资源简介

(共27张PPT)
跨学科实践活动4
基于特定需求设计和制作简易供氧器
九年级化学 上册·人教版2024
活动目标
1. 通过讨论供氧器的应用范围和场景，明确项目需要解决的问题和研究的价值，体会化学物质及其变化在保障人体健康等方面的重要性。
2. 通过复习氧气制取实验，将知识经验结构化，初步形成从原理到装置，再到实验室制取气体的一般思路。
3. 通过对项目任务的拆解和规划，初步结合工程技术方法，建立基于特定需求设计供氧器的一般流程和方法，形成模型。
4. 通过选择原理、绘制草图、动手制作等小组合作活动，综合应用化学与工程技术等跨学科知识，初步制作项目作品，并进行反思和改进。
活动引入
氧气与人体健康关系密切，在特定环境下，人们需要携带方便、操作简单、安全可靠，且成本较低的供氧器。
我们能不能利用生活中的材料和相关试剂，设计和制作一个简易供氧器呢
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？
高原吸氧
——便携式吸氧瓶
家用保健
——家庭制氧机
病人吸氧
——医用供氧器
鱼缸增氧
——充氧增氧泵
活动设计与实施
任务一
了解需求
1.讨论：相应的供氧器应具有怎样的特点？
家庭制氧机
优点：便利，在家可以吸氧，制氧成本低。
不足：需要通电，出门无法使用。
医用供氧器
优点：氧气纯度高；有医生的指导，更专业。
不足：受地方限制，不能即时吸氧；费用较高。
活动设计与实施
任务一
了解需求
1.讨论：相应的供氧器应具有怎样的特点？
便携式吸氧瓶
优点：随身可携带，氧气纯度高。
不足：成本较高；一次性使用，丢弃的瓶子造成资源浪费。
充氧增氧泵
优点：提高溶氧量，减少水温不一致，净化水质。
不足：寿命短，耗电能力强，噪音比较大。
活动设计与实施
任务一
了解需求
2.交流：选择其中一种情况，通过讨论确定简易供氧器的设计和制作目标。
家庭制氧机
医用供氧器
便携式吸氧瓶
充氧增氧泵
活动设计与实施
任务二
获取信息
1.查阅资料：目前商业化的供氧器有哪些类型呢？
过碳酸钠制氧机
分子筛制氧机
富氧膜制氧机
电子制氧机
活动设计与实施
任务二
获取信息
2.结合本组的目标，阅读有参考价值的供氧器的说明书，尝试进行实物演示与拆解，了解其组成、结构、工作原理和操作方法。
活动设计与实施
任务二
获取信息
氧立得是一款化学药剂家用制氧机，如下是其拆解后的结构。
活动设计与实施
任务二
获取信息
氧立得的使用说明
（1）性状：
A剂：固体氧释放剂(白色颗粒)，采用先进工艺生产，颗粒均匀，保质期长。
B剂：催化剂(黑色粉末或颗粒)，采用特殊工艺生产，保证出氧量稳定。
（2）规格：A剂：100g/包 B剂：3g/包
急救包(3包A剂，3包B剂) A剂：100g/包 B剂：9g/包
（3）成分：A剂：过碳酸钠 B剂：二氧化锰
（4）氧含量：99.5%
（5）作用与用途：用于各种缺氧症状的补充供氧
（6）储藏方法：干燥阴凉处保存
活动设计与实施
任务二
获取信息
氧立得的工作原理
(1)操作方法:在反应仓中首先加入粉末状过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2)、水，然后加入粉末状二氧化锰(MnO2)，即产生氧气。
(2)工作原理:
第一步: 2Na2CO3·3H2O2 2Na2CO3+3H2O2;
第二步:　　　　　　　　　　　　　　　。
2H2O2 2H2O+O2↑
供氧剂 过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2) 过氧化氢(H2O2)
特点 过碳酸钠是固体且较稳定，方便储存、运输和使用 过氧化氢溶液为液体，运输储存不方便，且高浓度的过氧化氢溶液具有一定的腐蚀性
活动设计与实施
任务二
获取信息
氧立得的操作方法
(1)反应仓内应加入自来水(凉水)，严禁使用热水。
(2)反应仓加水后，先投入A剂，再投入B剂。每次供氧停止后，将反应残液倒洗清空。供水困难时，可在残液冷却时，补充A剂(不加B剂)连续供氧。
活动设计与实施
任务二
获取信息
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，综合运用多学科知识分析原因，总结供氧器的工作原理和组成特点。
活动设计与实施
任务二
获取信息
实验室用过氧化氢溶液 氧立得制氧机
原理
装置 结构
2Na2CO3·3H2O2 2Na2CO3 + 3H2O2
2H2O2 2H2O + O2↑
2H2O2 2H2O + O2↑
活动设计与实施
任务二
获取信息
总结供氧器的工作原理和组成特点
使反应液与催化剂接触，产生氧气
对产生的氧气进行洗涤和加湿，更有利于人体呼吸
输送氧气
活动设计与实施
任务三
设计制作
如何设计一款简易的制氧机呢？类比实验室制取氧气的思路，小组讨论制作简易制氧机的思路？
发生装置：
试剂状态、
反应条件
确定反应原理
选择发生装置
过氧化氢分解制取氧气
选择收集装置
收集装置：
气体的性质：密度、是否溶于水，是否与水反应等
基于需求确定制备原理
选择反应装置
确定吸氧设备
活动设计与实施
任务三
设计制作
你会选择哪一种原理制作制氧机呢？小组讨论选择制氧原理时需考虑哪些因素呢？
制氧剂 化学方程式 使用分析
双氧水和二氧化锰制氧气
加热高锰酸钾
水在直流电的作用下分解
过碳酸钠、水和二氧化锰
反应条件加热，安全性不高
反应条件是常温、产物环保，但见光易分解，不易储存和取用
反应条件是通电，安全性不高
存储的稳定性，过碳酸钠和二氧化锰混合物加入水中可迅速产生氧气。
2H2O2 2H2O + O2↑
2KMnO4 = K2MnO4+MnO2+O2↑
△
2H2O = 2H2↑+O2↑
通电
2Na2CO3·3H2O2=2Na2CO3+3H2O2
2H2O2 2H2O + O2↑
活动设计与实施
任务三
设计制作
除了上述因素外，还需考虑哪些什么呢？
实际供氧量
氧立得说明书使用建议：
通用情况 A剂+B剂 用水量 供氧量/分钟 时间 备注
日常保健 1A + 1B 约600毫升冬季少加100毫升夏季多加100毫升 ≥ 350mL ≥ 15分钟 水温高低会影响供氧时间，但总出氧量不会减少
一般缺氧 2A + 1B ≥ 500mL ≥ 25分钟 急救 3A + 2B ≥ 1200mL ≥ 15分钟
活动设计与实施
任务三
设计制作
通过计算确定制氧剂的用量
标准状况下，氧气的密度为1.43 g/L，如果要供给正常健康人连续吸氧10分钟，制氧的气流量约为350mL/min，产生的氧气纯度约为99.5%，大约需要过氧化氢多少克
解：产生氧气的质量=
设大约需要过氧化氢的质量为x。
2H2O2 2H2O + O2↑
32
5 g
68
x
x = 10.6 g
答：大约需要过氧化氢的质量为10.6 g。
解：产生氧气的质量=1.43 g/L×10 min×0.35 L/min×99.5% ≈ 5 g
活动设计与实施
任务三
设计制作
1. 根据使用要求和已有条件，选择合适的制氧原理，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。
初版草图示例(仅供参考)
活动设计与实施
任务三
设计制作
2. 对产品进行试验，了解其供氧效果，并对试验结果进行分析，从工程技术角度进一步优化产品，编写自制供氧器的使用说明书。
制氧机说明书
(1)反应仓内应加入自来水(凉水),严禁使用热水。
(2)反应仓加水后,先投入A剂，再投入B剂。每次供氧停止后,将反应残液倒空清洗。供水困难时,可在残液冷却时,补充A剂(不加B剂)连续供氧。(答案合理即可)
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
与同学交流和相互评价，分享活动收获和体会。
练习与应用
1.实验室用高锰酸钾制取氧气的过程中，不需要使用的仪器是( )
A. 漏斗
B. 酒精灯
C. 大试管
D. 集气瓶
A
练习与应用
2.项目学习小组在学习了实验室制取氧气之后，查阅了相关资料，利用塑料瓶、注射器、吸管、输液管等设计并制作简易供氧器，如图。其中药品A是过碳酸钠，遇水会分解出H2O2 ，药品B是一种黑色粉末状催化剂，回答下面的问题。
（1）氧气能供给呼吸，保持氧气化学性质的最小粒子是氧分子。下列物质中含有氧分子的是( )
A. 二氧化碳 B. 过氧化氢 C. 液态空气 D. 高锰酸钾
（2）生活用品可以代替一些化学仪器。本实验利用了塑料瓶、注射
器、吸管、输液管等进行实验，在该实验中相关说法错误的是( )
A. B是二氧化锰 B. 塑料瓶相当于锥形瓶
C. 吸管相当于玻璃棒 D. 输液管相当于导管
C
C
活动总结
跨学科实践活动4
基于特定需求设计和制作简易供氧器
1
2
了解需求
制氧剂的选择（分析制氧机的原理）
3
设计制作制氧机
九年级化学·人教版
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