第3節(jié)氧氣的制備第2課時(shí)氧氣的實(shí)驗(yàn)制取一、知識(shí)目標(biāo)1.掌握實(shí)驗(yàn)室用高錳酸鉀制氧氣的原理、裝置、操作步驟及注意事項(xiàng)等；2.能運(yùn)用化學(xué)原理設(shè)計(jì)氧氣的實(shí)驗(yàn)室制備方案；3.初步形成實(shí)驗(yàn)室制備氣體的一般思路。二、核心素養(yǎng)目標(biāo)1.宏觀辨識(shí)與微觀探析：通過(guò)觀察加熱高錳酸鉀/氯酸鉀固體的宏觀現(xiàn)象（如高錳酸鉀紫色變淺、導(dǎo)管口連續(xù)冒氣泡、帶火星木條復(fù)燃），辨識(shí)氧氣生成的證據(jù)。2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：依據(jù)氣體發(fā)生裝置（試管口略向下傾斜、棉花防堵）、收集方法（排水法適合氧氣）的選擇依據(jù)，推理裝置設(shè)計(jì)邏輯；構(gòu)建“反應(yīng)原理→發(fā)生裝置→收集操作→環(huán)保安全”的氣體制備認(rèn)知模型，遷移設(shè)計(jì)氯酸鉀制氧方案。3.科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)：通過(guò)規(guī)范完成教材基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（高錳酸鉀制氧），掌握安全操作要點(diǎn)（棉花防堵、防倒吸）及氣體檢驗(yàn)方法；評(píng)價(jià)物質(zhì)制備方案的合理性（如原料成本、裝置安全、環(huán)保性），提出改進(jìn)建議（如催化劑回收利用）。一、教學(xué)重點(diǎn)1.掌握實(shí)驗(yàn)室用高錳酸鉀制氧氣的原理、裝置、操作步驟及注意事項(xiàng)等。二、教學(xué)難點(diǎn)1.初步形成實(shí)驗(yàn)室制備氣體的一般思路。本課時(shí)作為初中化學(xué)氣體制備的奠基性實(shí)驗(yàn)，在學(xué)科體系中具有承前啟后的重要作用。教材以高錳酸鉀制氧氣為具體載體，系統(tǒng)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室氣體制備的核心思路。從知識(shí)脈絡(luò)看，它承接了第1課時(shí)分解反應(yīng)的基本概念，同時(shí)為后續(xù)氯酸鉀制氧氣及高中系統(tǒng)學(xué)習(xí)氣體制備模型奠定基礎(chǔ)。課標(biāo)要求通過(guò)此類(lèi)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生“初步形成物質(zhì)制備的一般思路”，本課時(shí)通過(guò)“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)—問(wèn)題思考—方法導(dǎo)引—學(xué)以致用”的遞進(jìn)設(shè)計(jì)，將學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)化為可操作的探究路徑。教材內(nèi)容緊密?chē)@氣體制備的四個(gè)關(guān)鍵維度展開(kāi)：反應(yīng)原理、裝置設(shè)計(jì)、操作規(guī)范、環(huán)保安全。在原理層面，通過(guò)高錳酸鉀分解的文字表達(dá)式直觀呈現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程，隱含元素價(jià)態(tài)變化的學(xué)科本質(zhì)，為后續(xù)氧化還原反應(yīng)埋下認(rèn)知伏筆。裝置設(shè)計(jì)上，試管傾斜、棉花防堵、排水集氣等細(xì)節(jié)，結(jié)合“方法導(dǎo)引”的三項(xiàng)注意事項(xiàng)（氣密性檢查、棉花作用、防倒吸操作），將抽象的安全原則具象化為可執(zhí)行的動(dòng)作指令（如“先移導(dǎo)管后滅燈”的壓強(qiáng)解釋?zhuān)?，培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判能力。實(shí)驗(yàn)編排凸顯“實(shí)踐反思”的科學(xué)思維培養(yǎng)。三個(gè)思考題直指學(xué)科本質(zhì)：氣密性檢查關(guān)聯(lián)裝置密封性的物理原理，棉花防堵體現(xiàn)對(duì)副產(chǎn)物控制的環(huán)保意識(shí)，防倒吸操作揭示壓強(qiáng)差與實(shí)驗(yàn)安全的化學(xué)規(guī)律。這種設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生從“會(huì)操作”向“懂原理”進(jìn)階，呼應(yīng)課標(biāo)“初步形成實(shí)驗(yàn)室制備氣體的一般思路”的要求。最后的“學(xué)以致用”和“物質(zhì)制備要求”進(jìn)一步升華到模型建構(gòu)層面——通過(guò)對(duì)比氯酸鉀制氧（催化劑應(yīng)用）的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生遷移裝置設(shè)計(jì)方法；而“原料價(jià)廉易得、裝置安全可靠、操作可控、環(huán)保節(jié)能”四原則的明確提出，將實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)提煉為普適性的物質(zhì)制備認(rèn)知模型，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的社會(huì)責(zé)任。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課時(shí)前已具備一定的化學(xué)認(rèn)知基礎(chǔ)：通過(guò)第一章的學(xué)習(xí)，他們已了解分解反應(yīng)的基本特征（如“一變多”），能識(shí)別簡(jiǎn)單化學(xué)方程式，并接觸過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作。對(duì)氧氣性質(zhì)的已有認(rèn)知為本課的氣體檢驗(yàn)環(huán)節(jié)提供了支撐。然而，學(xué)生尚缺乏系統(tǒng)性氣體制備經(jīng)驗(yàn)，對(duì)裝置設(shè)計(jì)的理解往往停留在機(jī)械模仿階段，難以從反應(yīng)原理出發(fā)推理裝置細(xì)節(jié)。例如，雖能背誦“試管口略向下傾斜”的步驟，卻不易關(guān)聯(lián)到“防止冷凝水回流炸裂試管”的物性本質(zhì)；對(duì)“棉花防堵”的操作，可能僅視為教材規(guī)定動(dòng)作，未能理解其“控制副產(chǎn)物擴(kuò)散”的環(huán)保內(nèi)涵。學(xué)生認(rèn)知的典型障礙集中在微觀原理與宏觀操作的銜接上。一方面，高錳酸鉀分解中錳元素價(jià)態(tài)變化的抽象性遠(yuǎn)超其當(dāng)前化學(xué)符號(hào)認(rèn)知水平，易造成理解斷層；另一方面，實(shí)驗(yàn)中的壓強(qiáng)動(dòng)態(tài)變化（如“先撤導(dǎo)管防倒吸”）涉及氣體熱脹冷縮的物理規(guī)律，學(xué)生若缺乏跨學(xué)科思維，易形成死記硬背。此外，初中生普遍對(duì)實(shí)驗(yàn)充滿(mǎn)興趣，但安全意識(shí)與規(guī)范意識(shí)薄弱——可能忽略氣密性檢查的嚴(yán)謹(jǐn)性，或誤判操作順序的風(fēng)險(xiǎn)，需通過(guò)顯性化實(shí)驗(yàn)后果（如倒吸炸裂試管演示）強(qiáng)化認(rèn)知。值得注意的是，學(xué)生初步萌發(fā)的科學(xué)探究能力為本課提供發(fā)展契機(jī)。他們能觀察并描述明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但需引導(dǎo)其關(guān)注隱性證據(jù)（如棉花上殘留的粉末證明防堵必要性）；他們能模仿教材裝置，但設(shè)計(jì)氯酸鉀制氧方案時(shí)，可能忽略催化劑回收的環(huán)保要求，或?qū)Α拔镔|(zhì)制備四原則”（經(jīng)濟(jì)、安全、可控、環(huán)保）僅作口號(hào)式復(fù)述。教師需以“異常實(shí)驗(yàn)”為突破口（如故意撤去棉花觀察導(dǎo)管堵塞），推動(dòng)學(xué)生從“按步驟操作”轉(zhuǎn)向“依原理決策”，逐步建構(gòu)“性質(zhì)決定制備”的學(xué)科思維，為高中學(xué)習(xí)氣體制備模型埋下認(rèn)知錨點(diǎn)。教學(xué)環(huán)節(jié)一新課導(dǎo)入【實(shí)驗(yàn)視頻】“高錳酸鉀+白糖快速取火”實(shí)驗(yàn)，觀察劇烈燃燒現(xiàn)象?！咎釂?wèn)】為什么高錳酸鉀與白糖混合能快速燃燒？這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生了什么關(guān)鍵物質(zhì)？【學(xué)生回答】可能需要氧氣支持燃燒。【講解】沒(méi)錯(cuò)！高錳酸鉀受熱會(huì)釋放氧氣，這正是實(shí)驗(yàn)室制氧氣的重要方法。今天我們將系統(tǒng)學(xué)習(xí)如何用高錳酸鉀制備純凈的氧氣。設(shè)計(jì)意圖1.激發(fā)興趣：用視覺(jué)沖擊力強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入，快速吸引學(xué)生注意力。教學(xué)環(huán)節(jié)二氧氣的實(shí)驗(yàn)制取活動(dòng)一：反應(yīng)原理與裝置【引入】上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了過(guò)氧化氫分解制氧氣，今天我們學(xué)習(xí)另一種方法——高錳酸鉀分解制氧氣。【提問(wèn)】結(jié)合用過(guò)氧化氫、高錳酸鉀制備氧氣的原理，思考實(shí)驗(yàn)室制氧氣選擇藥品和反應(yīng)時(shí)需考慮的因素有哪些？【學(xué)生回答】制氧氣的原料須是含氧的物質(zhì)；利用比較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)條件就能較快得到氧氣；生成的氣體成分單一，便于收集?！局v解】沒(méi)錯(cuò)，這就是選擇試劑制取氧氣需要考慮的因素。在高錳酸鉀分解制取氧氣的這個(gè)反應(yīng)里，反應(yīng)物高錳酸鉀是暗紫色固體，生成物錳酸鉀是暗綠色固體，二氧化錳是黑色固體，氧氣是無(wú)色氣體?！咎釂?wèn)】結(jié)合反應(yīng)原理，大家思考：反應(yīng)物的狀態(tài)是什么？反應(yīng)條件是什么？這決定了發(fā)生裝置的類(lèi)型是怎樣的？【學(xué)生回答】反應(yīng)物是固體（高錳酸鉀），反應(yīng)條件是加熱，所以需要能加熱、能加橡膠塞，導(dǎo)出氣體的反應(yīng)儀器試管，還需要加熱儀器酒精燈，同時(shí)需要夾持儀器鐵架臺(tái)?！局v解】沒(méi)錯(cuò)，需要用到試管、酒精燈、鐵架臺(tái)等儀器，因?yàn)榉磻?yīng)物狀態(tài)為固體，反應(yīng)條件需要加熱，這種發(fā)生裝置叫固體加熱裝置。組裝時(shí)要注意：試管口略向下傾斜（防止冷凝水倒流炸裂試管），藥品平鋪在試管底部（增大受熱面積），用外焰加熱。【提問(wèn)】氧氣的收集方法有哪兩種？這兩種氧氣的收集方法中哪種收集的氧氣純度更高？【學(xué)生回答】向上排空氣法和排水法。向上排空氣法收集到的氧氣比較干燥，但是純度不夠高，排水法收集的氧氣純度更高，但是比較濕潤(rùn)?！局v解】同學(xué)們總結(jié)得很到位。我們把發(fā)生裝置和收集裝置組合在一起，就是完整的氧氣制取裝置。此外，為了防止高錳酸鉀粉末進(jìn)入導(dǎo)管，需在試管口放一小團(tuán)棉花。設(shè)計(jì)意圖1.決策訓(xùn)練：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比兩方法共性，自主歸納試劑選擇三要素（含氧、簡(jiǎn)易、純凈）。2.證據(jù)推理：依據(jù)反應(yīng)物狀態(tài)（固）與條件（加熱），推導(dǎo)固體加熱裝置及塞棉花等細(xì)節(jié)。3.辯證思維：對(duì)比排水法（純）與排空氣法（干）的優(yōu)劣，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)方案取舍意識(shí)。4.安全內(nèi)化：將棉花防堵、試管傾斜等操作關(guān)聯(lián)安全后果，顯性化隱含的科學(xué)原則。活動(dòng)二：操作步驟與規(guī)范【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】在老師的幫助下，根據(jù)本頁(yè)“方法導(dǎo)引”中的實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)完成下列實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。利用如圖的實(shí)驗(yàn)裝置，加熱裝有少量高錳酸鉀的試管，收集一瓶氧氣，將帶有火星的木條伸入集氣瓶中檢驗(yàn)生成的氣體。【提問(wèn)】怎樣檢查上述裝置的氣密性？在氣體收集完畢時(shí)應(yīng)如何操作？【學(xué)生回答】檢查氣密性：先將導(dǎo)管一端放入水中，后用手緊握試管外壁，若導(dǎo)管口有氣泡冒出，說(shuō)明氣密性良好。氣體收集完畢：先將導(dǎo)管移出水面，再熄滅酒精燈，以免因試管內(nèi)壓強(qiáng)減小而產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象?！局v解】高錳酸鉀分解制取氧氣的操作步驟：①查，組裝儀器，檢查裝置的氣密性；②裝，將試劑平鋪在試管底部（增大受熱面積，便于均勻受熱），并在試管口放一小團(tuán)棉花，用單孔橡皮塞塞緊；③定，用鐵夾夾持試管，并固定在鐵架臺(tái)上；④點(diǎn)，點(diǎn)燃酒精燈進(jìn)行加熱（記得預(yù)熱）；⑤收，用排水法收集氧氣（等氣泡連續(xù)均勻放出時(shí)再開(kāi)始收集）；⑥移，實(shí)驗(yàn)完畢，先把導(dǎo)氣管從水槽中移出水面；⑦熄，熄滅酒精燈，停止加熱。強(qiáng)調(diào)⑥⑦不能調(diào)換，防止水倒吸使試管破裂。【展示題目】典例：如圖所示為實(shí)驗(yàn)室用高錳酸鉀制取氧氣的部分操作。其中正確的是（）ABCDA．檢查氣密性 B．加入固體藥品C．制取氧氣 D．檢驗(yàn)氧氣已收集滿(mǎn)【學(xué)生回答】A設(shè)計(jì)意圖1.強(qiáng)化規(guī)范：通過(guò)分步講解實(shí)驗(yàn)操作和注意事項(xiàng)（如試管口棉花、操作順序），培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。2.互動(dòng)思考：通過(guò)提問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生分析裝置選擇依據(jù)和操作原因，提升邏輯思維能力。教學(xué)環(huán)節(jié)三實(shí)驗(yàn)室制取氣體的一般思路活動(dòng)一：氯酸鉀分解制備氧氣【提問(wèn)】根據(jù)氯酸鉀（KClO3）分解制氧氣的化學(xué)原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，并說(shuō)明實(shí)驗(yàn)操作的具體要求。【學(xué)生回答】根據(jù)反應(yīng)原理可知，反應(yīng)物是氯酸鉀，為固態(tài)，反應(yīng)條件有二氧化錳、加熱，所以發(fā)生裝置為固體加熱型，實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)操作和高錳酸鉀制備氧氣實(shí)驗(yàn)的類(lèi)似?！局v解】制取氣體的思路：選擇藥品和反應(yīng)：需考慮原料是否易得、反應(yīng)條件是否簡(jiǎn)單、氣體是否易收集（如氯酸鉀和高錳酸鉀均含氧量高，反應(yīng)條件為加熱，符合要求）；確定發(fā)生裝置：依據(jù)反應(yīng)物狀態(tài)（固體）和反應(yīng)條件（加熱），選擇固體加熱型裝置（與高錳酸鉀制氧氣類(lèi)似，但氯酸鉀制氧氣無(wú)需棉花）；確定收集裝置：依據(jù)氣體性質(zhì)（氧氣密度比空氣大、不易溶于水），選擇向上排空氣法或排水法；操作步驟：遵循“查、裝、定、點(diǎn)、收、移、熄”（與高錳酸鉀制氧氣一致）；檢驗(yàn)與驗(yàn)滿(mǎn)：根據(jù)氣體特性（如氧氣能使帶火星木條復(fù)燃）?！咎釂?wèn)】對(duì)比高錳酸鉀和氯酸鉀制氧氣的裝置，為什么氯酸鉀制氧氣時(shí)試管口不用放棉花？【學(xué)生回答】氯酸鉀分解時(shí)不會(huì)產(chǎn)生粉末狀物質(zhì)堵塞導(dǎo)管。【歸納模型】實(shí)驗(yàn)室里制取氣體的一般思路和方法：【講解】物質(zhì)制備的要求：①利用化學(xué)反應(yīng)制備物質(zhì)，應(yīng)選擇價(jià)廉易得的物質(zhì)為原料；②物質(zhì)制備的裝置要安全可靠，物質(zhì)制備反應(yīng)的條件要便于控制，生成物要易于分離和收集；③物質(zhì)制備過(guò)程中能源的消耗要盡可能少，要盡量避免對(duì)環(huán)境造成不利的影響?！菊故绢}目】典例：質(zhì)量相等的兩份氯酸鉀，只向其中一份加入少量二氧化錳，同時(shí)放在兩只試管內(nèi)加熱。下列有關(guān)放出氧氣質(zhì)量(g)與反應(yīng)時(shí)間(t)關(guān)系圖象(圖中是a純氯酸鉀曲線，b是混有二氧化錳的曲線)其中正確的是（）ABCD【學(xué)生回答】C設(shè)計(jì)意圖1.歸納提升：通過(guò)具體實(shí)例（氯酸鉀制氧氣）總結(jié)制取氣體的一般思路，實(shí)現(xiàn)從“具體”到“抽象”的認(rèn)知提升，呼應(yīng)課件中“學(xué)以致用”的要求。2.遷移應(yīng)用：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比不同制氧方法的異同，培養(yǎng)知識(shí)遷移能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)其他氣體制取奠定基礎(chǔ)。第3節(jié)氧氣的制備（第2課時(shí)）一、氧氣的實(shí)驗(yàn)室制備2.裝置：發(fā)生：固體加熱型（棉花+試管傾斜）收集：排水法（純）/向上排空氣法（干）3.步驟：查→裝→定→點(diǎn)→收→移→熄二、一般思路：藥品→原理→發(fā)生裝置→收集裝置→檢驗(yàn)→驗(yàn)滿(mǎn)1.實(shí)驗(yàn)室用加熱高錳酸鉀的方法制取氧氣，有關(guān)操作如下，正確的一項(xiàng)是（）A．鐵夾應(yīng)夾在試管底部B．加熱前用酒精燈外焰在試管底部來(lái)回移動(dòng)C．實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)應(yīng)先熄滅酒精燈D．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后集氣瓶應(yīng)蓋好玻璃片倒放在桌面上2.在“氧氣的實(shí)驗(yàn)室制取與性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)中，下列裝置或操作不正確的是（）A．用圖甲所示的裝置檢查氣密性 B．用圖乙所示的裝置制備氧氣C．用圖丙所示的裝置收集氧氣 D．用圖丁所示的裝置對(duì)氧氣驗(yàn)滿(mǎn)3.實(shí)驗(yàn)室用KMnO4制取并用排水集氣法收集較純凈的O2。下列實(shí)驗(yàn)操作的先后順序合理的是（）A．檢查裝置氣密性時(shí)，先用手握住試管，再將導(dǎo)管的一端伸入水中B．先向試管中加入KMnO4固體，再檢查裝置氣密性C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將導(dǎo)管伸入集氣瓶中，再點(diǎn)燃酒精燈D．氣體收集完畢后，先將導(dǎo)管移出水面，再熄滅酒精燈4.實(shí)驗(yàn)室采用排水法收集氧氣時(shí)，需將導(dǎo)氣管伸入盛滿(mǎn)水的集氣瓶，這個(gè)操作應(yīng)在（）A.加熱固體藥品前B.與加熱固體藥品同時(shí)C.開(kāi)始有氣泡放出時(shí)D.氣泡連續(xù)并均勻放出時(shí)5.某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室里用高錳酸鉀固體制取氧氣，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)寫(xiě)出儀器①的名稱(chēng)；(2)收集氧氣，可選擇的收集裝置是（填字母）；(3)為了防止加熱時(shí)試管內(nèi)的粉末狀物質(zhì)進(jìn)入導(dǎo)管，應(yīng)在試管口放一團(tuán)；(4)驗(yàn)滿(mǎn)時(shí)，將帶火