第3节 氧气的制备 第2课时（教学设计）

第3节氧气的制备第2课时氧气的实验制取一、知识目标1.掌握实验室用高锰酸钾制氧气的原理、装置、操作步骤及注意事项等；2.能运用化学原理设计氧气的实验室制备方案；3.初步形成实验室制备气体的一般思路。二、核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：通过观察加热高锰酸钾/氯酸钾固体的宏观现象（如高锰酸钾紫色变浅、导管口连续冒气泡、带火星木条复燃），辨识氧气生成的证据。2.证据推理与模型认知：依据气体发生装置（试管口略向下倾斜、棉花防堵）、收集方法（排水法适合氧气）的选择依据，推理装置设计逻辑；构建“反应原理→发生装置→收集操作→环保安全”的气体制备认知模型，迁移设计氯酸钾制氧方案。3.科学探究与创新意识：通过规范完成教材基础实验（高锰酸钾制氧），掌握安全操作要点（棉花防堵、防倒吸）及气体检验方法；评价物质制备方案的合理性（如原料成本、装置安全、环保性），提出改进建议（如催化剂回收利用）。一、教学重点1.掌握实验室用高锰酸钾制氧气的原理、装置、操作步骤及注意事项等。二、教学难点1.初步形成实验室制备气体的一般思路。本课时作为初中化学气体制备的奠基性实验，在学科体系中具有承前启后的重要作用。教材以高锰酸钾制氧气为具体载体，系统构建实验室气体制备的核心思路。从知识脉络看，它承接了第1课时分解反应的基本概念，同时为后续氯酸钾制氧气及高中系统学习气体制备模型奠定基础。课标要求通过此类实验培养学生“初步形成物质制备的一般思路”，本课时通过“基础实验—问题思考—方法导引—学以致用”的递进设计，将学科知识转化为可操作的探究路径。教材内容紧密围绕气体制备的四个关键维度展开：反应原理、装置设计、操作规范、环保安全。在原理层面，通过高锰酸钾分解的文字表达式直观呈现物质转化过程，隐含元素价态变化的学科本质，为后续氧化还原反应埋下认知伏笔。装置设计上，试管倾斜、棉花防堵、排水集气等细节，结合“方法导引”的三项注意事项（气密性检查、棉花作用、防倒吸操作），将抽象的安全原则具象化为可执行的动作指令（如“先移导管后灭灯”的压强解释），培养学生基于证据的风险预判能力。实验编排凸显“实践反思”的科学思维培养。三个思考题直指学科本质：气密性检查关联装置密封性的物理原理，棉花防堵体现对副产物控制的环保意识，防倒吸操作揭示压强差与实验安全的化学规律。这种设计引导学生从“会操作”向“懂原理”进阶，呼应课标“初步形成实验室制备气体的一般思路”的要求。最后的“学以致用”和“物质制备要求”进一步升华到模型建构层面——通过对比氯酸钾制氧（催化剂应用）的任务，引导学生迁移装置设计方法；而“原料价廉易得、装置安全可靠、操作可控、环保节能”四原则的明确提出，将实验经验提炼为普适性的物质制备认知模型，体现化学学科的社会责任。学生在学习本课时前已具备一定的化学认知基础：通过第一章的学习，他们已了解分解反应的基本特征（如“一变多”），能识别简单化学方程式，并接触过基础实验操作。对氧气性质的已有认知为本课的气体检验环节提供了支撑。然而，学生尚缺乏系统性气体制备经验，对装置设计的理解往往停留在机械模仿阶段，难以从反应原理出发推理装置细节。例如，虽能背诵“试管口略向下倾斜”的步骤，却不易关联到“防止冷凝水回流炸裂试管”的物性本质；对“棉花防堵”的操作，可能仅视为教材规定动作，未能理解其“控制副产物扩散”的环保内涵。学生认知的典型障碍集中在微观原理与宏观操作的衔接上。一方面，高锰酸钾分解中锰元素价态变化的抽象性远超其当前化学符号认知水平，易造成理解断层；另一方面，实验中的压强动态变化（如“先撤导管防倒吸”）涉及气体热胀冷缩的物理规律，学生若缺乏跨学科思维，易形成死记硬背。此外，初中生普遍对实验充满兴趣，但安全意识与规范意识薄弱——可能忽略气密性检查的严谨性，或误判操作顺序的风险，需通过显性化实验后果（如倒吸炸裂试管演示）强化认知。值得注意的是，学生初步萌发的科学探究能力为本课提供发展契机。他们能观察并描述明显的实验现象，但需引导其关注隐性证据（如棉花上残留的粉末证明防堵必要性）；他们能模仿教材装置，但设计氯酸钾制氧方案时，可能忽略催化剂回收的环保要求，或对“物质制备四原则”（经济、安全、可控、环保）仅作口号式复述。教师需以“异常实验”为突破口（如故意撤去棉花观察导管堵塞），推动学生从“按步骤操作”转向“依原理决策”，逐步建构“性质决定制备”的学科思维，为高中学习气体制备模型埋下认知锚点。教学环节一新课导入【实验视频】“高锰酸钾+白糖快速取火”实验，观察剧烈燃烧现象。【提问】为什么高锰酸钾与白糖混合能快速燃烧？这个过程中产生了什么关键物质？【学生回答】可能需要氧气支持燃烧。【讲解】没错！高锰酸钾受热会释放氧气，这正是实验室制氧气的重要方法。今天我们将系统学习如何用高锰酸钾制备纯净的氧气。设计意图1.激发兴趣：用视觉冲击力强的实验导入，快速吸引学生注意力。教学环节二氧气的实验制取活动一：反应原理与装置【引入】上节课我们学习了过氧化氢分解制氧气，今天我们学习另一种方法——高锰酸钾分解制氧气。【讲解】高锰酸钾是一种暗紫色固体，加热时会分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，反应的文字表达式为：高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气【提问】结合用过氧化氢、高锰酸钾制备氧气的原理，思考实验室制氧气选择药品和反应时需考虑的因素有哪些？【学生回答】制氧气的原料须是含氧的物质；利用比较简单的实验条件就能较快得到氧气；生成的气体成分单一，便于收集。【讲解】没错，这就是选择试剂制取氧气需要考虑的因素。在高锰酸钾分解制取氧气的这个反应里，反应物高锰酸钾是暗紫色固体，生成物锰酸钾是暗绿色固体，二氧化锰是黑色固体，氧气是无色气体。【提问】结合反应原理，大家思考：反应物的状态是什么？反应条件是什么？这决定了发生装置的类型是怎样的？【学生回答】反应物是固体（高锰酸钾），反应条件是加热，所以需要能加热、能加橡胶塞，导出气体的反应仪器试管，还需要加热仪器酒精灯，同时需要夹持仪器铁架台。【讲解】没错，需要用到试管、酒精灯、铁架台等仪器，因为反应物状态为固体，反应条件需要加热，这种发生装置叫固体加热装置。组装时要注意：试管口略向下倾斜（防止冷凝水倒流炸裂试管），药品平铺在试管底部（增大受热面积），用外焰加热。【提问】氧气的收集方法有哪两种？这两种氧气的收集方法中哪种收集的氧气纯度更高？【学生回答】向上排空气法和排水法。向上排空气法收集到的氧气比较干燥，但是纯度不够高，排水法收集的氧气纯度更高，但是比较湿润。【讲解】同学们总结得很到位。我们把发生装置和收集装置组合在一起，就是完整的氧气制取装置。此外，为了防止高锰酸钾粉末进入导管，需在试管口放一小团棉花。设计意图1.决策训练：引导学生对比两方法共性，自主归纳试剂选择三要素（含氧、简易、纯净）。2.证据推理：依据反应物状态（固）与条件（加热），推导固体加热装置及塞棉花等细节。3.辩证思维：对比排水法（纯）与排空气法（干）的优劣，培养实验方案取舍意识。4.安全内化：将棉花防堵、试管倾斜等操作关联安全后果，显性化隐含的科学原则。活动二：操作步骤与规范【学生实验】在老师的帮助下，根据本页“方法导引”中的实验注意事项完成下列实验，观察实验现象。利用如图的实验装置，加热装有少量高锰酸钾的试管，收集一瓶氧气，将带有火星的木条伸入集气瓶中检验生成的气体。【提问】怎样检查上述装置的气密性？在气体收集完毕时应如何操作？【学生回答】检查气密性：先将导管一端放入水中，后用手紧握试管外壁，若导管口有气泡冒出，说明气密性良好。气体收集完毕：先将导管移出水面，再熄灭酒精灯，以免因试管内压强减小而产生倒吸现象。【讲解】高锰酸钾分解制取氧气的操作步骤：①查，组装仪器，检查装置的气密性；②装，将试剂平铺在试管底部（增大受热面积，便于均匀受热），并在试管口放一小团棉花，用单孔橡皮塞塞紧；③定，用铁夹夹持试管，并固定在铁架台上；④点，点燃酒精灯进行加热（记得预热）；⑤收，用排水法收集氧气（等气泡连续均匀放出时再开始收集）；⑥移，实验完毕，先把导气管从水槽中移出水面；⑦熄，熄灭酒精灯，停止加热。强调⑥⑦不能调换，防止水倒吸使试管破裂。【展示题目】典例：如图所示为实验室用高锰酸钾制取氧气的部分操作。其中正确的是（）ABCDA．检查气密性 B．加入固体药品C．制取氧气 D．检验氧气已收集满【学生回答】A设计意图1.强化规范：通过分步讲解实验操作和注意事项（如试管口棉花、操作顺序），培养学生严谨的实验态度。2.互动思考：通过提问引导学生分析装置选择依据和操作原因，提升逻辑思维能力。教学环节三实验室制取气体的一般思路活动一：氯酸钾分解制备氧气【讲解】实验室中，还可加热氯酸钾（KClO3）和二氧化锰的固体混合物来制取氧气，反应原理为：氯酸钾氯化钾+氧气。该反应中二氧化锰是催化剂。【提问】根据氯酸钾（KClO3）分解制氧气的化学原理，设计实验装置，并说明实验操作的具体要求。【学生回答】根据反应原理可知，反应物是氯酸钾，为固态，反应条件有二氧化锰、加热，所以发生装置为固体加热型，实验装置、实验操作和高锰酸钾制备氧气实验的类似。【讲解】制取气体的思路：选择药品和反应：需考虑原料是否易得、反应条件是否简单、气体是否易收集（如氯酸钾和高锰酸钾均含氧量高，反应条件为加热，符合要求）；确定发生装置：依据反应物状态（固体）和反应条件（加热），选择固体加热型装置（与高锰酸钾制氧气类似，但氯酸钾制氧气无需棉花）；确定收集装置：依据气体性质（氧气密度比空气大、不易溶于水），选择向上排空气法或排水法；操作步骤：遵循“查、装、定、点、收、移、熄”（与高锰酸钾制氧气一致）；检验与验满：根据气体特性（如氧气能使带火星木条复燃）。【提问】对比高锰酸钾和氯酸钾制氧气的装置，为什么氯酸钾制氧气时试管口不用放棉花？【学生回答】氯酸钾分解时不会产生粉末状物质堵塞导管。【归纳模型】实验室里制取气体的一般思路和方法：【讲解】物质制备的要求：①利用化学反应制备物质，应选择价廉易得的物质为原料；②物质制备的装置要安全可靠，物质制备反应的条件要便于控制，生成物要易于分离和收集；③物质制备过程中能源的消耗要尽可能少，要尽量避免对环境造成不利的影响。【展示题目】典例：质量相等的两份氯酸钾，只向其中一份加入少量二氧化锰，同时放在两只试管内加热。下列有关放出氧气质量(g)与反应时间(t)关系图象(图中是a纯氯酸钾曲线，b是混有二氧化锰的曲线)其中正确的是（）ABCD【学生回答】C设计意图1.归纳提升：通过具体实例（氯酸钾制氧气）总结制取气体的一般思路，实现从“具体”到“抽象”的认知提升，呼应课件中“学以致用”的要求。2.迁移应用：引导学生对比不同制氧方法的异同，培养知识迁移能力，为后续学习其他气体制取奠定基础。第3节氧气的制备（第2课时）一、氧气的实验室制备1.原理：高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气2.装置：发生：固体加热型（棉花+试管倾斜）收集：排水法（纯）/向上排空气法（干）3.步骤：查→装→定→点→收→移→熄二、一般思路：药品→原理→发生装置→收集装置→检验→验满1.实验室用加热高锰酸钾的方法制取氧气，有关操作如下，正确的一项是（）A．铁夹应夹在试管底部B．加热前用酒精灯外焰在试管底部来回移动C．实验结束时应先熄灭酒精灯D．实验结束后集气瓶应盖好玻璃片倒放在桌面上2.在“氧气的实验室制取与性质”实验中，下列装置或操作不正确的是（）A．用图甲所示的装置检查气密性 B．用图乙所示的装置制备氧气C．用图丙所示的装置收集氧气 D．用图丁所示的装置对氧气验满3.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，先将导管伸入集气瓶中，再点燃酒精灯D．气体收集完毕后，先将导管移出水面，再熄灭酒精灯4.实验室采用排水法收集氧气时，需将导气管伸入盛满水的集气瓶，这个操作应在（）A.加热固体药品前B.与加热固体药品同时C.开始有气泡放出时D.气泡连续并均匀放出时5.某同学在实验室里用高锰酸钾固体制取氧气，请回答下列问题：(1)写出仪器①的名称；(2)收集氧气，可选择的收集装置是（填字母）；(3)为了防止加热时试管内的粉末状物质进入导管，应在试管口放一团；(4