跨学科实践活动04 基于特定需求设计和制作简易供氧器（教学课件）-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）

教师：XXX 第五单元 化学反应的定量关系 跨学科实践活动（人教版2024） 跨学科实践活动5 基于特定需求设计和制作简易供氧器 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。 活动目标 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 氧气与人体健康的密切关系 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 知识回顾 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。 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 2.氧气的实验室制取 知识回顾 （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 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务一 了解需求 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务一 了解需求 以下人群在特定场景或地域会用到供氧器‌： 高原反应患者‌：在高海拔地区，氧气含量较低，容易出现高原反应，如头痛、呼吸困难等。使用供氧器可以缓解这些症状。 ‌肺纤维化患者‌：这类患者肺部组织逐渐硬化和纤维化，导致呼吸困难，需要使用供氧器来承担部分肺的功能‌。 ‌心力衰竭患者‌：心脏无法有效地泵血，导致身体缺氧，使用供氧器可以帮助缓解缺氧问题‌。 ‌心肺功能不佳者‌：如患有心力衰竭、冠心病等疾病，心脏和肺部的功能减弱，导致氧气供应不足，使用供氧器可改善缺氧状况‌。 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务一 了解需求 ‌呼吸系统疾病患者‌：如慢性阻塞性肺疾病、哮喘、肺炎等，呼吸系统受损，影响氧气摄入，使用供氧器有助于缓解呼吸困难‌。 ‌孕妇‌：随着孕期进展，孕妇对氧气的需求增加，适当吸氧有益胎儿发育‌。 ‌老年人‌：身体机能下降，部分老年人可能存在缺氧情况，使用供氧机能提高生活质量‌。 ‌长期驾车人群‌：在长时间驾车过程中使用供氧器可以缓解疲劳，保证驾车安全‌。 ‌脑力透支人群‌：如学生、白领等，使用供氧器可以防止头晕呕吐、气短、胸闷，使头脑清醒，注意力集中‌。 ‌工作压力大的人‌：使用便携式供氧器可以缓解神经紧张，保持旺盛精力‌。 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务一 了解需求 ‌医疗急救‌：在手术室、重症监护室和救护车等医疗急救环境中，供氧器是必不可少的设备。它能够在紧急情况下迅速为患者提供充足的氧气，支持生命维持系统，为抢救患者争取宝贵的时间‌。 ‌高原生活‌：在高原地区，由于气压低、空气稀薄，人体容易出现缺氧症状。供氧器可以帮助居民和游客缓解高原反应，维持正常的生理功能，提高生活质量和工作效率‌。 ‌密闭空间作业‌：在潜水、矿井、地下工程等密闭空间作业环境中，空气流通不畅容易导致氧气含量不足。供氧器能够持续为作业人员提供足够的氧气，保障他们的生命安全和健康‌。 ‌特殊工业生产‌：在某些特殊工业生产过程中，如冶炼、化工等，会产生大量有害气体和粉尘，严重污染空气。供氧器能够提供清洁的氧气，降低有害气‌户外运动和旅行‌：便携式供氧器如4L背包式氧气瓶适用于高海拔登山、旅游等活动，可以缓解高原反应带来的缺氧症状。此外，户外运动如徒步、骑行等，当身体感到疲劳或缺氧时也可以使用‌。 ‌航天领域‌：在航天领域，航天员依赖供氧设备来维持生命活动。飞机供氧系统则是在高空飞行或应急状况下保证乘员用氧的个体防护装备。‌ 供氧器的使用场景 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务一 了解需求 ‌液态供氧器‌：适用于长时间、大流量的氧气需求，如重症监护室或手术室使用。液态供氧器通常使用液氧作为氧气来源，通过蒸发器转化为气态氧气‌。 ‌气动供氧器‌：通常采用气动驱动泵或压缩机来加压提供气氧混合物，具有噪声小、便携等特点，广泛应用于医院、急救车、家庭护理等场合‌。 ‌电动供氧器‌：采用电动泵或压缩机来加压氧气，具有自动化、便携等特点，常被用于长期的家庭护理‌。 ‌压缩式制氧机‌：通过压缩空气，利用物理方法去除空气中的氮气、水分和杂质，得到纯度较高的氧气。这种制氧机结构简单，成本较低，维护方便，适合小型或家庭使用‌。 ‌分子筛制氧机‌：采用特定的分子筛材料吸附空气中的氮气，通过压力变化使分子筛再生，连续产生高纯度的氧气。这种制氧机氧气纯度高、稳定性好，适合对氧气纯度要求高的场合‌。 ‌液态氧制氧机‌：将空气液化，在低温下分离出氧气并储存为液态氧。使用时通过蒸发器转化为气态供应。这种制氧机通常用于大型医院或工业生产，能够提供大量的高纯度氧气‌。‌ 不同类型供氧器的特点 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务一 了解需求 ‌‌液态供氧器‌：适用于需要大量、长时间供氧的场合，如重症监护室或手术室。优点是储存容量大，缺点是设备复杂、维护成本高。 ‌气动供氧器‌：适用于需要便携、低噪音的场合，如急救车、家庭护理。优点是噪声小、便携，缺点是流量和压力调节不够灵活。 ‌电动供氧器‌：适用于需要自动化、长期家庭护理的场合。优点是操作简单、自动化程度高，缺点是便携性较差。 ‌压缩式制氧机‌：适用于小型或家庭使用。优点是结构简单、成本低，缺点是氧气纯度较低。 ‌分子筛制氧机‌：适用于医疗和工业领域。优点是氧气纯度高、稳定性好，缺点是设备成本较高。 ‌液态氧制氧机‌：适用于大型医院或工业生产。优点是储存容量大、氧气纯度高，缺点是设备复杂、维护成本高。 不同类型供氧器的应用场景和优缺点 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务一 了解需求 家用制氧机，市面上有多种家用制氧机，由于制氧的原理不同，各家用制氧机的使用特点也就不同。家用制氧机根据原理不同分为电子制氧机、分子筛式制氧机、化学药剂制氧机和富氧膜制氧机。而分子筛制氧机是目前唯一成熟的，具有国际标准和国家标准的制氧机。 1、电子制氧机 电子制氧机在药店较常见，采用的是空气中的氧气在溶液中氧化及还原析出的工艺。 优点：运行时比较安静 缺点：搬运及使用的过程中要求非常严格，倾斜或者倒置的时候其溶液会流入输氧管中喷入鼻腔对使用者造成严重的损伤；制出的氧气含有化学物质；制氧方式耗电较大。 2、分子筛式制氧机 分子筛式制氧机是一种先进的气体分离技术，物理方法（PSA法）直接从空气中提取氧气。 优点：即制即用，新鲜自然；最大制氧压力为0.2～0.3MPa（即2～3公斤），不存在高压易爆等危险。 常见的家用制氧机类型 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务一 了解需求 3、化学药剂制氧机 是采用合理的药剂配方，在特定的场合下使用，的确能满足部分消费者之急用。 缺点：设备简陋，操作麻烦，使用成本较高；不能连续使用等诸多缺陷不适应家庭氧疗。 4、富氧膜制氧机 采用膜制氧方式，通过膜对空气中氮分子的过滤，达到出口氧气30%的浓度。 优点：体积小；用电量小。 缺点：这种制氧方式的机子制得的是30%的浓度的氧，可用于长期的氧疗保健，而严重缺氧状态下所需的急救只能用医疗高浓度氧。 常见的家用制氧机类型 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务二 获取信息 常见的制氧机的工作原理 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务二 获取信息 医用分子筛制氧机工作原理与构造 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务二 获取信息 通过木条复燃、铁丝燃烧等有趣的测试对制氧机的制氧能力进行测试。 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务二 获取信息 通过木条复燃、铁丝燃烧等有趣的测试对制氧机的制氧能力进行测试。 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务二 获取信息 不同的制氧机拆解 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务三 设计制作 制氧原理 ‌制氧机工作原理主要包括以下几种方法‌： ‌化学方法‌： ‌分解过氧化氢‌（常用过碳酸钠代替）：过氧化氢在二氧化锰的催化下分解生成水和氧气‌。 ‌加热高锰酸钾‌：高锰酸钾在加热条件下分解为锰酸钾、二氧化锰和氧气‌。 ‌电解水‌：水在通电的情况下分解为氢气和氧气‌。 ‌ 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务三 设计制作 制氧原理 ‌‌物理方法‌： ‌分子筛变压吸附‌：利用分子筛对空气中不同气体的选择性吸附特性，在高压下吸附氮气等非氧气组分，释放氧气‌。 ‌膜分离技术‌：通过特殊材料制成的膜，使空气中的氧气优先透过膜，从而实现氧气富集‌。‌ 空气分离‌：将空气降温至液化，然后慢慢升温，利用各种气体的沸点不同，除去其他气体，从而制得较纯的氧气‌。 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务三 设计制作 设计供氧器 ‌‌利用过碳酸钠等试剂设计供氧器 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务三 设计制作 设计供氧器 ‌‌利用分子筛设计供氧器 ‌分子筛制氧的流程主要包括以下几个步骤‌： ‌原料空气处理‌：原料空气由压缩机加压后，经过空气预处理装置除去油、尘埃等固体杂质及水，并冷却至常温‌。 ‌吸附过程‌：处理后的压缩空气进入装有分子筛的吸附塔，空气中的氮气、二氧化碳等被吸附，流出的气体即为高纯度的氧气‌。 ‌冲洗和解吸再生‌：当吸附塔达到一定的饱和度后，进气阀关闭，冲洗阀打开，吸附塔进入冲洗阶段。过后冲洗阀关闭，解吸阀打开进入解吸再生阶段，这样即完成一个循环周期‌ 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 任务三 设计制作 分子筛是一种人工合成的具有筛选分子作用的水合硅铝酸盐或天然沸石，有许多孔径均匀的孔道和排列整齐的孔穴，不同孔径的分子筛能把不同大小和形状的分子分开。新型分子筛制氧机以空气为原料，将氧分子从空气中“筛”出去，从而获得高浓度的氧气。 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 1．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 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 2．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) 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 3.下图1为某款家用制氧机结构示意图，它是利用过碳酸钠（2Na2CO3·3H2O2）和二氧化锰同时加入水中制取氧气。过碳酸钠易溶于水，遇水分解为Na2CO3和H2O2。制氧过程的反应为：2（2Na2CO3·3H2O2） Na2CO3+6H2O+3O2↑，该反应为放热反应。 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 (1)观察窗的作用是_________。 (2)加湿仓的作用是 _________。 (3)制氧机制氧说明（部分）见下表，其中A、B剂的成分是过碳酸钠或二氧化锰。 A剂 B剂 平均供氧量（毫升/分钟） 供氧时间（分钟） 配方一 1袋 1袋 ≥320 ≥15 配方三 2袋 1袋 ≥500 ≥25 配方三 3袋 2袋 ≥1000 ≥15 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 ①A剂的成分是 ________。 ②若突发缺氧性疾病，在呼叫救护的同时进行吸氧，应选择的最佳配方是________。 (4)学习小组利用身边物品自制了如图2的简易供氧器。与真实产品对比中，形成的观点不正确的是________（填字母）。 A．产氧和洗气装置组合不用一体化 B．内部气体流向采用高进低出方式 C．特定需求是选择制氧方法的重要依据 D．制氧机要符合美学工程安全等标准 02活动设计与实施 03活动小结 04当堂检测 01活动引入 【答案】(1)观察是否有气泡产生和产生气体的快慢 (2)洗气，使氧气具有一定的湿度 (3) 过碳酸钠/2Na2CO3·3H2O2 配方三 (4)A Have a rest Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.1 Lavf58.29.100 #[1280x720][25.00fps][7403k][0k][C][tv=7f2e_atlas-6.0.14] Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.1 Lavf58.46.101 Content Adaptive Encoding 3.1 $$