氧气性质制备导学案：自主探究与练习

氧气性质制备导学案：自主探究与练习演讲人2026-07-08

探究预习准备与核心目标梳理01氧气制备方法的自主探究02氧气性质的自主探究03自主探究达标练习04目录

我作为一名拥有12年教学经验的高中化学一线教师，始终认为元素化合物模块的教学应当以学生自主探究为核心，而氧气作为学生系统学习的第一种非金属单质，是构建纯净物研究范式、掌握气体制备实验逻辑的核心载体。我结合多次教研成果和往届学生的易错点整理，设计了这份以自主探究为核心的导学案，旨在引导学生从已有认知出发，由浅入深完成知识构建，最终掌握氧气的核心性质与制备方法。接下来我将按照探究的逻辑顺序逐层展开，分为预习准备、性质探究、制备探究、巩固练习四个核心部分推进。01ONE探究预习准备与核心目标梳理

1已有认知激活我在每次开课之前都会留出5分钟给大家完成这一步骤，目的就是唤醒旧知，为新知探究搭建阶梯，请同学们先自主完成以下问题：（1）你知道氧气在日常生活中有哪些用途？这些用途分别对应了氧气的什么性质？（2）你能说出几种制备氧气的方法？分别是物理变化还是化学变化？（3）氧气能和哪些物质发生反应？写出对应的反应方程式。从过往的课堂反馈来看，多数同学只能写出3种以内用途、2种制备方法，反应方程式也多只记得和碳、铁的反应，这正好说明我们原有认知是碎片化的，需要通过本次探究整合为完整体系。

2本次自主探究的核心目标1.2.1能够准确描述氧气的物理性质与化学性质，构建“性质决定用途”的核心化学逻辑；在右侧编辑区输入内容1.2.2能够对比不同制备氧气的方法，掌握实验室制备氧气的原理、装置选择、操作要点与异常问题分析；在右侧编辑区输入内容1.2.3初步建立中学阶段气体研究的一般范式，为后续学习氯气、二氧化碳等气体打下方法论基础；在右侧编辑区输入内容1.2.4通过自主探究过程，提升实验设计与实际问题分析的能力。完成预习准备和目标梳理后，我们进入第一块核心探究内容，也就是氧气本身的性质探究，我们按照先物理性质后化学性质的通用研究顺序展开。02ONE氧气性质的自主探究

1氧气物理性质的自主探究我们研究任何纯净物的性质，都是先从不需要发生化学变化就能体现的物理性质开始，我要求同学们从色、味、态、密度、溶解性、熔沸点六个维度展开自主探究：

1氧气物理性质的自主探究1.1基于生活经验的初步归纳结合空气的组成我们可以知道，常温常压下空气中的氧气是无色无味的气体；从水生生物能够在水中生存可以得出，氧气________溶于水；从空气的平均摩尔质量是29g/mol，氧气的摩尔质量是32g/mol，可以得出，同温同压下氧气的密度比空气________。我在课堂上发现，这两个核心空多数同学都能填对方向，但很多同学会把“不易溶”写成“难溶”，这里我要提前提醒大家，难溶是指溶解度小于0.01g/100g水，氧气常温下的溶解度大约是0.049g/100g水，属于微溶范畴，因此中学阶段的规范表述是“不易溶于水”，不能等同于“难溶”。

1氧气物理性质的自主探究1.2基于特殊条件的性质修正我在2019年带学生去本地工业气体厂参观的时候，亲眼看到工业储氧罐输出的液态氧气是淡蓝色的，后来我也特意申请了少量液氧样品在课堂上给同学们展示，很多同学看完之后才惊呼原来氧气不是一直无色的。实际上，标准大气压下，氧气的沸点是-183℃，熔点是-218℃，当温度降低到沸点以下时，氧气会液化成淡蓝色的液体，继续降温会凝固成淡蓝色雪花状的固体，因此我们之前说的“无色”只适用于常温常压下的气态氧气，这一前提条件一定不能省略。

1氧气物理性质的自主探究1.3物理性质核心要点总结梳理下来，我们可以得到完整的氧气物理性质：常温常压下，氧气是无色无味的气体，密度比空气大，不易溶于水；标准大气压下，液化温度为-183℃，凝固温度为-218℃，液态、固态氧气均为淡蓝色。

2氧气化学性质的自主探究氧气是一种化学性质比较活泼的气体，能和多种物质发生氧化反应，我们按照单质、化合物的分类展开探究：

2氧气化学性质的自主探究2.1核心特性：助燃性（氧化性）的探究我们都知道可燃物燃烧需要氧气，我曾经在每一届的课堂上都做过同一个演示实验：把一根带火星的木条伸入装满氧气的集气瓶中，木条立刻复燃，这个现象就能直接证明氧气具有助燃性，这也是氧气检验的核心依据。这里我必须反复强调，一定要注意区分助燃性和可燃性：氧气是助燃物，本身不能燃烧，很多同学初学的时候会误以为氧气能燃烧，这是典型的错误认知，我每年都会强调不下十次，一定要记清楚。

2氧气化学性质的自主探究2.2氧气与常见单质的反应探究我们选取四种中学阶段要求掌握的典型单质，分别探究反应现象与产物：（1）碳单质：木炭在空气中燃烧只能发红光，在氧气中燃烧发出明亮的白光，放出热量，生成能使澄清石灰水变浑浊的二氧化碳，反应方程式为$\ce{C+O_{2}\xlongequal{\text{点燃}}CO_{2}}$。我做演示实验的时候，一般会把木炭烧红之后慢慢从上往下伸入集气瓶，目的是让木炭和氧气充分反应，如果一下子伸到底部，上部的氧气会受热膨胀逸出，导致燃烧现象不明显，这是容易被忽略的实验操作细节。（2）硫单质：硫在空气中燃烧发出微弱的淡蓝色火焰，在氧气中燃烧发出明亮的蓝紫色火焰，放出热量，生成有刺激性气味的二氧化硫，反应方程式为$\ce{S+O_{2}\xlongequal{\text{点燃}}SO_{2}}$。

2氧气化学性质的自主探究2.2氧气与常见单质的反应探究这里我要提醒大家，实验的时候集气瓶底部要预留少量水，目的是吸收有毒的二氧化硫，防止污染空气。我记得有一届做分组实验，有个同学做完实验没盖玻璃片，整个实验室都是刺激性气味，半天散不去，所以这个环保与安全细节一定要注意。（3）磷单质：红磷在氧气中剧烈燃烧，放出大量热量，产生大量白烟，产物是五氧化二磷，反应方程式$\ce{4P+5O_{2}\xlongequal{\text{点燃}}2P_{2}O_{5}}$，这里的白烟是固体小颗粒，不能说成白雾，每年期中期末考试都有大量同学在这里失分，一定要注意区分概念。

2氧气化学性质的自主探究2.2氧气与常见单质的反应探究（4）铁单质：铁丝在空气中不能燃烧，只能受热红热，在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出大量热量，生成黑色固体四氧化三铁，反应方程式$\ce{3Fe+2O_{2}\xlongequal{\text{点燃}}Fe_{3}O_{4}}$。这个实验有三个核心要点我必须强调：第一，铁丝要提前打磨掉表面的铁锈，因为铁锈不能燃烧；第二，铁丝末端要绑一根火柴梗，目的是引燃铁丝，提高铁丝温度达到着火点；第三，集气瓶底部要放少量水或者铺一层细沙，目的是防止高温熔融物溅落炸裂瓶底。我刚参加工作的时候做第一次演示实验，就忘记铺沙子，结果集气瓶底部直接裂了一个缝，现在想想还有点后怕，所以这个安全细节一定不能忘。

2氧气化学性质的自主探究2.3氧气与常见化合物的反应探究氧气也能和很多含还原性的化合物发生氧化反应，我们常见的生活中的反应有：（1）一氧化碳燃烧：$\ce{2CO+O_{2}\xlongequal{\text{点燃}}2CO_{2}}$，产生蓝色火焰，放出大量热，这就是煤气燃烧的原理；（2）甲烷燃烧：$\ce{CH_{4}+2O_{2}\xlongequal{\text{点燃}}CO_{2}+2H_{2}O}$，这是天然气燃烧的原理；（3）乙醇燃烧：$\ce{C_{2}H_{5}OH+3O_{2}\xlongequal{\text{点燃}}2CO_{2}+3H_{2}O}$，这是酒

2氧气化学性质的自主探究2.3氧气与常见化合物的反应探究精燃烧的原理。这些反应中氧气都作为氧化剂，体现氧化性，本质都是氧化还原反应。完成氧气性质的自主探究后，我们接下来进入本次导学案的核心内容，也就是氧气制备的自主探究，我们按照工业大规模制备到实验室小规模制备的顺序展开。03ONE氧气制备方法的自主探究

1工业制备氧气的自主梳理工业上制备氧气需要满足成本低、产量大、可批量生产的要求，目前主流的方法是分离液态空气法，我们可以结合氧气和氮气的物理性质差异自主分析其原理：首先，空气的主要成分是氮气和氧气，氮气的沸点是-196℃，氧气的沸点是-183℃，因此我们先把空气加压降温液化，然后控制温度升温，当温度稳定在-196℃到-183℃之间的时候，沸点更低的氮气会先汽化分离出来，剩下的主要就是液态氧气了，这个过程没有生成新物质，属于物理变化。我之前去空分厂参观，看到几十米高的分离塔，整个过程就是利用沸点不同进行分离，非常直观，也印证了这个原理的合理性。另外还有膜分离法，利用特殊的高分子膜筛选氧气，得到富氧空气，这种方法多用于医疗养身等领域，成本更低。

2实验室制备氧气的核心探究实验室制备氧气需要满足纯度较高、反应速率适中、操作简便的要求，我们从原理到装置再到操作逐层探究：

2实验室制备氧气的核心探究2.1制备原理的对比探究目前中学实验室常用的制备原理有三种，我们逐一分析：①加热高锰酸钾分解：$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta}K_{2}MnO_{4}+MnO_{2}+O_{2}↑}$，高锰酸钾是固体，反应需要加热，产物只有氧气是气体，纯度较高；②加热氯酸钾和二氧化锰的混合物：$\ce{2KClO_{3}\xlongequal[\Delta]{MnO_{2}}2KCl+3O_{2}↑}$，二氧化锰在这个反应中是催化剂，起到加快反应速率的作用；③过氧化氢分解（二氧化锰作催化剂）：$\ce{2H_{2}O_{2}\xlongequal{MnO_{2}}2H_{2}O+O_{2}↑}$，反应不需要

2实验室制备氧气的核心探究2.1制备原理的对比探究加热，常温下就能进行，操作更安全，产物无污染。我们可以自主对比三种原理，不难发现过氧化氢分解法的优势最突出，节能、安全、易操作，是目前实验室制备氧气最常用的方法。

2实验室制备氧气的核心探究2.2发生装置的选择探究发生装置选择的核心依据是反应物的状态和反应条件，我们可以自主推导：高锰酸钾和氯酸钾制备氧气，反应物都是固体，反应都需要加热，因此选择“固体加热型”发生装置；过氧化氢制备氧气，反应物是过氧化氢溶液（液体）和二氧化锰（固体），反应不需要加热，因此选择“固液不加热型”发生装置。这里的核心细节要点：用高锰酸钾制备氧气的时候，试管口要放一团棉花，目的是防止高锰酸钾粉末受热飞溅进入导管，堵塞导管。我在分组实验中，每年都有接近三分之一的组忘记放棉花，结果水槽里的水都变成紫红色了，就是高锰酸钾粉末随气流进入了水槽，这个错误大家一定要提前规避。

2实验室制备氧气的核心探究2.3收集装置的选择探究收集装置选择的依据是气体的密度和溶解性，结合我们之前探究的氧气物理性质，氧气密度比空气大，且不与空气中的成分反应，因此可以用向上排空气法收集；氧气不易溶于水，且不与水反应，因此可以用排水法收集。两种方法各有优势：排水法收集的氧气纯度更高，排空气法收集的氧气更干燥，大家可以根据实验需求选择。

2实验室制备氧气的核心探究2.4检验与验满的方法探究检验：利用氧气的助燃性，将带火星的木条伸入集气瓶内部，若木条复燃，证明瓶内气体是氧气；验满：用向上排空气法收集时，将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，证明已经收集满；用排水法收集时，当看到集气瓶口有大量气泡向外逸出，证明已经收集满。

2实验室制备氧气的核心探究2.5实验操作的异常现象分析我整理了往届学生实验中常见的异常现象，大家可以结合所学知识自主分析原因，这也是考试的高频考点：①用排水法收集时，收集到的氧气不纯：常见原因是刚有气泡冒出就开始收集（初始排出的是装置内的空气），或者集气瓶事先没有装满水，留有空气；②高锰酸钾制备氧气后，水槽水变红：就是我们之前提到的，试管口没有塞棉花；③加热固体时试管炸裂：可能的原因是试管口没有略向下倾斜，导致冷凝水倒流炸裂试管，或者加热前没有预热，试管受热不均匀，或者实验结束后先熄灭酒精灯再移出导管，导致水槽中的水倒吸进热的试管炸裂试管。这些都是非常典型的易错点，大家在做实验之前一定要先理清楚。完成所有知识点的自主探究后，我们接下来通过分层练习巩固探究成果，检验自主学习的效果。04ONE自主探究达标练习

1基础巩固练习下列关于氧气物理性质的说法，错误的是（）A.常温常压下氧气是无色无味气体B.液态氧气是淡蓝色的C.氧气密度比空气大D.氧气难溶于水

1基础巩固练习下列物质在氧气中燃烧，生成黑色固体的是（）（3）实验室用过氧化氢二氧化锰制备氧气，不需要用到的仪器是（）A.木炭B.硫C.红磷D.铁丝在右侧编辑区输入内容A.长颈漏斗B.集气瓶C.酒精灯D.导管

2能力提升练习（1）请写出实验室用高锰酸钾制备氧气的正确操作顺序：①加热②检查装置气密性③装药品④收集气体⑤移导管出水面⑥熄灭酒精灯⑦固定装置（2）某同学做铁丝在氧气中燃烧的实验，结果铁丝没有燃烧，请你分析可能的原因有哪些？（至少写出两点）

3实验探究练习某同学探究二氧化锰对过氧化氢分解的催化作用，设计了如下实验：①在试管中加入5mL5%的过氧化氢溶液