第二单元基于特定需求设计和制作简易供氧器导学案---2024-2025学年九年级化学人教版（2024）上册

《基于特定需求设计和制作简易供氧器》导学案 一、学习目标 1. 理解氧气的制取原理，包括化学方程式、反应条件和催化剂的作用。 2. 能够根据不同的特定需求，如医疗急救、户外运动、高原环境等，综合考虑氧气的产量、纯度、持续供应时间、装置的便携性、安全性、成本等因素，设计出具有针对性和实用性的简易供氧器方案。 3. 掌握相关实验操作技能，如仪器的组装、试剂的添加、反应的控制等，能够准确、安全地制作出简易供氧器。 4. 培养创新思维，能够灵活运用所学知识，提出独特的设计理念和解决问题的方法。 5. 提高问题解决能力，在制作过程中遇到技术难题时，能够通过分析、推理和实验，找到有效的解决方案。 6. 增强团队协作精神，在小组合作中明确分工，积极沟通，共同完成设计和制作任务。 二、学习重难点 重点 氧气制取的化学反应原理和实验方法。 过氧化氢在二氧化锰催化下分解，理解催化剂加快反应速率的作用。 高锰酸钾加热分解，掌握加热操作和注意事项。 依据特定需求进行简易供氧器的设计与制作。 确定合适的氧气制取方法，考虑反应速率、原料易得性等因素。 合理设计装置结构，使其满足氧气产量、纯度和持续供应等要求。 选择恰当的材料和仪器，确保装置的安全性和便携性。 难点 解决制作过程中遇到的技术难题，优化供氧器的性能。 如解决氧气泄漏问题，改进气体收集和储存方式。 调节反应速率，以适应不同的供氧需求。 提高氧气纯度，减少杂质气体的产生。 如何根据不同需求灵活调整设计方案。 针对医疗急救的紧急性和便携性要求，简化装置结构。 考虑户外运动的长时间供氧需求，增加原料储备和优化反应控制。适应高原环境的低气压条件，改进氧气的产生和收集方式。 三、学习方法 自主探究、小组合作、实验操作、查阅资料、分析讨论 四、学习过程 （一）知识准备 回顾氧气的制取方法 过氧化氢分解，此反应在常温下进行，速度适中，操作简便，适合小规模制取氧气。但需要注意过氧化氢的浓度，浓度过高可能导致反应过于剧烈。 高锰酸钾加热分解，这是一种固体加热分解的方法，能产生较纯净的氧气。但加热时需要小心控制温度，防止试管破裂。同时，高锰酸钾具有一定的腐蚀性，操作时要注意安全。 思考制取氧气的实验装置和收集方法，以及影响氧气产生速率的因素。 实验装置包括发生装置（如固液不加热型、固体加热型）和收集装置（排水法、向上排空气法）。发生装置的选择取决于反应物的状态和反应条件，收集装置则根据气体的密度和溶解性来确定。 影响氧气产生速率的因素有反应物的浓度、催化剂的种类和用量、反应温度等。通过改变这些因素，可以调节氧气的产生速度，以满足不同的需求。 巩固氧气的制取方法 过氧化氢分解：__________。 高锰酸钾加热分解：__________。 思考制取氧气的实验装置和收集方法，以及影响氧气产生速率的因素。 （二）需求分析 了解不同场景对供氧的特定需求，例如： 医疗急救：在紧急情况下，需要快速提供高纯度的氧气，装置应小巧便携，操作简单快捷，能够在短时间内为患者提供足够的氧气支持。 户外运动：对于登山、徒步等户外运动者来说，供氧器应轻便易携带，续航时间长，能够适应不同的环境条件，并且在使用过程中要稳定可靠。 特殊工作环境：如在深海作业或太空探索中，供氧器需要具备抗压、抗辐射、节能等特性，同时要能够根据工作强度和人员数量提供相应的氧气供应量。 明确设计和制作简易供氧器需要考虑的因素，如：氧气的产量、纯度、持续供应时间、装置的便携性、安全性、成本、环境适应性等。 自学检测： 医疗急救：__________。 户外运动：__________。 特殊工作环境：__________。 明确设计和制作简易供氧器需要考虑的因素，如：氧气的产量、纯度、持续供应时间、装置的便携性、安全性等。 （三）设计方案 小组讨论 根据特定需求，确定选用的氧气制取方法。 对于医疗急救，可能优先选择过氧化氢分解法，因为其反应迅速，无需加热。 户外运动可以考虑携带方便的固体药剂反应，如氯酸钾与二氧化锰的混合物。 特殊工作环境则需要根据具体条件综合评估，可能需要采用更高效、稳定的制取方法。 构思供氧器的整体结构，包括反应装置、收集装置、储存装置和输送装置等。 反应装置要保证反应物充分接触，反应可控。 收集装置要能有效地收集氧气，减少浪费。 储存装置要具备良好的密封性和抗压性。 输送装置要确保氧气能够顺畅地输送到使用者。 选择合适的材料和仪器。 材料应具备耐腐蚀性、密封性和一定的强度。 仪器要精确、灵敏，能够满足实验需求。 绘制设计图 用简单的示意图画出供氧器的设计方案，标注各部分的名称和功能。 包括反应容器的形状和大小、导管的连接方式、阀门的位置等。 列出所需的材料和工具清单。 如药品、容器、导管、阀门、过滤器、检测仪器等。 （四）制作与调试 按照设计方案，小组分工合作进行制作。 负责组装的同学要确保各部件连接紧密，无泄漏。 操作反应的同学要严格控制试剂的用量和反应条件。 记录数据的同学要准确、及时地记录实验过程中的各种参数。 进行初步调试，检查装置的密封性和运行情况。 可以通过充气、注水等方法检测密封性。 观察反应的进行，判断是否正常产气。 记录制作过程中遇到的问题和解决方法。 如反应速率过慢，考虑调整试剂浓度或更换催化剂。 出现泄漏，查找泄漏点，重新密封。 （五）性能测试 测试供氧器的氧气产生速率、纯度等性能指标。 使用氧气检测仪测量氧气的浓度和产生速率。 通过化学方法分析氧气中的杂质含量。 评估其是否满足特定需求，如持续供氧时间、便携性等。 进行实际的使用模拟，计算持续供氧时间。 称重或测量装置的体积，评估便携性。 根据测试结果，对供氧器进行改进和优化。 如增加反应物的量以延长持续时间。 改进结构，减小体积，提高便携性。 （六）展示与交流 各小组展示自己设计制作的简易供氧器，介绍设计思路、制作过程和性能特点。 以演示文稿、视频或现场讲解的方式展示。 突出创新点和优势。 其他小组进行提问和评价，提出改进建议。 从不同角度进行评价，如科学性、实用性、创新性等。 共同探讨优化方案。 （七）总结与反思 总结本次设计制作活动的经验和教训。 回顾整个过程，总结成功的经验和失败的原因。 思考如何在今后的类似活动中做得更好。 思考如何进一步提高供氧器的性能和实用性。 结合新的技术和材料，提出改进的方向和设想。 学科网（北京）股份有限公司 $$