资源简介

课题3 制取氧气
第1课时 制取氧气
一、知识目标
了解氧气的工业制法，掌握利用液氧和液氮沸点不同分离液态空气的原理和过程。
掌握实验室用高锰酸钾和分解过氧化氢制取氧气的实验原理、发生装置、收集装置、实验步骤、检验与验满方法。
体会制取气体的一般思路和方法。
二、素养目标
宏观辨识与微观探析：从宏观上认识氧气的制取方法，从微观角度理解工业制氧和实验室制氧的原理。
证据推理与模型认知：通过对实验现象的观察和分析，推理得出氧气的性质和制取方法，建立制取气体的一般模型。
科学探究与创新意识：通过设计和实施实验，培养科学探究能力和创新意识，学会选择合适的实验方法和装置。
一、教学重点
氧气的工业制法和实验室制法，包括实验原理、装置选择、实验步骤等。
二、教学难点
实验室制取氧气的实验操作和注意事项，以及对实验现象的分析和解释。
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》课题3《制取氧气》第1课时。本课时内容在教材中起着承上启下的作用，既对前面所学的空气、氧气的性质等知识进行了拓展和深化，又为后续学习其他气体的制取奠定了基础，是初中化学实验教学的重要组成部分，对于培养学生的实验操作能力和科学探究精神具有重要意义。 教材按照“工业制法—实验室制法”的顺序展开，先介绍了工业上利用液氧和液氮沸点不同分离液态空气制取氧气的方法，让学生了解氧气的大规模生产原理，明确这是一个物理变化过程。接着重点阐述了实验室制取氧气的两种方法：用高锰酸钾制氧气和分解过氧化氢制氧气。详细讲解了这两种方法的试剂、原理、发生装置、收集装置、实验步骤以及氧气的检验与验满等内容。通过对比两种实验室制法，让学生体会不同反应原理和实验装置的特点，培养学生的分析和比较能力。
教学对象是九年级的学生，他们在之前的化学学习中已经对氧气的性质有了一定的了解，知道氧气能支持燃烧等，这为本节课学习氧气的制取奠定了一定的知识基础。但对于氧气是如何制取的，学生充满了好奇和求知欲。 在思维方面，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、生动的实验现象比较感兴趣，但对于一些抽象的概念和原理理解起来可能存在一定的困难。例如，在理解实验室制取氧气的发生装置和收集装置的选择依据时，需要结合氧气的性质等知识进行分析，这对学生的思维能力提出了一定的挑战。 在实验操作技能上，学生虽然在之前的学习中接触过一些简单的实验操作，但对于像用高锰酸钾制氧气这样较为复杂的实验，可能还缺乏经验。比如，在组装实验装置、检查装置气密性、控制加热的火候等方面，需要教师进行详细的指导和示范。同时，学生在实验过程中的安全意识和规范操作意识也有待加强。 另外，学生在学习方法上还不够成熟，缺乏自主探究和合作学习的能力。在本节课的学习中，需要教师引导学生通过实验探究、对比分析等方法，主动获取知识，培养学生的科学探究能力和团队合作精神。
教学环节一 课堂导入
【展示潜水员图片】同学们，老师给大家展示一张图片，大家看，潜水员在潜水时总是在身后背着一个氧气瓶。大家想一想，在水下那么深的地方，没有我们平常呼吸的空气，潜水员却能正常呼吸，这全靠这个氧气瓶。那大家知道氧气瓶中的氧气是怎样制取的吗？（给学生一些思考和发言时间，鼓励学生大胆猜测，可能会有学生提出一些不太准确的想法）
【联系生活拓展】其实呀，不仅仅是潜水员，医院里很多病人也需要吸氧来维持生命，还有一些特殊的工业生产过程也离不开氧气。那这些大量的氧气是怎么来的呢？是像我们想象的那么简单吗？带着这些疑问，今天我们就一起来探究氧气的制取方法。
【设计意图】
激发学生兴趣：以潜水员背着氧气瓶的图片为切入点，这是学生比较熟悉且好奇的场景，能迅速吸引学生的注意力，激发他们对氧气制取方法的探究欲望，提高课堂参与度。
联系生活实际：通过提及医院病人吸氧和工业生产需要氧气，让学生明白氧气制取在生活和生产中的重要性，使抽象的化学知识与实际生活紧密联系，让学生感受到化学知识的实用性。
引发思考，导入新课：提出关于氧气制取方法的问题，引发学生的思考，自然地过渡到本节课的主题——制取氧气，让学生带着问题去学习，明确学习目标，提高学习的主动性和积极性。
教学环节二 氧气的工业制法
活动一 氧气工业制法的原理和过程
【引入】同学们，潜水员在潜水时总是在身后背着一个氧气瓶。大家知道氧气瓶中的氧气是怎样制取的吗？在工业生产中，我们需要大量的氧气，这就涉及到氧气的工业制法。下面我们就来学习氧气的工业制法。
【问题】工业上是利用什么原理来制取氧气的呢？
【学生思考】学生阅读教材相关内容后回答：利用液氧（沸点高）和液氮（沸点低）的沸点不同进行分离。分离液态空气过程，没有生成新的物质，是物理变化。
【教师讲解】评价学生回答并强调：工业制氧气采用分离液态空气法，先将空气低温加压变成液态空气，然后控制温度在到之间，利用各成分沸点不同进行分离。这个过程没有新物质生成，属于物理变化。
【设计意图】通过潜水员氧气瓶的情景引入，激发学生的学习兴趣。让学生思考工业制氧原理，培养学生的自主学习能力。通过对应训练，加深学生对工业制氧原理和过程的理解。
活动二 典例精讲
1.工业制氧气采用分离液态空气法，先将空气液化，然后逐渐升温，关于这个过程的描述不正确的是（ ）
A．属于化学变化
B．利用了物质的沸点不同
C．分离出氮气，再分离出氧气
D．分离得到的氧气装入蓝色钢瓶中储存
【学生回答】A
【解析】分离液态空气制取氧气的过程中没有新物质生成，属于物理变化，A选项错误；该方法是利用空气中各成分的沸点不同进行分离的，B选项正确；氮气的沸点比氧气低，所以先分离出氮气，再分离出氧气，C选项正确；分离得到的氧气通常装入蓝色钢瓶中储存，D选项正确。
2.工业制取氧气主要有下列步骤。下列关于实验的说法正确的是（ ）
A．工业制氧气属于化学变化
B．从步骤②可以得出氮气的沸点比氧气的沸点高
C．步骤②剩余液体为淡蓝色
D．储存在蓝色钢瓶里的“工业液氧”是纯净物
【学生回答】C
【解析】工业制氧气是利用空气中各成分沸点不同进行分离，属于物理变化，A选项错误；氮气沸点低先分离出来，说明氮气的沸点比氧气低，B选项错误；步骤②剩余液体主要是液氧，液氧是淡蓝色的，C选项正确；储存在蓝色钢瓶里的“工业液氧”中还含有少量其他气体，属于混合物，D选项错误。
3．工业制氧气有分离液态空气法、膜分离技术、分子筛制氧法（吸附法）等。如图是采用膜分离技术制取氧气的简易流程，该过程根据颗粒大小不同实现氧气制取。下列说法错误的是
A．空气预处理一般为空气除尘、除水蒸气等
B．膜分离技术制取氧气采用的是物理变化
C．分离液态空气法制取氧气的原理是空气各成分的沸点不同
D．氧气能通过膜上的微孔而氮气不能，说明氧气分子的直径更大
【学生回答】D
【详解】A、空气预处理一般为空气除尘、除水蒸气等操作，故A选项不符合题意；
B、膜分离技术制取氧气，只是根据颗粒大小不同，将其分离，无新物质生成，属于物理变化，故B选项不符合题意；
C、分离液态空气法制取氧气的原理是：利用液氮和液氧的沸点不同，将其分离，液氮沸点低，蒸发过程中，氮气先分离出来，故C选项不符合题意；
D、氧气能通过膜上的微孔而氮气不能，说明分子直径氮气大于氧气，故D选项符合题意。
故选D。
教学任务三 氧气的实验室制法
活动一 用高锰酸钾制氧气
【引入】在实验室中，我们也需要制取氧气来进行各种实验。下面我们先来学习用高锰酸钾制取氧气的方法。
【问题】用高锰酸钾制取氧气需要用到哪些试剂呢？其反应原理是什么？
【学生思考】学生阅读教材后回答：试剂是高锰酸钾，它是暗紫色固体，可溶于水，是常用的消毒剂。反应原理是高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气。
【教师讲解】评价学生回答并强调：高锰酸钾在加热的条件下分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气。在这个反应中，我们要注意反应条件是加热。
【问题】用高锰酸钾制取氧气的发生装置和收集装置应该如何选择呢？
【学生思考】学生结合教材内容和已学知识回答：反应物状态是固体，反应条件是加热，所以发生装置选择固体加热装置；氧气不易溶于水、密度比空气大，所以收集装置可以选择排水法或向上排空气法。
【教师讲解】展示固体加热装置和收集装置的图片，详细讲解发生装置和收集装置的特点及注意事项。如固体加热装置要药品平铺、外焰加热、试管口略向下倾斜、试管口放一团棉花等；排水法收集到的气体较纯净但不干燥，向上排空气法收集到的气体较干燥但不纯净等。
【问题】加热高锰酸钾制氧气的实验步骤是怎样的？
【学生思考】学生结合视频总结用高锰酸钾制氧气的实验步骤。
【教师讲解】实验步骤为“查、装、定、点、收、离、熄”，谐音记忆“茶庄定点收利息”。即①查—连接仪器，检查装置气密性；②装—试剂装入试管，使之平铺在试管的底部，管口塞一小团棉花；③定—用铁夹夹持试管，并固定在铁架台上；④点—点燃酒精灯加热（须预热）；⑤收—排水法收集氧气（等气泡连续均匀放出时再开始收集）；⑥离—实验完毕，先把导管撤离水面；⑦熄—熄灭酒精灯，停止加热，冷却后拆除装置。
【问题】在实验过程中，为什么要先对试管进行预热，然后再对准试剂部位加热？为什么要到导管口连续均匀冒出气泡时，再开始收集氧气？试验结束，为什么先将导管移出水面，再熄灭酒精灯？
【学生思考】学生思考并回答：先预热是为了防止试管因受热不均匀而炸裂；到导管口连续均匀冒出气泡时再收集是为了防止收集的氧气中混有空气；先移导管再熄灭酒精灯是为了防止水槽中的水倒吸入试管，使试管因骤冷而炸裂。
【讲解】对学生的回答进行肯定和强调，进一步解释这些操作的重要性。
【问题】如何检验收集到的气体是氧气？收集氧气时，怎样知道已收集满了？
【学生思考】学生思考并回答：用带火星木条伸入集气瓶中，木条复燃，则证明是氧气。用向上排空气法收集时，可用带火星的木条伸到集气瓶口，木条复燃，则证明氧气已满。用排水法收集氧气时，当集气瓶中的水排完，集气瓶口有大量气泡冒出，证明已收集满。
【总结】总结用高锰酸钾制氧气的试剂、原理、发生装置、收集装置、实验步骤以及注意事项。
【设计意图】通过实验室制取氧气的情景引入，让学生明确学习目标。让学生思考试剂、反应原理、发生装置和收集装置的选择，培养学生的分析和归纳能力。通过对应训练，巩固学生对用高锰酸钾制取氧气的操作和原理的掌握。
活动二 过氧化氢分解制氧气
【引入】除了用高锰酸钾制取氧气，在实验室中还可以用过氧化氢分解来制取氧气。下面我们来学习这种方法。
【问题】用过氧化氢制取氧气需要用到哪些试剂呢？其反应原理是什么？
【学生思考】学生阅读教材后回答：试剂是过氧化氢和二氧化锰，过氧化氢是无色液体，二氧化锰是黑色粉末。反应原理是过氧化氢水+氧气。
【教师讲解】评价学生回答并强调：过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解生成水和氧气。二氧化锰在这个反应中起催化作用，能加快反应速率，但本身的质量和化学性质在反应前后不变。
【问题】用过氧化氢制取氧气的发生装置和收集装置又该如何选择呢？
【学生思考】学生结合教材内容和已学知识回答：反应物状态是固体和液体，反应条件是不加热，所以发生装置选择固液常温型装置；氧气不易溶于水、密度比空气大，所以收集装置可以选择排水法或向上排空气法。
【教师讲解】展示固液常温型装置的图片，详细讲解其特点和注意事项，如长颈漏斗下端要伸到液面以下等。
【问题】分解过氧化氢制氧气的实验步骤是怎样的？
【学生思考】学生结合视频总结用过氧化氢制氧气的实验步骤。①查—连接仪器，检查装置气密性；②装—装入药品（二氧化锰）；③定—固定装置；④倒—倒入过氧化氢溶液；⑤收—排水法或向上排空气法收集。
【讲解】说明检查装置气密性的方法：用止水夹夹住胶管，往长颈漏斗中注水，长颈漏斗下端能保持一段稳定的水柱，说明气密性良好。
【设计意图】通过对比引入过氧化氢分解制氧气的方法，让学生了解不同的制氧途径。让学生思考试剂、反应原理、发生装置和收集装置的选择，培养学生的知识迁移能力。通过对应训练，让学生从多个角度比较不同制氧方法的优缺点，提高学生的综合分析能力。
活动三 典例精讲
1．用高锰酸钾制氧气的操作过程，错误的是
A．检查气密性 B．制取气体
C．收集气体 D．检查气体
A．A B．B C．C D．D
【学生回答】B
【详解】A、检查装置气密性时，用手紧握试管，若导管口产生气泡，且松开手后导管口上升一段稳定的液柱，说明装置气密性良好，操作正确；
B、用高锰酸钾酸钾制取氧气时，为防止加热时试管内固体粉末进入导管，试管口应放一团棉花，图中缺少棉花，操作错误；
C、氧气不易溶于水且不与水反应，可用排水法收集，操作正确；
D、氧气具有助燃性，检验氧气可将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，说明是氧气，操作正确。
故选B。
2．下列有关实验室制取氧气的说法正确的是
A．检查装置气密性时，先用手捂住试管，再将导管伸入水中
B．加热后导管口有气泡连续均匀逸出时，开始收集
C．高锰酸钾加热制取氧气，实验结束先熄灭酒精灯
D．用排水法收集氧气，验满时用带火星的木条放在瓶口
【学生回答】B
【详解】A、检查气密性时应先将导管伸入水中，再用手捂住试管。若顺序相反，可能导致空气膨胀不明显，无法准确判断气密性。选项错误；
B、导管口有连续均匀气泡冒出时才能收集，刚开始的气泡中含有原装置中的空气，若立即收集会导致氧气不纯，选项正确；
C、实验结束应先从水槽移出导管，再熄灭酒精灯，防止冷凝水倒流炸裂试管，选项错误；
D、排水法收集氧气不需要验满（观察集气瓶口有大气泡冒出即表示收集满）。带火星木条验满适用于向上排空气法。选项错误；
故选B。
3.下列关于氧气的制取、收集、验满、性质实验操作正确的是
A．制取 B．收集
C．验满 D．性质
【学生回答】B
【详解】A、用固体加热制取氧气，试管口略向下倾斜，防止冷凝水回流使试管炸裂，操作错误。
B、向上排空气法收集氧气时，导管应伸到集气瓶底部，这样才能将瓶内空气排尽，操作正确。
C、氧气验满应将带火星木条放在集气瓶口，若木条复燃则满，不能伸入瓶内，操作错误。
D、铁丝在氧气中燃烧，集气瓶底部应放少量水或细沙，防止高温生成物溅落炸裂瓶底，操作错误。
故选B。
4.从安全、环保、节能、简便等方面考虑，实验室制取氧气的最佳方法是()
A．用高锰酸钾制氧气
B．氧化汞加热分解
C．分离液态空气
D．过氧化氢催化分解
【学生回答】D
【解析】用高锰酸钾制氧气需要加热，消耗能源，操作相对复杂，A选项不符合要求；氧化汞加热分解会产生有毒的汞，不环保，B选项不符合要求；分离液态空气是工业制氧方法，不适合实验室制取，C选项不符合要求；过氧化氢催化分解不需要加热，操作简便，产物是水和氧气，安全环保，D选项符合要求。
5.下列关于实验操作的“先后”描述错误的是( )
A.过氧化氢制氧气时，先检查装置气密性，后向锥形瓶中加入药品
B.红磷测定空气中氧气含量时，先将集气瓶冷却到室温，后打开弹簧夹
C.高锰酸钾制氧气收集完气体时，先熄灭酒精灯，后将导管移出水面
D.给物质加热时，先使试管均匀受热，后对准药品部位加热
制取氧气
一、氧气的工业制法
原理：利用液氧和液氮沸点不同分离液态空气（物理变化）
过程：空气→低温加压→液态空气→控制温度（ -196°C - -183°C）→氮气、液态氧气
二、氧气的实验室制法
（一）用高锰酸钾制氧气
试剂：高锰酸钾（暗紫色固体）
原理：高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气
发生装置：固体加热装置
注意：试管口略向下倾斜、放一团棉花
收集装置
排水法：较纯净但不干燥
向上排空气法：较干燥但不纯净
实验步骤：查装定点收离熄
（二）分解过氧化氢制氧气
试剂：过氧化氢、二氧化锰
原理：过氧化氢水+氧气
发生装置：固液常温型
注意：长颈漏斗下端伸到液面以下
实验步骤：查装定倒收
1.工业制氧气采用分离液体空气法，先将空气液化，然后逐渐升温，关于这个过程的描述不正确的是（ ）
A. 属于物理变化
B. 利用了物质的沸点不同
C. 先收集到的氮气沸点较低
D. 有新物质氧气生成
【答案】D
【解析】工业制氧气采用分离液态空气法，是利用液氧和液氮的沸点不同，将空气液化后逐渐升温，先分离出沸点低的氮气，再分离出氧气，该过程没有生成新物质，属于物理变化。所以A、B、C选项描述正确，D选项描述错误，答案选D。
工业上制取氧气的原理如图1所示，部分物质的沸点如图2。下列有关说法正确的是( )
A. 操作①中控制温度在 -183°C之上
B. 液态物质为液态氧气
C. 蓝色钢瓶中气体能用作燃料
D. 工业制氧气过程为物理变化
【答案】D
【解析】A. 操作①是分离液态空气，先分离出氮气，氮气沸点是 -196°C，所以操作①中控制温度应在 -196°C 到 -183°C 之间，A选项错误；B. 液态物质是分离出氮气后剩余的主要是液态氧气，但还含有其他杂质，不是纯净的液态氧气，B选项错误；C. 蓝色钢瓶中气体是氧气，氧气具有助燃性，不能用作燃料，C选项错误；D. 工业制氧气是利用各成分沸点不同进行分离，没有新物质生成，属于物理变化，D选项正确。答案选D。
如图所示为实验室用高锰酸钾制取氧气，其中有关试管的操作正确的是( )
A. 加入高锰酸钾
B. 连接橡胶塞和试管
C. 加热高锰酸钾
D. 洗涤试管
【答案】C
【解析】A. 向试管中加入固体药品时，应将试管横放，用钥匙或纸槽将药品送到试管底部，再慢慢竖起试管，A选项操作错误；B. 连接橡胶塞和试管时，应将橡胶塞旋转着慢慢塞进试管口，不能将试管抵住实验台用力塞，以免压破试管，B选项操作错误；C. 加热高锰酸钾时，先预热，再用外焰对准药品部位加热，C选项操作正确；D. 加热后的试管不能立即用冷水清洗，否则试管会因骤冷而炸裂，D选项操作错误。答案选C。
高锰酸钾制取氧气的实验如图，下列操作符合安全规范的是( )
A. 连接仪器——将试管抵住实验台，用力塞紧胶塞
B. 加热试管——先预热，再对准试剂所在部位加热
C. 结束实验——熄灭酒精灯后，将导管移出水面
D. 整理复位——加热后的试管，立即用冷水清洗
【答案】B
【解析】A. 连接仪器时，不能将试管抵住实验台用力塞紧胶塞，这样容易压破试管，A选项不符合安全规范；B. 加热试管时，先预热使试管均匀受热，再对准试剂所在部位加热，防止试管因受热不均匀而炸裂，B选项符合安全规范；C. 结束实验时，应先将导管移出水面，再熄灭酒精灯，防止水槽中的水倒吸入试管，使试管因骤冷而炸裂，C选项不符合安全规范；D. 加热后的试管不能立即用冷水清洗，否则试管会因骤冷而炸裂，D选项不符合安全规范。答案选B。
如图是氧气的实验室制备、收集、验满、检验操作，错误的是( )
A. 氧气的制备
B. 收集氧气
C. 氧气验满
D. 氧气的检验
【答案】D
【解析】A. 用高锰酸钾制取氧气，试管口略向下倾斜，试管口放一团棉花，用酒精灯加热，装置正确，A选项操作正确；B. 氧气不易溶于水，可用排水法收集，导管口伸到集气瓶口，B选项操作正确；C. 用向上排空气法收集氧气，验满时用带火星的木条伸到集气瓶口，木条复燃则证明氧气已满，C选项操作正确；D. 检验氧气时，应将带火星的木条伸入集气瓶中，木条复燃则证明是氧气，而不是放在瓶口，D选项操作错误。答案选D。
实验室常用下图A、B所示的装置作发生装置制取氧气，小金又设计了下图C、D所示的装置用于制取氧气，下列相关叙述合理的是( )
A. A中试管口要略向下倾斜，是为了防止高锰酸钾受热分解产生的水冷凝后倒流
B. B中用过氧化氢分解制取氧气时，需定期向圆底烧瓶中添加二氧化锰粉末
C. 关闭C中弹簧夹a，并向上拉注射器的活塞，松开手后，若活塞下落到原位置，则装置气密性良好
D. 利用D装置，选用二氧化锰粉末与过氧化氢溶液制氧气，可控制反应的发生与停止
【答案】C
【解析】A. A中试管口要略向下倾斜，是为了防止冷凝水回流到热的试管底部，使试管炸裂，而不是防止高锰酸钾受热分解产生的水冷凝后倒流，A选项叙述不合理；B. 二氧化锰在过氧化氢分解制取氧气的反应中是催化剂，反应前后质量和化学性质不变，不需要定期向圆底烧瓶中添加二氧化锰粉末，B选项叙述不合理；C. 关闭C中弹簧夹a，并向上拉注射器的活塞，松开手后，若活塞下落到原位置，说明装置内外压强能恢复平衡，装置气密性良好，C选项叙述合理；D. D装置中二氧化锰粉末与过氧化氢溶液一旦混合就会发生反应，不能控制反应的发生与停止，D选项叙述不合理。答案选C。
在本次教学中，通过联系生活实际导入，激发了学生的学习兴趣。在讲解工业制氧和实验室制氧的原理、过程及操作时，借助多媒体和实验演示，学生理解起来较为容易。但在实验操作演示环节，部分学生过于关注实验现象，忽略了操作要点和注意事项。在今后的教学中，应加强对学生观察能力和思考能力的引导，提前明确观察目标和思考问题。对于学生在随堂演练中出现的问题，反映出对一些细节知识掌握不牢，后续要强化重点知识的巩固，多进行针对性练习，以提高学生的知识运用能力。

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