第五单元跨学科实践活动4基于特定需求设计和制作简易供氧器---2025-2026学年九年级化学人教版（2024）上册

本文聚焦初中化学氧气制取知识，围绕基于特定需求设计制作简易供氧器展开。承接氧气制取原理学习，为化学知识应用奠基，呼应化学解决实际问题主题。通过分析原理、设计制作等环节，渗透化学观念、科学思维、探究实践及态度责任等核心素养。 该设计创新点在于跨学科实践，采用项目式教学法。从学生层面提升实践与思维能力，为教师提供高效备课资源，课堂上强化互动，突破知识应用难点，助力学生形成化学知识应用逻辑链。

跨学科实践活动4 基于特定需求设计和制作简易供氧器 一、项目背景 氧气是维持生命活动的重要物质，在医疗急救、高原缺氧环境、潜水作业等场景中，及时获取氧气至关重要。简易供氧器是一种能在特定条件下快速制备氧气的装置，其核心原理是通过化学反应或物理方法分离空气中的氧气。本项目聚焦初中化学知识(如氧气的制取、催化剂的作用、气体收集等)，引导学生根据特定需求(如便携性、安全性、制氧效率等)，设计并制作一款简易供氧器，理解化学在解决实际问题中的应用。 二、项目目标 1. 理解实验室制取氧气的原理(如过氧化氢分解、氯酸钾分解等)，分析不同方法的优缺点； 2. 根据特定需求(如"便携""快速供氧""安全")，选择合适的制氧原理和材料； 3. 设计并制作简易供氧器原型，验证其供氧效果，优化设计方案。 三、项目任务与问题设计 任务一：分析制氧原理与需求匹配 [项目指引]不同制氧方法的原理、原料、产物及适用场景不同，需根据特定需求选择合适的方法。 1. 制氧原理对比 (1) 实验室常用过氧化氢(H₂O₂)在二氧化锰(MnO₂)催化下分解制氧，化学方程式为：________，该方法的优点是________(写出两点)。 (2) 实验室也可用氯酸钾(KClO₃)在二氧化锰催化并加热的条件下分解制氧，化学方程式为：________，该方法与过氧化氢分解法相比，缺点是________(写出一点)。 (3) 若特定需求为"便携、无需加热、快速供氧"，应选择________(填"过氧化氢分解法"或"氯酸钾分解法")，理由是________。 2. 特定需求分析 假设需为登山者设计一款便携供氧器，要求"质量轻、无需电源、制氧速度适中"。从以下角度分析需求： (1) 原料选择：需满足________(写出两点，下同)。 (2) 反应条件：需满足________。 (3) 产物安全性：需满足________。 任务二：设计简易供氧器方案 [项目指引]根据需求分析结果，选择制氧原理并设计供氧器结构，需考虑原料装载、气体导出、催化剂固定等细节。 3. 供氧器结构设计 (1) 若选择过氧化氢分解法，供氧器的核心组件包括________(填写序号：①过氧化氢储存容器；②二氧化锰储存容器；③气体导出口；④反应混合室；⑤催化剂固定装置)。 (2) 为控制反应速率(避免氧气过快释放)，可采取的措施是________(写出一种)。 (3) 绘制简易供氧器的结构示意图(文字描述即可)，需体现以下功能： - 原料分装(避免提前反应)； - 反应发生(过氧化氢与二氧化锰接触)； - 氧气导出(通过导管输出)。 4. 材料选择与安全性 (1) 过氧化氢储存容器的材料需满足________(写出一点)，可选材料为________。 (2) 二氧化锰的形态选择：________(填"粉末状"或"颗粒状")，理由是________。 (3) 从安全角度，需避免________(写出一点)。 任务三：制作与验证简易供氧器 [项目指引]根据设计方案制作原型，并通过实验验证其供氧效果，记录现象并优化。 5. 制作与实验 (1) 制作步骤(简要描述)： ① 将过氧化氢装入________(填"储存容器"或"反应室")； ② 将二氧化锰装入________(填"储存容器"或"反应室")； ③ 设计混合方式：通过按压装置使两种原料接触； ④ 连接气体导出口，用 法收集氧气。 (2) 实验现象记录： ① 反应开始后，观察到________； ② 用带火星的木条靠近导管口，现象为________，证明生成的气体是氧气。 (3) 问题与优化：若发现氧气释放过快，可采取的优化措施是________。 四、参考答案 任务一：分析制氧原理与需求匹配 1. 制氧原理对比 (1) 2H₂O₂ 2H₂O + O₂↑ ① 常温下即可反应，无需加热；② 催化剂可重复使用，成本低 (2) 2KClO₃ 2KCl + 3O₂↑ 需要加热，能耗高且便携性差 (3) 过氧化氢分解法 无需加热，常温下即可反应；反应速率可通过催化剂用量控制 2. 特定需求分析 (1) 易携带、常温下稳定 (2) 无需加热、无需复杂设备 (3) 产物无毒、不污染环境 任务二：设计简易供氧器方案 3. 供氧器结构设计 (1) ①②③④⑤ (2) 分装过氧化氢和二氧化锰，使用时混合 (3) 供氧器结构描述： 1. 上部为两个独立储存室(分别装过氧化氢和二氧化锰)，通过可移动隔板分隔； 2. 按压装置推动隔板，使两种原料进入下部的混合室； 3. 混合室内固定有二氧化锰颗粒，过氧化氢流入后接触二氧化锰开始反应； 4. 导出口连接导管，将氧气导出至收集装置(如集气瓶)。 4. 材料选择与安全性 (1) 耐腐蚀 塑料瓶 (2) 颗粒状 颗粒状可控制接触面积，减缓反应速率 (3) 避免过氧化氢与二氧化锰直接接触导致剧烈反应 任务三：制作与验证简易供氧器 5. 制作与实验 (1) ① 储存容器 ② 储存容器 ④ 排水 (2) ① 导管口有气泡产生 ② 木条复燃 (3) 减少二氧化锰用量 学科网（北京）股份有限公司 $$