初中化学九年级微专题二 气体的制取、净化与收集-基于核心素养的中考新方向导学案

初中化学九年级微专题二气体的制取、净化与收集——基于核心素养的中考新方向导学案

一、专题导学与目标定位

（一）专题解读与考情分析

本微专题“气体的制取、净化与收集”是初中化学核心知识的集大成者，它紧密连接了元素化合物知识、基本实验操作、化学原理与化学计算，是历年中考的【重中之重】和【高频考点】。随着课程改革的深化，中考命题已从单纯的知识记忆转向对核心素养的考查，特别是“科学探究与实践”、“科学思维”维度。因此，本专题的复习已不能停留在简单复述实验室制取氧气、二氧化碳的步骤，而应提升至能够综合运用气体制备的一般思路和方法，去分析、解决陌生情境下的气体获取问题，并具备跨学科视野（如物理学中的压强原理）下的实验评价与设计能力。

（二）核心素养目标

1.【宏观辨识与微观探析】通过回顾氧气、二氧化碳的实验室制法，从微观粒子角度理解化学反应中物质的转化与能量的变化，辨识反应物状态和反应条件对发生装置选择的影响。

2.【科学思维与模型认知】构建并完善“气体制备”的一般思维模型（原理→发生→净化→收集→检验→验满），并能运用该模型自主分析陌生气体的制备方案，培养模型化思维能力和逻辑推理能力。

3.【科学探究与实践】通过典型例题和变式训练，能够根据气体的性质（如溶解性、密度、毒性、与空气中成分的反应等）设计合理的净化与收集装置，并能针对实验过程中的具体问题（如药品选择、装置气密性检查、多功能瓶的使用）进行科学探究和误差分析。

4.【科学态度与责任】在实验设计与评价中，树立绿色化学理念（如药品选择、尾气处理），培养严谨求实、勇于创新的科学态度和精益求精的工匠精神。

（三）复习重难点

1.【重点】气体制取、净化、收集的一般思路与方法；氧气和二氧化碳实验室制法的原理、装置及操作要点。

2.【难点】【难点】多功能瓶的灵活运用（排空气法、排水法、洗气、集气、监测等）；基于压强原理的实验创新设计与异常现象分析；综合实验题的解题思路构建。

二、知识梳理与体系构建【基础】【核心】

（一）气体制备的一般思维模型

实验室制取气体时，我们遵循一个核心的思维流程，这可以概括为“四步法”：

第一步：确定原理。根据反应速率、反应条件、原料来源、气体纯度、安全环保等因素，选择合适的化学反应。

第二步：选择装置。依据反应物状态（固、液）和反应条件（是否加热），决定发生装置；依据气体的密度、水溶性及是否与水反应，决定收集装置；依据气体中杂质的性质，决定净化（除杂）和干燥装置。

第三步：明确操作。连接装置→检查气密性→装入药品→发生反应→收集气体→检验气体→验满（若需要）→拆卸清洗。每一步都蕴含着实验安全的考量。

第四步：分析评价。对多个方案进行对比，分析其优缺点，或对实验进行改进和创新。

（二）核心考点精析

1.发生装置的选择与创新【基础】【高频考点】

（1）固固加热型：如高锰酸钾或氯酸钾与二氧化锰混合制氧气。特点是反应物为固体，反应需加热。试管口应略向下倾斜（防冷凝水倒流炸裂试管），用高锰酸钾时需在试管口塞一团棉花（防粉末堵塞导管）。

（2）固液不加热型：如过氧化氢溶液和二氧化锰制氧气、大理石（或石灰石）和稀盐酸制二氧化碳。特点是反应物为固体和液体，反应不需加热。该类型装置灵活多变，从简易的（试管+带导管单孔塞）、到便于添加液体的（长颈漏斗、分液漏斗）、到能控制反应发生与停止的（启普发生器原理的简易装置），体现了实验设计的进阶性。【重要】使用长颈漏斗时必须使漏斗末端液封，防止气体逸散。

2.净化（除杂）与干燥装置【难点】【热点】

制取的气体中常混有酸雾、水蒸气或其他反应物挥发出来的杂质，必须净化。

（1）除杂原则：除杂试剂只能与杂质反应，不能消耗目标气体；不能引入新杂质。

（2）干燥剂的选择：酸性干燥剂（如浓硫酸）不能干燥碱性气体（如氨气）；碱性干燥剂（如碱石灰、生石灰）不能干燥酸性气体（如二氧化碳、氯化氢）；中性干燥剂（如无水氯化钙）适用范围广，但不能干燥氨气（易形成配合物）。

（3）装置连接顺序：一般是“除杂在前，干燥在后”。因为气体通过溶液除杂后会带出水蒸气，后续干燥可一并除去。洗气瓶（长进短出）、干燥管（大进小出）和U型管是常见装置。

3.收集装置与检验验满【基础】【高频考点】

（1）收集方法：

a.排水法：适用于难溶于水、不与水反应的气体（如O₂、H₂）。收集的气体纯净，但不干燥。

b.向上排空气法：适用于密度比空气大，不与空气成分反应的气体（如CO₂、O₂）。

c.向下排空气法：适用于密度比空气小，不与空气成分反应的气体（如H₂、NH₃）。收集的气体干燥，但纯度不高。

（2）检验与验满：

a.氧气：用带火星的木条伸入集气瓶中（检验）；用带火星的木条放在集气瓶口（验满）。

b.二氧化碳：通入澄清石灰水（检验）；用燃着的木条放在集气瓶口（验满）。【注意】验满时不可将木条伸入瓶内。

三、教学实施过程：深度探究与模型构建

（一）情境导入，唤醒旧知（约5分钟）

【教师活动】展示实验室的两套经典发生装置图（固固加热型和固液不加热型），并提问：“同学们，看到这两套装置，你们立刻能想到可以制取哪些气体？在操作这两套装置时，有哪些需要特别注意的‘魔鬼细节’？”

【学生活动】回顾旧知，回答氧气和二氧化碳的制法，并指出高锰酸钾制氧的棉花团、试管口略向下倾斜；过氧化氢制氧中长颈漏斗的液封、分液漏斗的优势等。

【设计意图】快速激活学生已有的知识储备，聚焦实验细节，为后续的深度探究铺垫。同时，直接点出【基础】考点，夯实根基。

（二）核心探究一：发生装置的演变与创新——基于“控制变量”的思想（约12分钟）

【教师活动】呈现一组进阶的固液不加热发生装置：A.试管+单孔塞B.锥形瓶+分液漏斗C.有孔塑料板+弹簧夹+注射器的简易启普发生器装置。引导学生从“能否控制反应速率”和“能否控制反应发生与停止”两个维度进行分析评价。

【学生活动】小组讨论，对比分析。明确装置B（分液漏斗）通过控制液体滴加速度来控制反应速率；装置C（启普发生器原理）通过关闭弹簧夹，使试管内气压增大，将液体压入长颈漏斗或与固体分离，从而控制反应停止，实现随开随用、随关随停。

【教师点拨】【非常重要】引导学生从物理学压强角度解释装置C的工作原理。指出这是跨学科融合的典型体现，也是中考实验评价与改进题的【热点】。提供一种改良方案：若实验室没有带孔塑料板和长颈漏斗，如何利用常见仪器（如试管、烧杯、注射器）组装一套能控制反应发生与停止的装置？

【思维拓展】展示一种创新装置：在干燥管中装入固体，将干燥管插入盛有液体的单孔塞试管中。让学生分析其优点（相当于启普发生器的微型化，节约药品）和可能存在的问题（固体颗粒大小、液体量控制等）。

（三）核心探究二：多功能瓶的“七十二变”——从单一功能到综合应用（约15分钟）【难点】【创新点】

【教师活动】展示一个万能装置——多功能瓶（配有双孔塞，长短导管各一），这是解决气体综合问题的【重中之重】。

【问题链驱动，层层递进】

1.【基础功能】“万能瓶作收集装置时，什么时候‘长进短出’？什么时候‘短进长出’？”引导学生总结：排空气法收集密度大于空气的气体（如CO₂），长管进，短管出（空气从短管被向上排出）；收集密度小于空气的气体（如H₂），短管进，长管出（空气从长管被向下排出）。若瓶内盛满水（排水法），则气体都从短管进，水从长管出。

2.【进阶功能——除杂与干燥】“现在，瓶中盛放了某种液体（如浓硫酸、饱和NaHCO₃溶液、NaOH溶液），气体应从哪端进入？”学生讨论得出：无论盛放什么液体，用于洗气（除杂或干燥）时，都必须“长进短出”，让气体充分与液体接触，以保证净化效果。

3.【高阶功能——监测气体流速与集气】“如果我们在长导管上连接一个注射器，或在短导管上套一个气球，能实现什么功能？”引导学生理解：连接注射器可以抽取气体样品进行检验；连接气球可以暂时储存气体，防止污染空气，体现了绿色化学思想。若在瓶内加入适量水，并在长导管上接一个量筒，则变成气体体积的测量装置（排水法测体积，需注意调节液面相平）。

4.【终极挑战——综合应用】呈现一道典型中考题：用下图（描述多功能瓶、洗气瓶、干燥管等组合）装置，来制取、净化、收集一瓶干燥的CO₂（混有HCl气体）。要求学生排序装置连接顺序，并说明各装置中试剂的作用。

【学生活动】独立思考，画连接图（如：发生装置→饱和NaHCO₃溶液（除HCl）→浓硫酸（干燥）→收集装置），并在全班展示交流。

【教师精讲】强调连接顺序的逻辑：先除杂后干燥；洗气瓶长进短出；干燥管大进小出。同时指出，检验CO₂是否集满的燃着木条应放在哪套装置的哪个位置。

（四）核心探究三：基于真实情境的综合实验分析与评价（约10分钟）【热点】【难点】

【材料呈现】某兴趣小组利用锌粒和稀硫酸制取H₂，并探究H₂的还原性。他们设计了发生装置（固液不加热）→干燥装置→还原氧化铜的装置→尾气处理装置的流程。

【问题探究】

1.若想获得平稳的氢气气流，发生装置应如何改进？（使用分液漏斗或注射器）

2.干燥装置中应盛放什么试剂？为什么？（浓硫酸，因为氢气是中性气体）

3.在加热氧化铜之前，必须先进行什么操作？为什么？（检验氢气纯度，防止爆炸）

4.还原氧化铜实验结束后，正确的操作顺序是什么？（先停止加热，继续通氢气直至试管冷却，防止灼热的铜被倒吸的空气重新氧化）

5.最后的尾气处理装置有什么作用？体现了什么化学思想？（点燃或收集尾气，防止未反应的氢气逸散到空气中，体现安全与环保意识）

【设计意图】通过一个完整的、真实的实验流程，串联起从气体发生、净化、性质验证到尾气处理的全过程，全面考察学生的综合思维能力和对实验细节的把握，同时渗透科学态度与社会责任。

（五）课堂总结与模型升华（约3分钟）

【师生共建】引导学生共同绘制一幅思维导图，将本节课的核心内容结构化。

中心：气体的制取、净化与收集。

一级分支：1.发生（反应原理、装置选择、控制思想）；2.净化（除杂、干燥、顺序）；3.收集（方法选择、多功能瓶、检验验满）；4.拓展（尾气处理、实验评价）。

【教师寄语】强调“模型”的重要性。无论中考题目如何变化，都是对这套“气体制备一般模型”的灵活运用。掌握了模型，就掌握了解决问题的“钥匙”。

四、专题精练与变式迁移【巩固】【应用】

（一）基础巩固类

1.实验室用KClO₃和MnO₂的混合物加热制取O₂，实验完毕后，先从水槽中移出导管，再熄灭酒精灯，目的是______。

2.下列各组药品，可用于实验室制取CO₂的是（）A.碳酸钠和稀盐酸B.大理石和稀硫酸C.大理石和稀盐酸D.木炭和氧气。并说明理由。

（二）能力提升类

3.已知氨气（NH₃）是一种密度比空气小、极易溶于水、有刺激性气味的气体，其水溶液呈碱性。实验室常用加热氯化铵（NH₄Cl）和熟石灰[Ca(OH)₂]固体混合物的方法来制取氨气，同时生成氯化钙和水。

（1）制取氨气的发生装置应选用______（填“固固加热型”或“固液不加热型”），理由是______。

（2）收集氨气应使用______法，不能用排水法的原因是______。

（3）某同学用如图（描述：A是发生装置，B是盛有浓硫酸的洗气瓶，C是向下排空气法收集装置）所示的装置来制取干燥的氨气，他发现最终未能收集到氨气，请分析失败的原因。（浓硫酸吸收了氨气，因为它们发生了反应）

（4）请从环保角度考虑，对该同学的实验装置提出一项改进建议。（在收集装置后加一个尾气吸收装置，如连接一个倒扣的漏斗浸入水中或连接一个盛有水的烧杯）

（三）拓展创新类

4.某化学兴趣小组利用“压强传感器”对实验室制取氧气的过程进行了数字化监测。他们将过氧化氢溶液和二氧化锰装入三颈瓶中，采集了瓶内压强随时间的变化曲线。请结合曲线（描述：起始段平缓，加入药品后压强急剧上升，然后趋于平缓），解释压强变化的微观原因。（加入药品后反应迅速进行，产生大量氧气，气体分子数增多，温度升高，导致压强增大；反应结束，温度恢复，压强趋于平缓）

五、板书设计逻辑框架

微专题二：气体的制取、净化与收集

一、核心模型：原理→装置（发生、净化、收集）→操作→评价

二、发生装置：

（一）固固加热型（如制O₂）：防倒流、防堵塞

（二）固液不加热型（如制O₂、CO₂）：

1.简易装置

2.可控速率（分液漏斗/注射器）【重要】

3.控制启停（启普发生器原理）【非常重要】

三、净化与干燥：

（一）原则：不增、不减、易分离

（二）顺序：除杂在前，干燥在后

（三）核心装置：多功能瓶（洗气：长进短出）【核心】

四、收集与检验：

（一）收集：排水法（纯净）、排空气法（干燥）选择依据

（二）多功能瓶（综合应用）：收集（密度比较）、洗气、储气、测量【难点】

（三）检验与验满：方法、现象、位置

五、综合拓展：

（一）尾气处理：安全、环保

（二）压强原理的应用：检查气密性、控制反应、实验分析【热点】

六、课后反思与教学建议

（一）本节课的设计，打破了传统复习课“炒冷饭”的模式，以“模型构建”为核心，以“多功能瓶”为杠杆，撬动了学生对气体制备整体认知的深化。通过层层递进的问题链和变式训练，有效激发了学生的深度思维。

（二）在教学实施中，应特别注意引导