瓶口，若复燃，则已满。）▲7.装置气密性检查方法（针对该装置）：关闭分液漏斗活塞，将导管末端浸入水槽中，用手温热锥形瓶，若导管口有气泡冒出，松开手后导管内形成一段稳定水柱，则气密性良好。或采用加水形成液封差的方法。（提示：这是实验成功的前提，务必掌握。）▲8.二氧化锰的回收与验证：反应后混合物可通过过滤、洗涤、干燥回收二氧化锰。可通过称量证明其质量不变，将其加入新的过氧化氢溶液中证明其化学性质（催化能力）不变。（提示：这是理解“催化剂”概念最直接的实验证据链。）▲9.工业制氧方法：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。（拓展：与实验室化学制氧法对比，体会根据不同需求、规模选择不同技术路径。）▲10.其他实验室制氧方法简介：加热高锰酸钾（KMnO4）或氯酸钾（KClO3，二氧化锰催化）。（提示：了解多样性，但核心是掌握“固液常温”这一普适模型。）？11.生活中的催化剂：汽车尾气净化器中的铂、铑等金属催化剂；生物体内的酶（生物催化剂）；工业生产硫酸、合成氨等过程中使用的催化剂。（联系实际，体会催化技术的重要性。）？12.探究拓展方向：除了二氧化锰，氧化铁（Fe2O3）、氧化铜（CuO）、新鲜土豆（含过氧化氢酶）等能否催化过氧化氢分解？如何定量比较不同催化剂的效率？（引导深入探究，培养研究兴趣。）八、教学反思  （一）目标达成度分析：本节课预设的知识与技能目标达成度较高。从课堂反馈和随堂练习看，绝大多数学生能正确书写化学方程式，能说出催化剂“一变两不变”的核心特征，并能识别实验装置。能力目标方面，小组实验完成情况良好，但部分小组在“检查气密性”和判断“连续均匀气泡”的收集时机上存在操作生疏或理解偏差，需在后续实验课中反复强化。科学思维与素养目标的渗透是一个长期过程，但本节课通过对比实验、变量控制讨论和装置模型建构，为学生搭建了思维的阶梯，从课后提出的问题（如“催化剂为什么会失效？”）可见，部分学生的思维已被引向深处。  （二）环节有效性评估：导入环节的生活化挑战和对比实验演示，迅速聚焦了学生注意力，驱动性问题有效。新授环节五个任务环环相扣，从感性认识到理性建构，再到实践操作，符合认知规律。其中，“任务二：建构概念”是突破难点的关键，借助定量实验视频这一“脚手架”，将抽象概念可视化、证据化，效果优于单纯讲解。然而，“任务五：实践操作”中，尽管有任务单指导，但不同小组操作熟练度差异显著，预设的25分钟略显紧张，导致最后“挑战层”巩固题的讨论时间被压缩。这提醒我，对于首次完整进行气体制备实验的班级，需预留更充分的动手时间和更细致的分步指导。  （三）学生表现深度剖析：课堂上，学生表现出强烈的动手欲望和好奇心。基础