实验活动1 氧气的实验室制取与性质

一、知识目标

掌握实验室用高锰酸钾制取氧气的方法，包括试剂、原理、发生装置、收集装置及实验步骤。
了解氧气的物理性质和化学性质，掌握氧气与木炭、铁反应的现象及表达式。
理解制取气体的一般思路和方法，能解决实验过程中的常见问题。
二、素养目标
宏观辨识与微观探析：从宏观上观察氧气制取和性质实验的现象，从微观上理解氧气的性质和反应原理。
科学探究与创新意识：通过实验探究，培养实验设计和动手能力，体会科学探究的过程和方法。
科学态度与社会责任：在实验过程中，培养严谨的科学态度和安全意识，认识到化学对社会发展的重要作用。

一、教学重点
实验室制取氧气的方法和氧气的性质。
二、教学难点
实验装置的选择和组装、实验操作的规范性及实验现象的观察和分析。

本节教学内容源于人教版2024年版九年级化学上册第二单元《空气和氧气》的实验活动1《氧气的实验室制取与性质》。该内容是初中化学实验教学的重要组成部分，是学生学习化学实验基本操作和气体制取方法的关键内容，对于培养学生的实验技能和科学探究能力具有重要意义。教材围绕氧气的制取与性质展开，先介绍了实验室制取氧气的方法——加热高锰酸钾制氧气，包括试剂、原理、发生装置和收集装置等知识，详细阐述了实验步骤及注意事项，并通过问题与交流引导学生深入思考实验中的关键问题。接着探究氧气的性质，从物理性质和化学性质两方面进行介绍，通过木炭和铁丝在氧气中燃烧的实验，让学生直观感受氧气的化学性质。教材内容编排由浅入深，符合学生的认知规律，将理论知识与实验操作紧密结合，有助于学生理解和掌握。
教学对象是九年级的学生，他们已经对化学有了初步的认识，掌握了一些基本的化学概念和实验操作技能，但对于气体的制取和性质探究还缺乏系统的学习和实践经验。在知识基础方面，学生在之前的学习中了解了氧气的一些基本性质，如能支持燃烧等，但对于氧气的制取方法和更深入的性质特点还不清楚。在思维能力方面，九年级学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们对直观、生动的实验现象充满兴趣，但在分析实验现象、总结实验结论以及理解实验原理等方面还存在一定的困难。在学习习惯和态度上，部分学生已经具备了一定的自主学习能力和合作探究精神，但仍有一些学生在实验操作中存在畏难情绪，缺乏严谨的科学态度和规范的操作习惯。因此，在教学过程中，教师要充分利用实验的趣味性和直观性，激发学生的学习兴趣，引导学生积极参与实验探究，帮助他们逐步掌握气体制取和性质探究的方法，培养科学思维和实验技能，同时注重培养学生严谨的科学态度和规范的操作习惯。

教学环节一课堂导入

【提出问题】展示一瓶氧气，提出问题，我们知道氧气是一种化学性质比较活泼的气体，它可以跟很多物质发生反应。那么，在实验中我们用到的这些氧气是如何得到的呢？那它究竟有着怎样的性质？带着这些疑问，让我们一起走进今天的学习内容——氧气的实验室制取与性质。

【设计意图】引发思考，导入新课：提出关于氧气制取和性质的问题，引发学生的思考，自然地过渡到本节课的主题，让学生带着问题去学习，提高他们的学习主动性和积极性，明确学习方向。

教学环节二制取氧气

活动一知识回顾

【引入】我们知道氧气是一种化学性质比较活泼的气体，它可以跟很多物质发生反应。那么，在实验中我们用到的这些氧气是如何得到的呢？今天我们就来学习实验室制取氧气的方法。

【问题】实验室用高锰酸钾制取氧气，需要用到哪些试剂和仪器呢？反应原理是什么？

【学生思考】

试剂是高锰酸钾（暗紫色固体）。
反应原理：高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气。
仪器有试管、单孔橡胶塞、酒精灯、铁架台、水槽、集气瓶、玻璃导管、乳胶管、升降台、棉花等。
【讲解】评价、强调：高锰酸钾是一种暗紫色固体，加热时会分解产生氧气。在这个反应中，要注意发生装置是固体加热装置，并且有一些注意事项，比如试管口略向下倾斜、放一团棉花。收集装置有排水法（较纯净但不干燥）和向上排空气法（较干燥但不纯净）。
【设计意图】通过问题引导学生思考，激发学生的学习兴趣，让学生初步了解实验室制取氧气的基本信息。

活动二实验与探究

（一）实验用品

【引入】展示本实验需要用到的实验用品，并引导学生认知实验用品的名称及用途。请同学们根据所给的仪器和药品，思考如何进行实验室制取氧气的实验操作？实验步骤有哪些？

（二）实验步骤

选择仪器装置。
【问题】同学们，我们今天用高锰酸钾加热法制取氧气，先看看桌上的仪器 —— 铁架台、试管、酒精灯、集气瓶、水槽…… 大家想想，哪些是发生装置需要的？收集装置又得用到什么呢？”
【学生思考】（结合课件讨论后回答）发生装置需要试管、铁架台、酒精灯、带导管的橡胶塞；收集装置需要集气瓶、水槽和玻璃片。
【讲解】“完全正确！发生装置负责‘产生’氧气，收集装置负责‘收集’氧气，分工明确哦～”
发生装置组装
【问题】“组装发生装置前，有个关键步骤必须先做，谁记得是什么？”
【学生思考】“检查装置的气密性！”
【讲解】“太棒了！来，请一位同学演示下怎么检查 —— 用手紧握试管，观察导管口是否有气泡。”
（学生操作后）“大家看，导管口有气泡冒出，松开手后导管内形成一段水柱，说明气密性良好。如果漏气，一定要重新塞紧橡胶塞哦～”
【问题】“气密性没问题了，接下来装药品。往试管里加高锰酸钾时要注意什么？”
【学生思考】“要小心，别洒出来！”
【问题】“没错，而且试管口一定要放一团棉花，谁知道为什么？”
【学生思考】“防止加热时高锰酸钾粉末被气流冲进导管，堵塞导管！”
【问题】“非常关键！接下来固定试管，铁夹要夹在试管的中上部，还有个细节 —— 试管口为什么要略向下倾斜？”
【学生思考】“防止加热产生的冷凝水倒流回试管底部，使试管炸裂！”
【讲解】“对，安全第一，这个角度可不能错～”
收集装置组装
【问题】“我们用排水法收集氧气，集气瓶怎么处理才能装满水、不留气泡呢？”
【学生思考】“先把集气瓶装满水，然后用玻璃片盖住！”
【讲解】“操作有讲究哦 —— 玻璃片要先盖住瓶口的一小部分，再慢慢推平，这样才能把气泡赶出去。来，试试把盛满水的集气瓶连同玻璃片一起倒立在水槽里，注意别让水漏出来～”（学生操作后）“看，集气瓶倒立后瓶底朝上，水没有漏出，说明准备好了！”
进行实验
【问题】“开始加热了，酒精灯火焰该怎么移动？直接对着药品加热行吗？”
【学生思考】“不行！要先来回移动酒精灯，让试管均匀受热！”
【问题】“太对了，局部过热会导致试管炸裂。现在观察导管口，刚开始冒气泡时，能立即收集吗？”
【学生思考】“不能！刚开始冒出的是装置里的空气，不是氧气！”
【讲解】“非常敏锐！要等气泡连续、均匀地冒出时，再把导管伸入集气瓶。这时候收集的氧气才纯净～”
（一段时间后）
【问题】“大家看，集气瓶里的水快排完了，接下来该怎么做？”
【学生思考】“在水面下用玻璃片盖住瓶口，然后移出水槽！”
【问题】“为什么要在水面下盖玻璃片？”
【学生思考】“防止空气进入集气瓶，影响氧气纯度！”
【问题】“没错！盖好后拿出集气瓶，应该正放还是倒放？”
【学生思考】“正放！因为氧气密度比空气大～
结束实验
【问题】“氧气收集完了，实验结束的步骤很关键，谁来提醒大家 —— 先做什么，后做什么？”
【学生思考】“先把导管移出水面，再熄灭酒精灯！”
【问题】“为什么不能先灭酒精灯？”
【学生思考】“如果先灭酒精灯，试管内温度降低，压强变小，水会倒吸进试管，导致试管炸裂！”
【教师强调】“这是重中之重，顺序千万不能反！大家一定要记牢～”
实验步骤总结
【归纳小结】师生共同总结
（1）查—组装仪器，检查装置的气密性；
（2）装—向试管中装入药品；
（3）定—将试管固定在铁架台上；
（4）点—点燃酒精灯，进行加热；
（5）收—收集氧气；
（6）离—将导气管撤离水槽；
（7）熄—熄灭酒精灯，冷却后拆除装置。
【设计意图】通过学生自主讨论和总结实验步骤，培养学生的实验设计和归纳总结能力，同时让学生在实践中掌握实验操作技能。

活动三问题交流

【问题】在实验室制取氧气的过程中，会遇到一些问题，比如如何向试管中装入高锰酸钾粉末？用高锰酸钾制氧气试管口为什么要放一团棉花？导管口开始有气泡时，为什么不能立即收集？什么时候开始收集？收集满氧气的集气瓶为什么要正立放在桌面上？如果某同学制得的氧气不纯，可能的原因有哪些？检验装置的气密性时，除了用手紧握的方法外，还可以用什么方法？

【学生思考并回答】

向试管中装入高锰酸钾粉末的方法是“一斜二送三直立”。
用高锰酸钾制氧气试管口放一团棉花是为了防止加热时高锰酸钾粉末进入导管。
导管口开始有气泡时不能立即收集，因为刚开始排出的是管内的空气，使收集的气体不纯净，当气泡均匀连续放出时，就可以收集了。
收集满氧气的集气瓶正立放在桌面上是因为氧气的密度比空气的密度大，倒放会使氧气从瓶口与玻璃片的缝隙中跑掉。
制得的氧气不纯的原因可能有：没等装置中的空气排净便开始收集氧气；排水集气时，集气瓶中的水没有完全充满，还留有气泡；收集完气体后，玻璃片与集气瓶口之间密封不好。
检验装置的气密性时，除了用手紧握的方法外，还可以用热毛巾捂住试管；或者用酒精灯微微加热。
【教师总结】对学生的回答进行总结和补充，强调这些问题的重要性和解决方法，最后，展示实验操作中的注意事项的图解，加深学生对实验的理解和掌握。
【设计意图】通过问题交流，让学生深入思考实验过程中的问题，培养学生的问题解决能力和科学思维。

教学环节三氧气的性质

活动一知识回顾

（一）氧气的物理性质

【引入】我们已经学习了氧气的制取方法，那么氧气具有哪些性质呢？首先我们来了解氧气的物理性质。

【问题】请同学们阅读教材和课件内容，总结氧气的物理性质有哪些？

【学生思考并回答】

色态味：通常情况下，氧气是一种无色、无味的气体。
密度：在标准状况下，氧气密度为，比空气（）略大。
溶解性：氧气不易溶于水，水只能溶解氧气。
三态变化：氧气在时变为淡蓝色液体，在变为淡蓝色、雪花状固体。
【教师讲解】在学生回答后，教师进行总结和强调，通过一些实例帮助学生理解氧气的物理性质，如根据氧气密度比空气略大，说明盛满氧气的集气瓶要正放在桌子上。
（二）氧气的化学性质
【问题】知道了氧气的物理性质，那么氧气的化学性质有哪些呢？
【学生思考并回答】
氧气的化学性质比较活泼，氧气具有氧化性。
1．氧气能支持燃烧
2．氧气与木炭和铁的反应
【设计意图】通过学生自主阅读和总结，培养学生的自主学习能力，让学生掌握氧气的物理性质和化学性质。

活动二实验探究

【问题】氧气的化学性质比较活泼，具有氧化性。那么氧气能支持燃烧吗？氧气与木炭和铁会发生怎样的反应呢？我们通过实验来探究。

【学生活动】分组进行实验，分别进行木炭在氧气中燃烧和铁丝在氧气中燃烧的实验。

木炭在氧气中燃烧实验：用坩埚钳夹取木炭，在酒精灯上加热到发红，插入收集的氧气中，观察现象，停止后向集气瓶中加入澄清石灰水，振荡，观察现象。
铁丝在氧气中燃烧实验：点燃系在螺旋状细铁丝底端的火柴，插入盛有氧气的集气瓶中，观察现象。
【教师指导】在学生实验过程中，教师进行巡回指导，强调实验的注意事项，如木炭插入集气瓶的方法、铁丝的处理方法等。
【学生总结】实验结束后，学生总结实验现象：

物质	现象	表达式
木炭	木炭燃烧发出白光，放出热量，生成的气体能使澄清的石灰水变浑浊	碳＋氧气二氧化碳
铁丝	铁丝剧烈燃烧、火星四射、放出热量、生成黑色固体	铁＋氧气四氧化三铁

【教师讲解】教师对学生的总结进行评价和补充，强调氧气的氧化性以及化学反应的表达式书写规范。

【设计意图】通过实验探究，让学生直观地观察氧气的化学性质，培养学生的实验操作能力和观察总结能力。

活动三问题交流

【问题】在氧气性质的实验中，也会遇到一些问题，比如把红热的木炭插入盛有氧气的集气瓶时，为什么由瓶口向下缓慢插入？集气瓶里为什么要预先装少量水或在瓶底铺上一薄层细沙？实验前为什么用砂纸把细铁丝磨成光亮的银白色？

【学生思考并回答】

把红热的木炭插入盛有氧气的集气瓶时，由瓶口向下缓慢插入是因为如果开始便将红热的木炭伸入盛有氧气的集气瓶底部，因木炭在氧气中燃烧大量放热并产生二氧化碳，易使集气瓶中的氧气逸出损失，会迅速使瓶中氧气的含量降低，影响实验现象。
集气瓶里预先装少量水或在瓶底铺上一薄层细沙是为了防止灼热的生成物溅落使集气瓶瓶底炸裂。
实验前用砂纸把细铁丝磨成光亮的银白色是为了除去细铁丝表面的杂质。
【教师总结】教师对学生的回答进行总结和强调，加深学生对实验问题的理解。
【设计意图】通过问题交流，让学生深入思考实验中的问题，提高学生的科学思维和解决问题的能力。