九年级化学上册（鲁教版）第四单元 我们周围的空气 教学设计

九年级化学上册（鲁教版）第四单元我们周围的空气教学设计

一、课标分析与教材解读

本单元“我们周围的空气”是九年级化学课程中承上启下的关键枢纽，其设计严格遵循《义务教育化学课程标准（2022年版）》的核心素养导向。从课程定位来看，本单元既是前三个单元（步入化学殿堂、探秘水世界、物质构成的奥秘）所学概念（如物理变化与化学变化、混合物与纯净物、分子原子等）的深化应用场域，也是后续学习具体元素化合物知识（如碳、金属、酸碱盐）的方法论奠基。鲁教版教材在编排上凸显了“从生活走进化学，从化学走向社会”的理念，以空气这一学生最为熟悉的物质群落为载体，引领学生实现从宏观现象到微观辨析，从定性描述到定量研究，从单一物质到混合体系的认知飞跃。教师需站在“大单元教学”的高度，打破课时壁垒，将空气的成分探究、氧气的性质与制取、以及空气资源的保护整合为一个有机整体，引导学生在真实情境中建构“混合物分离”、“性质决定用途”、“化学变化与能量”等大概念，最终形成“化学可以创造更多样、更美好的物质世界，同时必须与环境和资源相协调”的可持续发展观念。

二、学情精准画像

授课对象为九年级学生，他们具备以下认知基础与心理特征：

【基础】知识储备上，通过前三单元的学习，学生已初步建立了化学变化、物理变化的概念，了解了分子、原子的基本性质，掌握了简单的实验操作技能（如药品取用、加热、仪器连接）。生活经验上，学生对空气的存在、风、呼吸等自然现象有直观感受，但对空气的复杂组成及各组分的作用认知模糊。

【重要】认知能力上，九年级学生正处于从形象思维向抽象逻辑思维过渡的关键期，他们好奇心和求知欲旺盛，喜欢动手实验，但思维的严谨性、系统性尚显不足，对于“定量”测定混合物组成、从微观角度理解化学反应原理、通过控制变量设计对比实验等内容存在学习困难。

【难点】学生可能遇到的障碍包括：1.对拉瓦锡经典实验的定性与定量结合的理解存在思维跨度；2.在氧气的化学性质实验中，难以从多组实验现象中归纳出氧气的“助燃性”这一共性本质；3.在氧气的实验室制取中，难以将装置选择与反应原理（药品状态、反应条件）及气体性质（密度、溶解性、是否与水反应）建立系统联系，即“原理决定装置，性质决定收集”的逻辑链条尚未牢固建立。

三、教学目标设定（指向核心素养）

基于以上分析，本单元教学目标设定如下：

1.科学探究与实践：通过模拟拉瓦锡实验原理的创新实验、氧气性质的系列探究实验以及氧气的实验室制取活动，学习运用观察、实验、归纳和比较等方法获取证据，并能基于证据进行分析推理，得出结论。初步学会气体制备装置的选择与连接，掌握检查装置气密性的基本操作。

2.化学观念：通过对空气成分的探究，形成“物质是由不同元素组成的混合物与纯净物”的观念；通过对氧气与其他物质反应现象的分析，初步建立“物质的性质决定用途，用途反映性质”的学科观念；理解化学变化中伴随的能量变化（放热、发光）。

3.科学思维：能运用定性、定量的方法研究空气的组成；能从微观粒子（如氧分子、氮分子）的角度解释混合物与纯净物的区别；能初步运用控制变量和对比实验的思想设计简单的探究方案。

4.科学态度与责任：通过了解空气污染现状及防治措施，形成保护环境、珍爱资源的意识，树立“绿色化学”和可持续发展的理念。感悟化学家（如拉瓦锡）严谨求实、勇于探索的科学精神。

四、教学重难点确定

【核心概念】空气的成分及其体积分数；氧气的主要化学性质（助燃性）；氧气的实验室制取原理、装置及操作。

【难点】1.空气中氧气含量测定的实验原理设计与误差分析。2.从微观本质上理解化合反应与氧化反应的概念。3.根据不同原理和气体性质，灵活选择氧气制取与收集装置。

五、教学方法与媒体

教法：采用情境驱动法、问题链导学法、实验探究法与模型建构法相结合。以“空气宝藏的探索与利用”为单元主线任务，将核心知识拆解为层层递进的问题链，驱动学生自主探究。

学法：倡导自主、合作、探究的学习方式。学生通过小组合作设计实验方案、动手操作、记录现象、交流讨论，在“做中学”和“思中悟”。

教学媒体：多媒体课件（包含微观动画、实验演示视频）、数字化实验设备（如氧气传感器、压强传感器）、传统实验仪器（燃烧匙、集气瓶、导管等）。

六、教学实施过程（核心环节详细展开）

本单元计划安排5课时，具体实施过程如下：

第一课时：空气的“身份档案”——成分探究史与定性定量初识

（一）创设情境，引入主题

【导入】播放一段关于航天员在太空站如何获取氧气、处理废气的视频片段。提问：我们赖以生存的空气，看似“空无一物”，它究竟是由什么构成的？古代人们曾认为空气是单一物质，是谁揭开了它的神秘面纱？

【设计意图】用前沿科技吸引学生注意，激发探究欲望，自然引出空气成分的探究历史。

（二）追寻历史，定性研究

【活动】教师引导学生阅读教材中“拉瓦锡研究空气成分”的实验图示及文字资料，组织小组讨论。

【问题链】1.拉瓦锡的实验中，发生了什么现象？（汞表面生成红色粉末，部分空气被消耗，剩余气体不支持燃烧）这说明了什么？（说明空气至少包含两种性质不同的气体：一种支持汞的“固定”，另一种不支持。）2.拉瓦锡通过什么方法获得了“空气中氧气约占1/5”的结论？（定量测量：测量消耗掉的空气体积与总体积的比例。）3.为什么拉瓦锡的实验要持续加热12天？（确保汞与氧气充分反应，体现了严谨求实的科学态度。）

【教师总结】拉瓦锡的实验不仅定性证明了空气不是单一物质，还开创了定量研究空气组成的先河。我们将其原理简化，能否用更便捷的方法测定空气中氧气的含量？

【设计意图】通过还原科学史，让学生理解知识的形成过程，培养证据推理能力和科学精神。此为【基础】与【高频考点】。

（三）原理迁移，定量模拟——空气中氧气含量的测定（核心实验）

【活动】教师展示并介绍改进实验装置（如图，用红磷代替汞，在集气瓶内进行）。引导学生明确实验原理：利用红磷燃烧消耗瓶内氧气，生成固体五氧化二磷，使瓶内气体减少，压强降低，水被压入集气瓶，进入水的体积即为消耗的氧气体积。

【小组实验】学生分组完成红磷燃烧测定空气中氧气含量的实验。

【观察与记录】1.红磷燃烧现象（剧烈燃烧，产生大量白烟，放热）。2.冷却后打开弹簧夹，观察现象（水沿导管进入集气瓶，约占瓶内原空气体积的1/5）。

【深度追问与误差分析】这是【难点】与【高频考点】。教师引导学生对可能出现的异常结果进行预测与分析：

【非常重要】问题1：如果实验结果小于1/5，可能的原因有哪些？（学生讨论得出：a.红磷量不足，氧气未耗尽；b.装置气密性不好，外界空气进入；c.未冷却至室温就打开弹簧夹，瓶内气体受热膨胀，压强差小；d.导管内未预先注满水，占据部分体积。）

【非常重要】问题2：如果实验结果大于1/5，可能的原因是什么？（a.弹簧夹未夹紧，红磷燃烧时瓶内气体受热膨胀逸出；b.燃烧匙伸入过慢，瓶内气体受热膨胀逸出；c.将燃着的红磷放入集气瓶时，引燃了瓶内部分氧气。）

【拓展提升】能否用木炭、硫粉、铁丝代替红磷？为什么？（引导学生从生成物状态分析：木炭、硫燃烧生成气体，会补偿消耗氧气的体积，导致水几乎不倒吸；铁丝在空气中不燃烧。）从而深化对反应物和生成物选择要求的理解：反应物只能与空气中氧气反应，且生成物不能是气体。

【设计意图】将化学史转化为可操作的实验，通过亲身实践和误差分析，培养学生的实证意识和严谨的科学思维。此为【核心活动】。

第二课时：空气的“家族成员”——纯净物与混合物，各组分性质与用途

（一）回顾导入，概念建构

【复习】从上一节课的测定实验，我们知道空气是一个“大家庭”。教师引导学生说出空气的主要“家庭成员”：氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳、水蒸气等。

【概念深化】由此引出【核心概念】纯净物与混合物。教师提问：空气和我们之前学习的水、氧气有什么不同？学生总结：空气由多种物质组成，是混合物；氧气、氮气由一种物质组成，是纯净物。教师强调：纯净物可以用化学式表示（如O2、N2），而混合物没有固定的化学式。

（二）自主学习，角色扮演

【活动】将学生分为“氮气”、“氧气”、“稀有气体”、“二氧化碳”四个小组，利用教材和网络资源，扮演该气体的“代言人”，从“物理性质、化学性质、主要用途”三个方面进行介绍。

【重要】【高频考点】氧气组介绍：性质——无色无味气体，不易溶于水，密度略大于空气，化学性质活泼，具有【助燃性】（支持燃烧）和【供给呼吸】。用途——潜水、医疗急救、炼钢、气焊等。

氮气组介绍：性质——无色无味气体，难溶于水，化学性质【稳定】（不支持燃烧，也不容易与其他物质反应）。用途——食品充氮防腐、制造氮肥、用作保护气等。

稀有气体组介绍：性质——无色无味，化学性质【极不活泼】（惰性），通电时会发出不同颜色的光。用途——制作霓虹灯、航标灯、用作保护气（如焊接金属时）、氦气用于填充探空气球（密度小、化学性质稳定且安全）。

二氧化碳组介绍：性质——不能燃烧也不支持燃烧（通常情况），能溶于水，能使澄清石灰水变浑浊。用途——灭火、做碳酸饮料、干冰用于人工降雨等。

【教师追问】为什么液氮可用于医疗冷冻治疗？为什么氦气取代氢气填充气球？引导学生深入理解“性质决定用途”。

【设计意图】通过角色扮演，变被动接受为主动建构，使枯燥的记忆内容生动化，同时锻炼信息处理和表达能力。

（三）微观辨析，宏微结合

【活动】利用多媒体动画，展示氧气、氮气、二氧化碳等纯净物是由同种分子构成，而空气是由氧分子、氮分子、二氧化碳分子等多种分子混合在一起的微观画面。

【小结】从微观视角巩固混合物与纯净物的概念：由同种分子（或原子）构成的是纯净物；由不同种分子（或原子）构成的是混合物。

【设计意图】实现从宏观性质到微观构成的跨越，帮助学生构建微粒观，为后续学习打下基础。

第三课时：氧气的“化学名片”——助燃性的系列探究

（一）实验导入，激活思维

【演示】教师展示一瓶无色气体（氧气），并说：“这是一瓶大家非常熟悉的气体，你们能根据刚才‘氧气代言人’的介绍，证明它的身份吗？”引导学生设计简单的检验方法：用带火星的木条伸入，若木条复燃，证明是氧气。【重要】氧气的检验方法由此引出。

（二）系列实验，层层递进

【活动】学生分组进行氧气化学性质的系列实验，这是本单元【热点】与【非常重要】的实验技能训练。

实验1：木炭在空气和氧气中燃烧的对比。

操作：用镊子夹取一小块木炭，在酒精灯上加热至红热，观察现象；然后将红热的木炭自上而下缓慢伸入盛有氧气的集气瓶中，观察现象；燃烧停止后，向集气瓶中倒入少量澄清石灰水，振荡。

现象：在空气中：红热，无火焰；在氧气中：剧烈燃烧，发出白光，放出大量热。澄清石灰水变浑浊。

结论：木炭（主要成分碳）与氧气在点燃条件下反应，生成二氧化碳。化学方程式：C+O2点燃CO2。

实验2：硫在空气和氧气中燃烧的对比。

操作：取少量硫粉放入燃烧匙，在酒精灯上加热至燃烧，观察现象（在空气中：微弱的淡蓝色火焰）；然后迅速伸入盛有氧气的集气瓶中，观察现象（在氧气中：明亮的蓝紫色火焰，放热，生成有刺激性气味的气体）。

注意：实验应在通风橱或通风处进行，并在集气瓶底预留少量水（吸收二氧化硫，防止污染）。

结论：硫与氧气反应，生成二氧化硫。化学方程式：S+O2点燃SO2。

实验3：铁丝在氧气中燃烧。

操作：取一根细铁丝，绕成螺旋状，下端系一根火柴。点燃火柴，待火柴快燃尽时，伸入盛有氧气的集气瓶中（瓶底预先留少量水或细沙）。

现象：铁丝剧烈燃烧，火星四射，放出大量热，生成黑色固体（四氧化三铁）。

注意：强调火柴的作用（引燃），为何要待火柴快燃尽再伸入（防止火柴消耗过多氧气），瓶底为何要放水或沙（防止高温熔化物溅落炸裂瓶底）。

结论：铁与氧气反应，生成四氧化三铁。化学方程式：3Fe+2O2点燃Fe3O4。

（三）归纳概括，建构概念

【小组讨论】1.上述三个反应有什么共同特征？（都是两种物质反应生成一种物质；都是物质与氧气发生的反应；反应中都放出热量。）2.根据它们的共同特征，你能试着给这类反应下定义吗？

【教师引导】引出化合反应（多变一）和氧化反应（物质与氧发生的反应）的概念。并强调氧化反应分为剧烈氧化（如燃烧）和缓慢氧化（如铁生锈、呼吸、食物腐败）。

【深度辨析】化合反应是基本反应类型（从形式上分类），氧化反应是从是否得氧的角度分类。两者是交叉关系。例如，蜡烛燃烧是氧化反应，但不是化合反应（生成物有两种）；铁生锈是缓慢氧化，也是氧化反应，但生成物只有一种，可视为化合反应。

【设计意图】通过丰富的实验现象，使学生获得鲜明、生动的感性认识，再通过分析、比较、归纳，上升到理性认识，自然建构核心概念。

第四课时：氧气的“制备工厂”——实验室制法的原理与装置探究

（一）任务驱动，明确目标

【情境】实验室需要大量氧气来支持今天的探究活动。除了从空气中分离（工业制法，物理变化），我们如何用化学方法快速、便捷地制取纯净的氧气？

【引入课题】氧气的实验室制法。

（二）原理探究，择优选择

【提供资料】教师提供几种能产生氧气的化学反应：1.高锰酸钾（KMnO4）加热；2.氯酸钾（KClO4）加热；3.过氧化氢（H2O2）溶液，常温下分解很慢，加入二氧化锰（MnO2）后迅速分解。

【小组讨论】从反应条件、安全性、操作简便、环保等角度，分析哪种药品更适合实验室制取氧气。

【形成共识】1.过氧化氢制氧气：常温反应，无需加热，安全节能，操作简便，产物是水和氧气，无污染。是目前最常用的方法。2.高锰酸钾制氧气：需要加热，操作稍复杂，但也是重要的方法，尤其在加热制气体的技能训练中必不可少。

【引出催化剂概念】在过氧化氢分解中，二氧化锰起到了什么作用？【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。其特点是“一变两不变”。

（三）装置选择，原理应用

【活动】教师引导学生根据反应原理和气体性质，选择合适的实验装置。这是【难点】与【核心能力】培养。

1.发生装置的选择依据：反应物状态和反应条件。

a.过氧化氢制氧气（固体+液体，常温）→选择固液不加热装置（如锥形瓶+长颈漏斗+双孔塞）。

b.高锰酸钾制氧气（固体，加热）→选择固固加热装置（如大试管+酒精灯+单孔塞）。并强调高锰酸钾制氧气的操作要点：试管口要略向下倾斜（防止冷凝水回流炸裂试管），导管口要塞一团棉花（防止高锰酸钾粉末进入导管）。

2.收集装置的选择依据：气体的密度（与空气比较）和溶解性。

a.氧气密度略大于空气（且不与空气主要成分反应）→可用向上排空气法（导管伸到集气瓶底部）。

b.氧气不易溶于水（且不与水反应）→可用排水法（收集的气体较纯净，但会含有水蒸气）。

【小组任务】请学生根据所提供的仪器清单，为过氧化氢制氧气和高锰酸钾制氧气分别组装一套完整的实验装置，并说明组装理由。

【设计意图】将抽象的原理转化为具体的装置图，培养学生的模型认知和工程思维，理解化学知识在实际应用中的逻辑链条。

第五课时：氧气的“制备实践”——动手操作与思维深化

（一）回顾梳理，明确步骤

【复习】快速回顾上一节课确定的两种制氧气方法的发生装置、收集装置以及催化剂概念。

【重点强调】实验操作的安全性和规范性。特别是高锰酸钾制氧气的操作顺序：

【非常重要】检查装置气密性→装入药品→固定试管（口略向下斜）→点燃酒精灯加热（先预热，再集中药品部位加热）→用排水法收集（当气泡连续均匀冒出时再收集）→实验结束后，先将导管移出水面→再熄灭酒精灯（防止水倒吸炸裂试管）。此顺序是必考内容。

（二）分组实践，体验过程

【活动】学生分为两大组，分别完成“过氧化氢溶液和二氧化锰制取并收集氧气”和“高锰酸钾制取并收集氧气”的实验。要求每一步操作规范，仔细观察现象，并检验所得气体是否为氧气。

【教师巡回指导】及时纠正不规范操作，如长颈漏斗末端未液封、排气法收集时导管未伸入底部、排水法收集时集气瓶未注满水、验满方法不正确等。

（三）实验反思，交流讨论

【成果展示】各组展示收集到的氧气，并用带火星的木条进行检验。

【问题研讨】1.在用过氧化氢制氧气时，为何加入二氧化锰后反应速率明显加快？如何证明二氧化锰是催化剂？（引导学生设计实验：称量反应前后二氧化锰的质量；验证其化学性质是否改变。）2.用向上排空气法收集氧气时，如何验满？（用带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，则已满。）用排水法收集时，如何判断已集满？（当集气瓶口有大气泡冒出时。）

【拓展应用】工业上如何大量制取氧气？（分离液态空气法，利用液态氮和液态氧的沸点不同，属于物理变化。）引导学生比较实验室制取气体与工业制取气体的本质区别。

【设计意图】通过亲手操作，将知识转化为技能，体验科学探究的乐趣和严谨性。通过问题研讨，深化对催化剂概念的理解，并学会区分实验室制法与工业制法。

七、板书设计（结构化呈现）

（注：板书随教学过程动态生成，体现知识的内在联系）

第四单元我们周围的空气

一、空气的成分（混合物）

1.拉瓦锡实验：定性+定量

2.红磷测定实验原理、现象、误差分析

3.体积分数：N2(78%)、O2(21%)、稀有气体(0.94%)、CO2(0.03%)、其他

二、物质的分类

4.纯净物：由一种物质组成（有化学式，如O2、N2）

5.混合物：由两种或多种物质混合而成（无固定化学式，如空气）

三、氧气（O2）

6.物理性质：无色无味气体、不易溶于水、密度略大于空气

7.化学性质：【核心】助燃性（支持燃烧、供给呼吸）

（1）与C反应：C+O2点燃CO2（白光）

（2）与S反应：S+O2点燃SO2（蓝紫色火焰）

（3）与Fe反应：3Fe+2O2点燃Fe3O4（火星四射）

8.反应类型：【基础】化合反应（多变一）；【基础】氧化反应（物质与氧的反应）

四、氧气的制取

9.工业制法：分离液态空气（物理变化）

10.实验室制法（化学变化）：

（1）原理：

a.2H2O2MnO22H2O+O2↑（催化剂：一变两不变）

b.2KMnO4加热K2MnO4+MnO2+O2↑

（2）装置：

发生装置：固液不加热型/固固加热型

收集装置：排水法（不易溶于水）、向上排空气法（密度大于空气）

（3）操作步骤（以高锰酸钾为例）：查、装、定、点、收、移、熄（茶庄定点收利息）

八、教学反思与评价设计

（一）教学反思

本单元教学设计力求将知识逻辑、认知逻辑与问题解决逻辑相统一。通过“拉瓦锡的探索”、“氧气的检验与性质探究”、“氧气的制备”等一系列环环相扣的探究活动，将抽象的化学概念具象化，让学生在亲历知识发现的过程中，不仅掌握了核心知识，更重要的是发展了科学探究能力和化学思维。特别是对空气中氧气含量测定实验