跨学科实践活动04 基于特定需求设计和制作简易供氧器（活动设计）-2024-2025学年九年级化学跨学科实践活动教学课件+设计（人教版2024）

跨学科实践活动4 基于特定需求设计和制作简易供氧器 活动设计 活动：基于特定需求设计和制作简易供氧器 课时 3 授课年级 九年级 主题分析 供氧器是指可以提供氧气的装置，在简易供氧器的设计和制作中，需要考虑特定人群、环境的实际需求。该实践活动围绕真实而复杂的问题展开，需大约２～４课时的项目式学习来完成。该项目是跨学科实践活动的范例，主要涵盖人教版教材九年级《化学（上册）》第２单元和第５单元的内容，纵向结合了新课标课程内容中主题1-5的相关内容，综合体现“物质的化学变化”“物质的性质与应用”等主题的大概念与核心知识，同时也承载了“氧气的制取与性质”这一学生必做的实验，对“化学与社会跨学科实践”主题中的化学与健康、材料等相关内容也有所涉及，不仅有助于学生建构变化观、元素观等化学观念，发展建构思维模型等，也有利于培养学生的科学态度与社会责任，促进“比例和定量”等跨学科大概念的发展和完善。 教学目标 1.通过研讨供氧器的使用范围与情境，明确项目要解决的问题及研究价值，感受化学物质及其变化在维护人体健康等方面的重要作用。 2.通过氧气制取实验的复习，使知识经验结构化，初步形成原理→装置→实验室制取气体的一般思路。 3.通过对项目任务进行拆解和规划，初步融合工程技术方法，建立基于特定需求设计供氧器的一般程序和方法，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方法等跨学科知识初步制作项目作品，并作反思和改进。 教学重难点 教学重点：通过对项目任务进行拆解和规划，初步融合工程技术方法，建立基于特定需求设计供氧器的一般程序和方法，形成模型。 教学难点：如何根据特定需求设计供氧器，解决实际问题。 学情分析 经过一段时间的化学学习，学生已初步领悟了化学变化的定义和实质，了解了实验室制取氧气的基本知识，会进行简单的实验操作，会书写化学方程式，知道质量守恒定律，会利用质量守恒定律进行简单的计算。但是还不知道什么是项目式学习，缺乏项目规划的能力；只会简单的实验操作，实验设计、反思、改进等探究能力比较薄弱；难以将具体的知识与真实问题建立联系，缺乏运用知识解决真实问题的能力；知识零散单薄，缺乏知识经验的结构化。 知识整合 一、氧气的性质 1．氧气的物理性质 色、味、态[ 密度 溶解性 三态变化 通常状况下，无色无味气体 比空气略大 不易溶于水 加压降温可变为淡蓝色的液体或淡蓝色的雪花状的固体 2．氧气的化学性质 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）物质与氧气的反应 ①木炭与氧气反应 ②硫粉与氧气反应 ③细铁丝与氧气反应 二、氧气的制取 1．工业制取氧气 （1）方法：一般采用分离液态空气法。 （2）原理：利用液态氮和液态氧的沸点不同，属于物理变化。 （3）储存：为了便于储存、运输和使用，通常把氧气加压后储存在蓝色的钢瓶中。 2．氧气的实验室制取 （1）高锰酸钾分解制取氧气 （2）过氧化氢（俗称“双氧水”）分解制取氧气 教学过程 【新课导入】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?引入新课。 【设计意图】使学生认识到探究学习跨学科学习的必要性。 【探索新知】 【活动设计与实施】 任务一：了解需求 供氧器的使用范围或场景有：家用保健型供氧，在高原、火灾、矿难等危险环境中的救治型供氧，老人保健吸氧、孕期保健吸氧，大型化工生产或水下作业的供氧，医疗急救供氧，航空航天以及水产养殖、粮食或食品贮存对供氧和耗氧的双向需求等……需求的场景不同，制氧的原理也不同，优质的供氧设备能够有效地提升人们的生活水平。 任务二：制氧剂的选择 1.回忆制取氧气的方法 根据沸点不同分离液态空气、高锰酸钾加热制取氧气、过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气、电解水制取氧气。 分析优缺点： 过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气：反应条件是常温、产物环保，但见光易分解，不易储存和取用； 高锰酸钾加热制取氧气：反应条件加热，安全性不高； 电解水制取氧气：反应条件是通电，安全性不高； 分离液态空气、光合作用制取氧气：对温度光照要求比较高。 2. 分析氧立得供氧器的原理 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。 主要结构：主要由内桶、外桶、上盖，吸氧管和制氧剂组成，发生器接口应密封性能良好，无漏气现象。 反应原理：利用水溶解制氧剂，使制氧剂发生化学反应，从而产生氧气。 任务三：设计制作 以小组为单位绘制简易供氧器的草图，自己选择材料（矿泉水瓶、水杯、油壶、塑料桶、注射器、吸管、胶皮管等）设计制作。 药品选择： 1.双氧水和二氧化锰；过碳酸钠和二氧化锰； 2.固体体积比液体小，更方便储存和取用，因此过碳酸钠作制氧剂比双氧水更好。 加湿仓的用途： 1.起到过滤、调节氧气纯度的作用，增加湿度，人呼吸湿润一点的氧气可能更舒适； 2.有个透明窗口可以看到产生氧气的速率，属于可视化设计。 拓展视野一分子筛制氧机 一种采用分子筛变压吸附技术制取高浓度氧气的设备它通过分子筛的吸附和解吸作用，将空气中的氮气和其他杂质分离出去，从而得到富氧空气(较纯净的氧气)。 【课后小结】 本次实践活动使学生了解到各种供氧装置在实际生活中的重要作用，通过他们亲身体验供氧器的制作过程，感受化学等学科知识在解决生活实际问题中的重要意义，提升化学学习的兴趣，提高实践能力与创新能力，形成严谨求实的科学品质，树立为人类生活与社会进步作贡献的科学态度与责任。 作业设计 1．项目学习小组在学习了实验室制氧气之后，查阅了相关资料，利用塑料瓶、注射器、吸管等设计并制作简易供氧器(如图)，其中药品A是过碳酸钠和二氧化锰的混合物(过碳酸钠遇水会生成H2O2)。回答下面小题。 （1）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、吸管等进行实验，在该实验中相关说法错误的是 A．塑料瓶相当于锥形瓶 B．吸管相当于导管 C．注射器相当于长颈漏斗 D．该装置可控制反应速率 （2）有关氧气性质的叙述错误的是 A．氧气是一种无色无味的气体 B．硫在氧气中燃烧，生成有刺激性气味的气体 C．红磷在空气中燃烧，产生大量白烟 D．水中的鱼虾能自由生活说明氧气易溶于水 【答案】（1）C （2）D 2．下图是某班级项目学习小组同学利用塑料瓶、吸管等生活用品设计出的简易供氧器。下列说法正确的是 A．反应仓的药品可以是氯酸钾和二氧化锰 B．使用前，加湿仓应注满水 C．加湿仓类似于排水集气装置 D．加湿仓利用了氧气不易溶于水的物理性质 【答案】D 3．如图是学生制作的简易供氧器。 （1）在供氧使用时，左瓶中可放置的药品是 （填字母）。 A．高锰酸钾 B．氯酸钾和二氧化锰 C．锌粒和稀硫酸 D．过氧化氢溶液和二氧化锰 （2）简易供氧器的右瓶中需加入适量的水，水的一种作用是 。 （3）写出实验室加热固体制取氧气的化学方程式 。 【答案】（1）D （2）观察产生氧气的速率（合理即可） （3）/ 4．具备基本化学实验技能是学习化学的基础和保证。在化学实验操作中，小明抽取了制作简易供氧器试题。可供选择的实验药品有KMnO4、H2O2溶液、MnO2、过碳酸钠、蒸馏水等，部分相关实验装置如图所示。 【资料】过碳酸钠遇水会分解产生Na2CO3和H2O2；Na2CO3易溶于水。 【操作】在左瓶中依次加入适量水、过碳酸钠和二氧化锰。 【现象】 （1）左瓶中黑色粉末翻腾、液体浑浊，瓶壁温热，说明该反应 (填“放热”或“吸热”)；右瓶水中导管口有气泡冒出。 【评价】 （2）右瓶中水的作用是 。(写一个即可) 【答案】（1）放热 （2）通过气泡观察氧气输出的速率 教学反思 本课题需要学生有较强的动手能力，在选择制氧气原理时，要学会通过查阅资料，并用控制变量法选出最适合家庭用氧需求的药品：如针对流速应该选择哪种浓度的过氧化氢最适合，如简单易得应选怎样的催化剂最适合等。要综合考虑原理(试剂用量、压强物质变化、能量变化等)与实际需求(流速、氧气纯度温度、湿度、安全、环保等)实现装置的整体可调控及一体化设计。从上交的作品看成到初期学生的设计方案很多都是只是把发生装置和收集装置改为日常生活中的塑料来代替，没有做到一体化设计，在试剂用量和流速等方面欠考虑和探究，产品实用性不强。但在不断的质疑，自觉反思中产品在不断的改进，培养学生科学的思维能力是化学实验教学的核心内容，学生在实验过程中能否体会到“真实验”“真探究”“真合作”。 板书设计 1. 主题：基于特定需求设计和制作简易供氧器 2. 氧气的性质：无色、无味、助燃、支持呼吸等 3. 制氧方法：电解水、分解过氧化氢等 4. 设计步骤：明确需求、选择材料、制作过程、测试效果 5. 实践要点：安全操作、创新设计、实际应用 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$