探究与实践：项目式学习视域下九年级化学氧气的实验室制取与性质教学设计

探究与实践：项目式学习视域下九年级化学氧气的实验室制取与性质教学设计

一、教材与教学内容分析

【基础】本节课位于人教版九年级化学上册第二单元《我们周围的空气》的课题3，是学生接触到的第一个系统的气体制备实验。它不仅是前期学习了氧气性质基础上的实践深化，更是整个初中化学气体制备的奠基课。教材内容主要分为两部分：一是氧气的实验室制法，包括反应原理（高锰酸钾分解、过氧化氢分解）、发生装置与收集装置的选择依据、操作步骤及验满方法；二是氧气的化学性质验证，通过木炭、铁丝、硫磺等在氧气中燃烧的实验，进一步巩固“氧气支持燃烧”这一化学性质。

【核心】从课程改革理念来看，本节内容承载着多重教育价值。它不仅要让学生掌握具体的知识和操作技能，更要引导学生初步体验“化学实验是研究和学习物质及其变化的基本方法”，初步建立“猜想与假设—设计方案—进行实验—收集证据—解释与结论”的科学探究意识。同时，通过对比不同制取氧气的方法，培养学生“绿色化学”和“模型认知”的核心素养。

二、学情分析

【基础】九年级学生正处于从形象思维向抽象逻辑思维过渡的阶段。在前一课题的学习中，学生已经了解了氧气的物理性质和化学性质，对氧气有了初步的感性认识。他们对化学实验充满了好奇心和强烈的动手欲望，这为本节课的探究活动提供了良好的心理基础。

【难点】然而，学生毕竟是第一次接触需要组装复杂仪器、涉及多步操作的综合性实验。他们对“发生装置”和“收集装置”的选择依据缺乏系统性认识，容易混淆“固固加热型”与“固液不加热型”的适用条件。在具体操作中，如检查装置气密性、加热高锰酸钾时的注意事项（试管口略向下倾斜、放棉花）、排水法收集气体的时机把握等，都是学生容易出错的地方。此外，对于“催化剂”这一抽象概念的理解，也需要通过具体的实验现象来支撑。

三、核心素养目标

1.宏观辨识与微观探析：通过观察不同物质在氧气中燃烧的实验现象（宏观），初步理解化学反应的本质是原子的重新组合（微观），能从元素视角看待物质的组成。

2.变化观念与平衡思想：认识过氧化氢在催化剂作用下分解生成新物质的过程，理解催化剂在化学反应中改变反应速率的作用，但本身不参与最终产物的构成。

3.证据推理与模型认知：通过对氧气制取装置的分析，初步建立实验室制取气体的一般思路与模型（反应原理决定发生装置，气体性质决定收集装置）。

4.科学探究与创新意识：【非常重要】经历“探究过氧化氢制取氧气中催化剂作用”和“探究氧气性质”的实验过程，学习基于实验事实进行科学推理的方法。鼓励学生对实验装置进行改进和评价，培养创新意识。

5.科学态度与社会责任：通过实验培养严谨求实的科学态度，严格按照实验步骤操作，注意实验安全。通过讨论不同制氧方法的优缺点，增强环保意识和成本意识。

四、教学重难点

1.【核心】教学重点：

氧气的实验室制取原理和实验装置。

高锰酸钾（或过氧化氢）制取氧气的实验步骤及注意事项。

氧气的化学性质及实验现象描述。

2.【难点】教学难点：

对“催化剂”概念的理解。

探究实验室制取气体的一般思路与方法。

理解并掌握排水法收集气体的原理及操作关键。

五、实验准备

1.仪器：大试管、试管夹、单孔橡胶塞、胶皮管、玻璃导管（直角导管、弯导管）、集气瓶（配毛玻璃片）、水槽、铁架台（带铁夹）、酒精灯、坩埚钳、燃烧匙、药匙、镊子、火柴、细木条。

2.药品：高锰酸钾晶体、过氧化氢溶液（5%、10%浓度）、二氧化锰粉末、木炭、细铁丝、硫粉、澄清石灰水。

3.其它：棉花、小木块、细沙、烧杯。

六、教学实施过程（核心环节）

（一）【情境导入】创设问题情境，激发探究欲望

教师通过多媒体展示一组图片：潜水员背负氧气瓶在深海中探索、登山运动员在珠峰顶上面罩供氧、医院急救室里病人正在吸氧、以及火箭助推器里装着液态氧。引导学生思考：“氧气如此重要，我们呼吸的空气中有氧气，但在这些特殊场景下，氧气从何而来？”学生根据生活经验可能会回答“氧气瓶”，教师继续追问：“氧气瓶里的氧气又是怎么充进去的？”由此引出课题——我们今天就要像科学家一样，在实验室里亲手制造出氧气，并验证它的神奇性质。

【设计意图】从生活走向化学，利用真实情境激发学生的内在学习动机，明确本节课的核心任务。

（二）【原理初探】追溯历史，分析反应原理

教师引导：“人类很早就开始研究如何获得氧气。你知道科学家们用过哪些方法吗？”学生通过预习可能知道电解水、分离液态空气、加热某些药品等方法。教师对学生的回答给予肯定，并指出：在实验室条件下，我们追求的是操作简便、反应可控、易于收集。

【高频考点】教师板书并介绍两种常用的实验室制氧方法：

1.加热高锰酸钾（KMnO₄）：这是一种暗紫色固体，稍微加热就能放出氧气。

符号表达式：高锰酸钾→锰酸钾+二氧化锰+氧气

2.分解过氧化氢（H₂O₂）：俗称双氧水，是一种无色液体，在常温下就能缓慢放出氧气。

符号表达式：过氧化氢→水+氧气

教师提出问题：“这两个反应，一个是给固体加热，一个是液体常温分解。如果让你设计实验装置，你觉得应该有什么不同？怎样才能让过氧化氢快速产生大量氧气？”

（三）【核心探究一】突破难点：“催化剂”的发现之旅

【非常重要】这一环节是培养学生科学探究能力的关键。

教师演示实验：取A、B、C三支试管，各加入5mL5%的过氧化氢溶液。

1.实验A：将带火星的木条伸入试管口，木条不复燃。说明常温下过氧化氢分解缓慢，氧气量少。

2.实验B：在试管中加入少量二氧化锰粉末，再将带火星的木条伸入试管口，木条剧烈复燃！学生观察到明显的现象变化。

3.实验C：教师提问：“是二氧化锰本身产生了氧气吗？”为了打消疑虑，教师待B试管中不再产生气泡后，用带火星的木条伸入，不复燃。然后重新倒出部分液体，再加入新的过氧化氢溶液，观察现象——气泡再次剧烈产生，带火星木条再次复燃。

【难点解析】教师引导学生讨论：二氧化锰在反应中扮演了什么角色？它变少了吗？通过讨论归纳出：

4.二氧化锰加快了过氧化氢的分解速率。

5.反应前后，二氧化锰的化学性质和质量都没有改变。

由此引出【核心概念】“催化剂”——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。二氧化锰就是过氧化氢分解的催化剂，起催化作用。

【拓展视野】催化剂在化工生产、汽车尾气处理、生物体内（酶）的广泛应用，让学生体会化学原理的社会价值。

（四）【模型建构】选择与组装实验装置

【重要】这是培养“模型认知”素养的核心环节。

教师提出问题：“确定了反应原理后，如何选择合适的仪器组装成一套装置？设计装置的依据是什么？”

1.发生装置的选择：

引导学生对比“加热高锰酸钾（固体+加热）”和“过氧化氢与二氧化锰混合（固体+液体，常温）”两种反应。

学生分组讨论并得出结论：【高频考点】发生装置由反应物的状态和反应条件决定。

A.固固加热型：适用于高锰酸钾制氧气。所需仪器：大试管、酒精灯、铁架台、带导管的单孔塞。强调试管口要略向下倾斜（防止冷凝水回流炸裂试管），管口要塞一团棉花（防止高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导管）。

B.固液不加热型：适用于过氧化氢制氧气。所需仪器：锥形瓶（或试管）、长颈漏斗（或分液漏斗）、双孔塞、带导管的橡胶塞。强调长颈漏斗下端必须液封（浸入液面以下），防止氧气逸出。

2.收集装置的选择：

教师引导学生回顾氧气的物理性质（不易溶于水，密度比空气略大）。

学生自主推导出收集方法：【高频考点】

A.排水法：因为氧气不易溶于水且不与水反应。优点是收集的气体较纯净，缺点是气体湿润。

B.向上排空气法：因为氧气密度比空气大。优点是气体干燥，缺点是纯度不高。

教师演示排水法集气的操作：集气瓶装满水，用毛玻璃片盖住瓶口（不要留气泡），倒立在水槽中。导管口开始有气泡冒出时，能否立即收集？为什么？引导学生得出“等气泡连续均匀冒出时再收集”（排尽装置内的空气，防止收集的氧气不纯）。

3.装置气密性检查：

【基础】这是实验成功的前提。教师演示“手握法”：将导管一端浸入水中，双手紧握试管（或锥形瓶外壁），若导管口有气泡冒出，松开手后导管内形成一段水柱，说明气密性良好。让学生互相检查，确保每个人都掌握。

（五）【实战演练】高锰酸钾制取氧气（分组实验）

这是本节课的高潮，也是学生动手能力得到实际锻炼的环节。学生分组合作，按照“查、装、定、点、收、移、熄”七字口诀进行实验。

1.查（检查装置气密性）：按图组装好装置，进行气密性检查。

2.装（装入药品）：将高锰酸钾装入干燥的大试管底部，并在试管口塞一团棉花。

3.定（固定装置）：将试管固定在铁架台上，试管口略向下倾斜，铁夹夹在试管中上部。

4.点（点燃酒精灯加热）：先预热试管（来回移动酒精灯），然后对准药品部位集中加热。

5.收（收集气体）：用排水法收集气体。当集气瓶口有大气泡冒出时，说明已满，在水面下用毛玻璃片盖好，取出正放在桌面上（因氧气密度比空气大）。

6.移（将导管移出水槽）：实验结束时，先将导管从水槽中移出。

7.熄（熄灭酒精灯）：最后熄灭酒精灯。

【非常重要】教师巡回指导，及时纠正错误操作。特别强调“移”和“熄”的顺序不能颠倒，否则会导致水倒吸炸裂试管。这是中考实验操作考试的高频失分点。

学生成功收集到一瓶氧气后，脸上洋溢着成功的喜悦。

（六）【性质验证】走进奇幻的燃烧世界

学生利用自己制得的氧气，验证氧气的化学性质。

1.木炭的燃烧：

用坩埚钳夹取一小块木炭，在酒精灯上加热至发红，然后【缓慢】伸入盛有氧气的集气瓶中。观察现象：剧烈燃烧，发出白光，放出热量。燃烧停止后，向瓶内倒入少量澄清石灰水，振荡，石灰水变浑浊。证明生成了二氧化碳。

符号表达式：碳+氧气→二氧化碳

提问：为什么要缓慢伸入？（防止因燃烧放热使瓶内氧气膨胀逸出，导致燃烧时间短，现象不明显）

2.铁丝在氧气中燃烧：

【热点】这是最震撼的实验。取一根细铁丝，下端系一根火柴，用砂纸打磨光亮（除去表面的氧化物或油漆）。点燃火柴，待火柴快燃尽时，缓慢伸入盛有氧气的集气瓶（瓶底预先放少量细沙或水）。观察现象：铁丝剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体。

符号表达式：铁+氧气→四氧化三铁

提问：集气瓶底为什么要放少量水或细沙？（防止高温熔化物溅落炸裂瓶底）

3.硫的燃烧（若课时允许或作为教师演示）：

用燃烧匙取少量硫粉，在酒精灯上点燃，伸入氧气瓶中。观察现象：发出明亮的蓝紫色火焰（在空气中是淡蓝色火焰），放出热量，生成有刺激性气味的气体（二氧化硫，需注意通风或瓶底放少量碱液吸收）。

符号表达式：硫+氧气→二氧化硫

通过对比硫在空气和氧气中燃烧现象的不同，引导学生认识到“反应物的浓度（或纯度）影响反应的剧烈程度”。

（七）【总结归纳】构建知识网络

教师引导学生从三个维度对本节课进行总结：

1.知识层面：氧气的两种实验室制法（原理、装置、步骤、收集、验满、检验）。

2.方法层面：实验室制取气体的一般思路（发生装置看反应物状态和条件，收集装置看气体性质；验证性质需排除干扰）。

3.安全层面：实验操作的先后顺序（如“查装定点收移熄”）及原因。

七、板书设计

探究与实践：氧气的实验室制取与性质

一、实验室制取氧气

（一）反应原理

1.高锰酸钾→锰酸钾+二氧化锰+氧气（加热）

2.过氧化氢—二氧化锰→水+氧气（常温）

（二）催化剂（触媒）：改变反应速率，本身质量和化学性质不变

（三）实验装置

3.发生装置：反应物状态+反应条件→固固加热型/固液不加热型

4.收集装置：气体性质→排水法（不易溶、不反应）/向上排空气法（ρ氧>ρ空）

（四）操作步骤（高锰酸钾制氧气）

5.查（装气密性）2.装（药品+棉花）3.定（固定试管口略向下）4.点（预热后集中）

6.收（等气泡连续均匀，排水法）6.移（导管出水）7.熄（灭酒精灯）

二、氧气的化学性质

（一）木炭燃烧：发出白光，放热，生成CO₂（石灰水变浑浊）

（二）铁丝燃烧：【热点】剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体（Fe₃O₄），瓶底需水/沙

（三）硫燃烧：发出蓝紫色火焰，放热，生成刺激性气体（SO₂）

八、教学反思与评价设计

【课堂评价】本节课采用过程性评价与结果性评价相结合的方式。过程性评价关注学生在小组合作中的参与度、实验操作的规范性、观察记录的详实性以及讨论发言的积极性。结果性评价通过课堂小测和实验报告完成情况来进行，重点考查学生对催化剂的理解、气体制