《2025年名校课堂九年级化学全一册人教版云南专版》

跨学科实践活动 4 基于特定需求设计和制作简易供氧器
【活动目标】
进一步巩固对氧气性质和实验室制取氧气的原理与装置的认识，了解实现物质定量转化的方法，综合应用多学科知识和工程技术手段解决实际问题。
【活动设计与实施】
任务一 了解需求
1. 讨论哪些人群在哪些场景或地域会用到供氧器，相应的供氧器应具有怎样的特点。

2. 选择家用供氧器，通过讨论确定简易供氧器的设计和制作目标。
(1) 设计制作简易的家用供氧器，除需考虑反应原理、方法、材料外，还需考虑很多方面的因素，例如_______。
(2) 制作的简易供氧器可用于家中、急救、_______等多种场景。
任务二 获取信息
1. 查阅资料，了解目前商品化供氧器的类型。
目前市场上常见的家用供氧器的工作原理有两种：分子筛制氧法和化学试剂法。
(1) 分子筛制氧法以空气为原料，当空气经过分子筛时，氮气和氧气分离，获得高浓度的氧气。其微观示意图如图所示。则该供氧器制得的“氧气”属于_______(填“纯净物”或“混合物”)，此过程发生的是_______(填“物理”或“化学”)变化。

(2) 化学试剂法：①从质量守恒的角度分析，你认为能够作为制氧剂的物质应满足的条件是_______。
②市场上销售的家用化学试剂供氧器的主要原料一般是过氧化氢溶液或过碳酸钠固体[化学式为 $ 2Na_2CO_3 \cdot 3H_2O_2 $。溶于水后发生反应的化学式方程式：$ 2(2Na_2CO_3 \cdot 3H_2O_2) \xlongequal{MnO_2} 4Na_2CO_3 + 6H_2O + 3O_2 \uparrow $，且该反应放热]。不采用高锰酸钾分解制氧气的原因可能是_______。
2. 了解家用化学试剂供氧器的结构和工作原理。
市面上某常见的小型供氧器如图 1，拆解后重要部分如图 2，制氧剂如图 3，工作原理如图 4。
(1) 组成、结构、试剂、原理：

如图 4，用该供氧器制氧时，甲仓内有黑色粉末翻腾，变得浑浊，仓壁变得温热，乙仓底部导气管有气泡冒出。乙仓中的水除了有过滤杂质提纯氧气的作用外，还可以起到的作用是_______(填字母)。
A. 可以通过气泡观察氧气生成的速率
B. 降低氧气温度
C. 加快氧气的生成
(2) 制氧剂用法用量：
下表是该供氧器的制氧说明(部分)，其中 A、B 剂的成分是过碳酸钠或者二氧化锰。

若突发缺氧性疾病，在呼叫救护车的同时进行吸氧，应选择的最佳配方是_______。
(3) 工作原理分析：
①根据质量守恒定律可知，A 剂或 B 剂中一定含有_______元素。由“制氧说明”得知，A 剂的成分是_______，与水接触后产生 $ H_2O_2 $，再与 B 剂接触产生氧气，B 剂在反应前后_______不变，是催化剂。
②该供氧器装置与实验室分解过氧化氢制氧气的装置类似，_______(填“甲”或“乙”，下同)仓相当于气体发生装置，_______仓相当于多功能瓶，“长进短出”可以加湿或洗气。
3. 比较其与实验室制取氧气在制氧原理、收集方法、仪器装置等方面的异同。

(1) 实验室用过氧化氢制取氧气的化学方程式为_______，收集较纯净的氧气应选择装置_______(从 C～E 中选)。
(2) 如果在实验室用过碳酸钠、二氧化锰、水制取氧气，从图 1 中可选用的气体发生装置是_______(填字母)。
(3) 某些供氧器上有湿化瓶装置，湿化瓶装置类似于图 2。使用供氧器时，应用导管_______(填“a”或“b”)连接供氧器。
任务三 设计制作
1. 设计供氧器的组成和结构，绘制设计图，通过计算确定相关试剂的用量，制作简易供氧器。
(1) 你在制作简易供氧器前需考虑的因素有：_______(答一点)。
(2) 确定试剂的用量：常温常压下产生 $ 150mL $ 的氧气 $ (\rho_{氧气} = 1.43g/L) $，需要过碳酸钠的质量为_______(结果精确到 $ 0.01 $)g。另需约 $ 0.2g $ 二氧化锰、少量水。
(3) 绘制设计图，请将你的设计图画在下面方框内。

2. 对产品进行试验，了解其供氧效果，编写自制供氧器的使用说明书。
使用方法：_______。
【展示与交流】
1. 展示自制供氧器，介绍产品的工作原理、制作方法和供氧效果等。
2. 小组同学将自制简易家用供氧器在原版本的基础上进行了如图所示的迭代优化，请写出改进后装置的一个优点：_______。

答案： 任务一 2.
(1)安全性(或实用性或经济性或便捷性等,合理即可)
(2)登山(合理即可) 任务二 1.
(1)混合物 物理
(2)①物质组成中必须含有氧元素 ②反应需要加热 2.
(1)AB
(2)配方三
(3)①氧 过碳酸钠 质量和化学性质 ②甲 乙 3.
(1)$2\mathrm{H}{}_{2}\mathrm{O}{}_{2}\xlongequal{\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{}_{2}}2\mathrm{H}{}_{2}\mathrm{O}+\mathrm{O}{}_{2}\uparrow$ E
(2)B
(3)a 任务三 1.
(1)如何控制反应速率,使反应平稳进行(合理即可)
(2)1.40
(3)略 2.向两个瓶子中均加入适量水(其中左侧瓶中水面要高于软塑胶管下端),右侧瓶中加入适量过碳酸钠和二氧化锰,拧紧瓶盖,从左侧软塑胶管口即可输出氧气(合理即可) 【展示与交流】 2.节省材料(合理即可)