第3節(jié)氧氣的制備第1課時利用化學反應制備氧氣一、知識目標1.認識工業(yè)制取氧氣的思路和方法；2.學習實驗室用過氧化氫溶液和二氧化錳制取氧氣的實驗裝置和實驗步驟；3.了解催化劑和催化作用，知道催化劑對化學反應的重要作用。二、核心素養(yǎng)目標1.宏觀辨識與微觀探析：能從宏觀角度辨識工業(yè)上分離液態(tài)空氣制取氧氣的物理變化過程及其依據（沸點差異），并能從微觀角度（分子運動、分子間作用力變化）解釋該分離方法的原理；初步認識過氧化氫分解制氧氣這一化學變化在宏觀（產生氣體、放熱）與微觀（分子分裂、原子重組）層面的表現。2.證據推理與模型認知：能基于實驗觀察（如帶火星木條復燃、反應速率變化）和實驗數據（如氧氣體積），推理得出過氧化氫在二氧化錳存在下能快速分解放出氧氣的結論；通過分析催化劑在反應前后質量和化學性質不變的特點，以及其在反應中改變速率的作用，初步構建“催化劑通過參與反應、改變反應路徑從而降低活化能、加快反應速率，但自身循環(huán)再生”的認知模型。3.科學探究與創(chuàng)新意識：能依據反應物狀態(tài)和反應條件（固體+液體，常溫），設計并動手組裝用過氧化氫溶液和二氧化錳制取氧氣的簡易實驗裝置（如錐形瓶+長頸漏斗/分液漏斗+導管+集氣瓶），規(guī)范操作制取并收集氧氣；能設計對比實驗（如比較單獨加熱過氧化氫、單獨使用二氧化錳、過氧化氫與二氧化錳混合），探究二氧化錳的催化作用及其特性，體驗科學探究的過程，培養(yǎng)根據實驗目的設計簡單實驗方案的意識。一、教學重點1.過氧化氫分解制取氧氣。二、教學難點1.催化劑和催化作用。本課時教學內容圍繞氧氣制備的工業(yè)方法與實驗室方法展開，在學科體系中具有承前啟后的關鍵作用。從知識結構看，它既是空氣成分知識的深化應用，又是氣體制備實驗方法的首次系統(tǒng)學習。教材編排遵循“工業(yè)實踐→實驗室探究”的雙線邏輯：工業(yè)制氧部分以分離液態(tài)空氣為核心，通過沸點差異的物理分離原理，引導學生理解物質性質（如沸點）在技術中的應用，并拓展膜分離、分子篩等現代技術，凸顯化學原理對生產創(chuàng)新的推動作用；實驗室制氧部分則聚焦過氧化氫分解的化學變化，通過二氧化錳催化作用的實驗觀察，建立催化劑的核心概念（反應前后質量與性質不變），同時引入分解反應類型和氧氣收集方法（排水法、向上排空氣法），初步構建氣體制備的“反應原理→裝置設計→操作步驟→檢驗方法”認知模型。教材設計緊扣課程標準對“物質分離與轉化”的能力要求，強調學科思維培養(yǎng)：宏觀辨識層面，通過液態(tài)空氣分餾、過氧化氫分解氣泡等宏觀現象，關聯微觀分子運動與化學鍵斷裂重組過程；科學探究層面，設置“觀察思考”實驗，讓學生通過滴加雙氧水、檢驗氧氣等操作，實證催化劑特性，培養(yǎng)變量控制與證據推理能力；社會應用層面，將氧氣鋼瓶、醫(yī)療制氧設備等實例融入知識講解，體現“化學技術社會”（STS）的聯系。特別值得注意的是，教材通過對比工業(yè)制氧（物理變化）與實驗室制氧（化學變化），揭示物質制備的多元路徑選擇邏輯——原料、能耗、純度等實際因素共同決定方法取舍，為學生后續(xù)學習化工流程奠定思維基礎。課時難點在于催化劑概念的建構，教材采用“現象觀察→性質歸納→定義生成”的進階策略：從“再滴加雙氧水仍產生氧氣”的實驗現象切入，引導學生推理二氧化錳的“未消耗性”，進而抽象出“改變速率、自身不變”的本質屬性，避免機械記憶。這種設計既符合初中生認知規(guī)律，也為高中催化反應機理學習埋下伏筆。整體而言，本課時通過融合技術應用、實驗探究與概念建構，系統(tǒng)培養(yǎng)了“宏觀微觀”“證據模型”“實踐創(chuàng)新”三維核心素養(yǎng)，是初中化學氣體制備知識模塊的奠基性內容。學生在學習本課時前已具備必要的知識基礎：對空氣的成分及性質有明確認知，能區(qū)分物理變化與化學變化的基本概念。然而，學生對于工業(yè)級物質分離技術仍較為陌生——盡管了解沸點差異的存在，但難以將這一性質與空氣分離的工業(yè)化操作（如低溫壓縮、分餾控制）建立聯系，尤其對分子篩、膜分離等現代技術的微觀原理存在認知盲區(qū)。在實驗技能方面，學生雖接觸過基礎儀器操作，但氣體制備的全流程實踐（裝置組裝、氣體收集與檢驗）尚未系統(tǒng)開展，對“催化劑”等核心化學概念僅停留在生活化理解層面（如“加快反應”），容易忽視其“反應前后質量與性質不變”的本質特征，甚至可能誤認為二氧化錳是“反應物”而非“反應條件”。學生的認知發(fā)展特點決定了本課時的潛在挑戰(zhàn)：初中生正處于具象思維向抽象思維過渡的階段，能通過雙氧水分解的直觀現象（氣泡產生、木條復燃）理解氧氣生成，但需借助實驗對比（如單獨加熱雙氧水、單獨放置二氧化錳）才能構建催化劑作用的證據鏈，否則易將“加入二氧化錳”簡單歸因為“引發(fā)反應”。此外，學生對技術選擇的辯證分析能力尚在發(fā)展中，可能片面認為“實驗室制法優(yōu)于工業(yè)法”或反之，難以從原料成本、能耗需求、產品純度等多元角度理性評價兩類制氧路徑的適用場景。值得注意的是，教材中醫(yī)療制氧設備等生活實例能有效激發(fā)興趣，但需引導學生穿透生活表象，理解背后分離原理的共性邏輯（如沸點、分子大小、吸附性差異的利用），避免陷入技術名詞的機械記憶。綜合而言，本課時需著力突破三重學情瓶頸：一是通過液態(tài)空氣分餾的動態(tài)模擬或工業(yè)流程圖解，將抽象的沸點差異轉化為可操作的分離策略；二是強化催化劑概念的實證教學，通過反應前后二氧化錳的質量測量實驗（教材未提及但可補充），消解“物質消失”的迷思概念；三是在技術應用層面搭建“性質決定用途”的思維腳手架，例如對比分子篩（吸附性）與膜分離（滲透性）的微觀機制差異，使學生體會同一目標（制氧）下不同解決方案的設計智慧。教學環(huán)節(jié)一新課導入【提問】同學們，氧氣是維持生命不可或缺的氣體。請觀察圖片，結合生活經驗思考：除了呼吸供氧，氧氣還在哪些領域有重要作用？如何獲取這些氧氣？【學生回答】醫(yī)療急救、航天供氧、煉鋼助燃等；可從空氣分離或化學反應制備?！局v解】大家的猜測很有道理。氧氣的制備有工業(yè)和實驗室等不同方式，本節(jié)課我們就來學習《氧氣的制備》，探究從空氣中分離氧氣以及用化學方法制備氧氣的原理和過程。設計意圖1.結合生活實際：從氧氣的用途切入，引發(fā)學生對氧氣制備方法的思考，讓學生感受到化學知識與實際應用的聯系。2.明確學習目標：通過提問自然引出本節(jié)課的主題，使學生清楚本節(jié)課的學習內容，為后續(xù)學習做好鋪墊。教學環(huán)節(jié)二從空氣中分離出氧氣活動一：工業(yè)制氧探究【提問】已知在1.01×105Pa時，氧氣的沸點為183℃，氮氣的沸點為196℃。請和同學討論并設計從上述氣體混合物中獲取氧氣的方案。【學生回答】升溫蒸發(fā)，先氣化沸點低的氮氣。【講解】工業(yè)上一般采用分離液態(tài)空氣的方法。先將空氣除塵、除去二氧化碳和水蒸氣，得到潔凈的空氣；再低溫加壓使空氣液化，然后蒸發(fā)，氮氣沸點低，會先蒸發(fā)出來，剩余液體主要是液氧，這個過程的本質是利用了沸點的差異?！咎釂枴窟@個過程屬于物理變化還是化學變化？為什么？【學生回答】物理變化，因為沒有新物質生成?！咎釂枴總鹘y(tǒng)分餾法能耗高，如何改進？請分析膜分離與分子篩技術?！緦W生回答】歸納共性：膜分離利用氣體滲透速率差異，分子篩利用吸附選擇性差異?！局v解】同學們總結得很到位。膜分離技術是讓空氣通過特定薄膜，由于不同氣體分子的滲透速率不同，氧氣和氮氣會在膜的兩側分別富集，從而實現分離。而分子篩制氧機則是利用分子篩特殊的吸附能力，在加壓時吸附空氣中的氮氣、二氧化碳等，未被吸附的氧氣被收集起來；減壓時，分子篩又會將吸附的氣體釋放，以便循環(huán)使用。這兩種新技術都無需將空氣液化，能有效降低能耗，且操作更簡便，在小型制氧設備中應用廣泛，體現了技術進步對工業(yè)生產的優(yōu)化作用?！菊故绢}目】典例：工業(yè)制取氧氣主要有以下步驟，下列有關說法不正確的是（）A.液態(tài)空氣是混合物B.氮氣先被蒸發(fā)出來，說明氮氣沸點比氧氣低C.步驟②屬于化學變化D.得到的剩余液體大部分為液氧，顏色為淡藍色【學生回答】C設計意圖1.模型建構：通過沸點數據→分離方案→工業(yè)流程的遞進分析，培養(yǎng)學生“性質決定方法”的模型認知。2.技術素養(yǎng)：對比傳統(tǒng)與新型制氧技術，體會“科學進步優(yōu)化生產”的STS理念。教學環(huán)節(jié)三利用化學反應制備氧氣活動一：過氧化氫分解制備氧氣【引入】實驗室中常用化學反應制備氧氣，我們先來看看哪些物質有可能用來制備氧氣?！咎釂枴看蠹矣^察這些物質的化學式：KCl、KMnO4、KClO3、H2O2、MnO2、H2O，思考沒有氧元素的物質能產生氧氣嗎？含有氧元素的物質呢？【學生回答】沒有氧元素的物質不可能產生氧氣，含有氧元素的物質可能產生氧氣。【講解】沒錯，化學反應前后元素種類不變，所以制備氧氣的物質必須含有氧元素。生活上，水產用增氧顆粒的核心成分是過氧化氫H2O2，特種部隊在野外生火時用高錳酸鉀產生氧氣助燃。實驗室中我們也可以利用雙氧水來制取氧氣，雙氧水中的過氧化氫在一定條件下發(fā)生反應生成氧氣和水，生成的氧氣可以通過特定的裝置加以收集?！狙菔緦嶒灐吭阱F形瓶中加入少量二氧化錳，分液漏斗中裝入5%的過氧化氫溶液，滴入錐形瓶，觀察現象；收集氣體，用帶火星的木條檢驗；待反應停止后，再滴加過氧化氫溶液，觀察現象。【提問】實驗中觀察到了哪些現象？這些現象說明了什么？【學生回答】滴入過氧化氫溶液后產生大量氣泡，帶火星的木條復燃，再次滴加仍產生大量氣泡，說明二氧化錳能加快過氧化氫分解產生氧氣，且反應后仍能起作用?！咎釂枴慷趸i是否被消耗？它在反應中扮演什么角色？【學生推理】從“再次滴加仍反應”現象，推斷MnO2未消耗且能重復催化。設計意圖1.強化元素守恒觀：通過對比含氧/無氧物質，引導學生運用化學反應元素守恒原理推理制氧原料選擇依據，破除“任意物質均可制氧”的迷思。2實證教學：通過“再滴加H2O2”的對比實驗，直觀建構催化劑概念，破解“催化劑是反應物”的迷思。3.STS教育融合：水產增氧顆粒、野外生火用高錳酸鉀等場景，揭示化學原理在生產救援中的價值，呼應“從實驗室到社會”的課程理念?；顒佣貉b置與操作規(guī)范【引入】實驗裝置包括氣體的發(fā)生裝置和氣體的收集裝置兩部分，發(fā)生裝置就是指發(fā)生反應產生氣體的部分，而收集裝置指收集氣體的部分?！咎釂枴扛鶕^氧化氫分解制取氧氣的反應原理可知，反應物的狀態(tài)是什么？反應條件是什么？【學生回答】反應物是過氧化氫，為液態(tài)，反應條件有二氧化錳、常溫不需要加熱?！局v解】發(fā)生裝置的確定與反應物狀態(tài)和反應條件有關，在用過氧化氫制氧氣時，反應物為過氧化氫溶液，是一種液體，反應條件為固體二氧化錳和不加熱，所以需要的反應儀器是可以盛放液體和固體，同時能塞橡膠塞，以便氣體被導出，試管、錐形瓶都是合適的反應儀器。如圖展示的為固液常溫型裝置，可以作為過氧化氫制氧氣的發(fā)生裝置?！咎釂枴堪l(fā)生裝置產生的氧氣需要用集氣瓶收集，下面是兩種排空氣集氣法，仔細觀察圖片，判斷它們分別適合收集具有什么樣性質的氣體？【學生回答】氣體不與空氣成分反應，向上排空氣法適用于密度比空氣大的氣體，向下排空氣法適用于密度比空氣小的氣體。根據氧氣性質可以判斷出向上排空氣法可用于收集氧氣?！咎釂枴砍伺趴諝饧瘹夥?，還可以用排水法收集氣體，具有什么性質的氣體可以采用這種方法？氧氣可以用排水法收集嗎？【學生回答】能用排水法收集的氣體應具有不易溶于水且不與水反應的性質，氧氣同時滿足兩個要求，可用此方法收集氧氣?！咎釂枴吭谟门潘ㄊ占鯕鈺r，剛開始產生氣泡能不能直接收集？【學生回答】不能，剛開始產生的氣泡是裝置內的空氣，應等氣泡連續(xù)且均勻放出時再開始收集?！咎釂枴咳绾闻袛嗉瘹馄恐械难鯕馐欠袷占瘽M？【學生回答】用排水法收集：當集氣瓶中的水排完，集氣瓶口有大量氣泡冒出時，證明已收集滿。用向上排空氣法收集：將帶火星的木條放在集氣瓶口，若木條復燃，證明已收集滿。【講解】注意用向上排空氣法收集氧氣時，檢驗和驗滿都用到了帶火星的木條，檢驗時將帶火星的木條放入集氣瓶中，而驗滿時是將帶火星的木條放在集氣瓶口。設計意圖1.明確裝置選擇邏輯：從發(fā)生裝置和收集裝置的定義出發(fā)，結合過氧化氫分解的反應物狀態(tài)與反應條件，引導學生理解固液常溫型發(fā)生裝置的選擇依據，建立“反應特征決定發(fā)生裝置”的認知。2.關聯氣體性質與收集方法：通過對比排空氣法和排水法的適用條件，讓學生明確氣體密度、溶解性等性質是選擇收集裝置的關鍵，再結合氧氣性質確定其收集方法，落實課件中收集裝置選擇的要點。3.強調實驗操作規(guī)范：針對氣泡收集時機、驗滿操作等細節(jié)提問，區(qū)分“檢驗”與“驗滿”的差異，培養(yǎng)嚴謹的實驗態(tài)度?；顒尤悍纸夥磻咎釂枴糠治鱿铝腥齻€化學反應，它們有什么共同特征？與化合反應有什么不同？【學生回答】反應物都只有一種，生成物為兩種或兩種以上，化合反應是“多變一”，只有一種生成物?！究偨Y】分析化合反應與分解反應。反應物種類生成物種類反應特點化合反應兩種或兩種以上一種“多變一”分解反應一種兩種或兩種以上“一變多”【展示題目】典例：實驗室用過氧化氫分解制取氧氣時，往往加入二氧化錳，以下說法正確的是（）A．如果不加入MnO2，過氧化氫就不會分解產生氧氣B．在過氧化氫分解反應中，MnO2加快了化學反應速率C．加入MnO2后制取的氧氣質量增大D．MnO2只能做過氧化氫分解的催化劑【學生回答】B設計意圖1.概念結構化：通過反應式對比，明確分解反應與化合反應的逆向關系，完善反應類型網絡。第3節(jié)氧氣的制備（第1課時）一、從空氣中分離出氧氣分離液態(tài)空氣→沸點不同→物理變化利用化學反應制備氧氣1.過氧化氫分解制備氧氣發(fā)生裝置：固液常溫型收集裝置：排水法、向上排空氣法2.催化劑催化作用：改變化學反應速率特性：本身的質量和化學性質不變3.分解反應：一變多1.如圖是實驗室用過氧化氫制取氧氣的裝置，下列說法正確的（）A．實驗開始時一有氣泡產生就將導氣管伸入集氣瓶口B．排水法收集氧氣，事先將集氣瓶內裝滿水，蓋上玻璃片，將集氣瓶倒扣到水槽中C．加藥品時，先通過長頸漏斗加入過氧化氫，再用藥匙把二氧化錳裝入錐形瓶，塞緊橡皮塞D．集氣瓶口有大氣泡冒出時，迅速將集氣瓶正放在桌面上，再蓋上玻璃片2.下列有關催化劑的理解錯誤的是（）A．同一物質可做多個化學反應的催化劑B．對于同一化學反應，可以有幾種不同的催化劑C．催化劑能改變化學反應速率，也能增加或減少生