跨学科实践活动1 制作简易供氧器（教学课件）化学沪教版2024九年级上册

该初中化学课件聚焦氧气性质、制取原理与装置，通过“生活中简易供氧器需求”任务导入，衔接实验室制氧知识与实际制氧机（便携式、氧烛）工作原理，搭建从理论到实践的学习支架。 其亮点是跨学科实践，引导学生设计制作供氧器，融合化学观念（物质转化、性质决定用途）与科学探究，如对比制氧机优缺点培养科学思维，中考链接巩固知识。助力学生提升实践能力，为教师提供实用教学资源。

家用制氧机走入普通百姓家，那它原理是什么呢？今天就来讲讲制氧机由空气压缩机、热交换缓冲惯控制电路、两个装有沸石的气缸产品罐、压力调节器和氧气出口。最开始空气被吸入空气压缩机，被压缩到高气压状态，气压升高后同时温度升高。通过热交换器降温之后，气体进入两个气缸中的一个，我们可以标记为气缸A在气缸内有一种被称为废石的物质，由多孔的晶体组成，起到分子筛的作用。因为氧分子比氮分子略小。所以分子筛允许氧气通过。这样就使得90%到95%的氧气从气缸A出口流出。一段时间后，气缸A被氮气分子堵塞，控制系统就激活气缸B关闭气缸A所以气缸A得到清洁，气缸B产生氧气。之后气缸壁里被氮气分子堵塞，系统又激活气缸A关闭气缸B然后气缸B清洁气缸A产生氧气。只要有电和持续通气。就会有持续的氧气产生，气缸流出，氧气收集在产品罐内，通过调节器到氧气流出口，患者吸氧，这就是基于PSA技术制氧机的原理。 在我们的印象中，蜡烛想要燃烧，氧气是必不可少的。但是在一些特殊环境中，还存在着这样一种反直觉的蜡烛养逐，顾名思义，它的作用是产生氧气。以潜艇为例，在这种封闭空间里工作和生活，需要时刻监测空气中的氧气含量，一旦数值较低，就需要及时开启供氧装置，养猪便是其中之一。我们不妨来看看具体是怎样操作的。乍一看，养猪的外形有点像个水泥柱，一般来说会往罐子里同时放上两个，然后盖上盖子，在盖子的顶端有一根长长的钉子，这其实就是点燃蜡烛的化学火柴图灵钉，当工作人员将其按下并不断的旋转几次后，没一会儿便能看到冒出来的白色烟雾，下面将手放在罐子的出气口上，真的可以感受到氧气在往外冒，这是什么原理呢？其实养猪并不是真正意义上的蜡烛，而是一种化学氧气发生器，它的主体为氯酸盐，燃料是金属粉末，比如我们刚刚看到的那个养猪，它的里面装的就是氯酸钠和铁粉，当图灵丁摩擦生热后，里面的铁粉会和氧气发生反应，生成氧化铁，与此同时放出大量的热，使氯酸钠分解释放出氧气。一般来说，作为应急养源，每艘核潜艇的内部都会准备200没养猪，它们的体积较小，方便储存，使用起来也比较方便。点燃后，每没养猪的放养时间能持续45分钟左右，放养量能达到3300升。当然，除了对我们来说很遥远的潜艇，应急氧源还应用在许多地方，比如民航飞机上的氧气面罩，在很多灾难电影中都出现过类似的镜头，飞机突发事故，舱内的气压急速降低。在一片慌乱当中，乘客的头顶突然弹下来一个氧气面罩，那你有没有想过这里面的氧气从何而来呢？原来养猪就隐藏在座椅上方的挡板当中，当乘客用力下拉面罩时，电报时装置会点燃蜡烛，它能同时为一排的乘客提供氧气，持续15分钟左右，至少够飞行员下降14000英尺，也就达到了乘客不戴面罩也能呼吸的飞行高度。 跨学科实践活动1 制作简易供氧器 九年级化学 上册·沪教版2024 1.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。 2.了解实现物质定量转化的方法。 3.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 2 任务引入 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? 3 活动任务 一、了解制氧机的工作原理 市场上的制氧机主要有便携式制氧机和氧烛两类。 便携式制氧机 氧烛 4 活动任务 一、了解制氧机的工作原理 便携式制氧机是一种常见的家用制氧设备。 5 活动任务 一、了解制氧机的工作原理 氧烛主要应用于军事和医疗急救。 氧烛是一种能够在特定条件下通过燃烧产生氧气的化学装置，它的主要成分是氯酸钠（NaClO3），并含有适当的催化添加剂和成型剂等 。当氧烛被点燃后，它能够持续燃烧并放出高纯度的氧气，这种放氧速度快且总放热量很小。一根氧烛大约可以供100个人呼吸1小时，主要用于医疗急救 。 6 活动任务 一、了解制氧机的工作原理 为了解制氧机的工作原理，请先在老师指导下，通过查阅资料和市场调查分析这两类制氧机的特点。 制氧机类型 使用的药品 结构 工作原理 使用方法 便携式制氧机 氧烛 空气 压缩机、分子筛模块、出氧口 利用分子筛吸附空气中的氮气等气体，得到较纯净的氧气 只需开启电源，调节氧气流等即可 氯酸钠等 药柱、点火装置、集气结构 点燃后，氯酸钠分解产生氧气 点燃药柱，收集释放的氧气 7 活动任务 一、了解制氧机的工作原理 便携式制氧机工作原理：分子筛原理 分子筛工作原理主要分为两个部分：分子筛的吸附和解吸过程。在加压时，氮气被吸附，氧气则被收集起来，经过净化处理后成为医用氧气。 8 活动任务 一、了解制氧机的工作原理 氧烛工作原理：氯酸盐高温分解释放氧气 氧烛的工作原理基于氯酸盐高温分解释放氧气的化学反应。最常用的氯酸盐为氯酸钠。 9 1. 两类制氧机与实验室制氧气有何联系与区别？ 思考讨论 联系：它们都是用来提供氧气的不同技术或方法。 区别：它们的工作原理、使用场合、便携性以及操作的复杂性。 ①便携式制氧机和氧烛更侧重于在特定环境下的快速供氧能力，而实验室制氧气则侧重于通过化学反应在控制条件下产生氧气。 ②便携式制氧机和氧烛更适合于移动或无电源环境，而实验室制氧则多用于教育和科研环境。 10 2. 便携式制氧机是如何控制生成氧气的速率的？ 思考讨论 (1)调节压缩和冷却过程：控制空气的压缩程度和冷却温度，从而影响空气液化的效率和速度，进而间接影响氧气的分离速率。 (2)控制节流阀：通过调节节流阀的开度，改变液态空气的流量和压力，从而影响氧气的分离和产出速率。 11 3. 从使用效果、安全、经济、耐用性等角度简述两类制氧机的优缺点，并进行小组交流讨论。 思考讨论 使用效果 安 全 经 济 耐用性 能够提供稳定、连续的氧气供应，满足患者呼吸需求。 配备有多种安全功能，如低氧浓度、低电量等自动警示功能。 使用成本较低，不需要频繁更换氧气瓶，维护简单。 设备设计紧凑，使用高质量的材料和组件，耐用性强。 【便携式制氧机优点】 12 3. 从使用效果、安全、经济、耐用性等角度简述两类制氧机的优缺点，并进行小组交流讨论。 思考讨论 体积和重量 电池续航 相对于氧烛等设备，便携式制氧机的体积和重量较大，携带不如氧烛方便 电池续航时间有限，需要定期充电或更换电池，可能在某些情况下影响使用 【便携式制氧机缺点】 13 3. 从使用效果、安全、经济、耐用性等角度简述两类制氧机的优缺点，并进行小组交流讨论。 思考讨论 使用效果 安 全 经 济 便携性 能够通过燃烧产生氧气，适合紧急情况下的快速供氧 反应相对稳定，只要正确使用，安全性较高 成本相对较低 体积小、重量轻，便于携带 【氧烛优点】 14 3. 从使用效果、安全、经济、耐用性等角度简述两类制氧机的优缺点，并进行小组交流讨论。 思考讨论 使用效果 安 全 经 济 耐用性 氧气供应量有限，不适合长时间或大量氧气需求的情况 使用过程中会产生热量，可能会对周围环境造成一定的安全隐患 单次成本低，但不适合频繁或长期使用 一次性使用设备，使用后即废弃，耐用性较低 【氧烛缺点】 15 4. 氧烛中分解产生氧气的物质类似于氯酸钾，分解过程中需要加热，你认为可能是哪些物质在反应过程中提供了热量？ 金属粉末，如铁粉、镁粉、铝粉等。这些金属粉末在与氧化剂接触并点燃后，会释放出大量的热量。 思考讨论 16 活动任务 二、设计并制作一款简易的供氧器 如何设计一款简易的供氧器呢？类比实验室制取氧气的思路，小组讨论制作简易供氧器的思路？ 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 17 活动任务 二、设计并制作一款简易的供氧器 你会选择哪一种原理制作供氧器呢？小组讨论选择制氧原理时需考虑哪些因素呢？ 制氧剂 文字表达式 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。 过氧化氢 水 + 氧气 高锰酸钾 → 锰酸钾+二氧化锰+氧气 加热 水 → 氢气+氧气 通电 过碳酸钠→碳酸钠+过氧化氢 过氧化氢 水 + 氧气 18 活动任务 二、设计并制作一款简易的供氧器 结合制氧机制作的实际工艺流程，利用身边的材料设计一款简易的供氧器，并在框中画出你设计的供氧器结构示意图。 19 活动任务 二、设计并制作一款简易的供氧器 请你从制氧效果、装置外观、材料成本、使用便捷等方面，对各小组所设计的简易供氧器进行评价，把评价结果填入下表中，并写出相应的改进建议。 20 活动任务 二、设计并制作一款简易的供氧器 表 2-7 简易供氧器装置的分析与评价 组别 评价维度 制氧效果 装置外观 材料成本 使用便捷 小组 1 小组 2 ······ 注：请用简洁的语言进行评价。 氧气产生的速率稳定且满足需求 美观、整洁 使用材料的价格太贵 操作步骤简单易懂 所产生的氧气不纯，不符合预期 不紧凑，占用空间大 材料成本较低 装置不易于携带和移动 21 活动任务 二、设计并制作一款简易的供氧器 改进建议：__________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 优化催化剂的用量或种类，提高制氧效率和纯度。 对装置进行合理布局，使其更规整寻找更经济实惠的替代材料。 增加操作说明标识，使使用更清晰明了。增加提手或轮子，方便携带和移动。 22 活动任务 二、设计并制作一款简易的供氧器 根据小组交流的结果，优化你的设计方案，动手制作一款简易家用供氧器，并参考右表的格式撰写一份使用说明书。 装置介绍：____________________________ ______________________________________。 结构与工作原理：______________________ _____________________________________。 使用方式：____________________________ _____________________________________。 使用注意事项：________________________。 23 1. （2025·四川宜宾·中考真题）过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2)溶于水可产生H2O2，进而制得O2。实验小组利用此原理，自制简易供氧器(如图)制取O2。下列说法错误的是（ ） A．使用前应检查装置气密性 B．I中的二氧化锰起催化作用 C．Ⅱ中的水可用于增加O2的湿度 D．该装置不能控制产生O2的快慢 D 中考链接 24 2．（2024·四川德阳·中考真题）化学科学的本质是实验探究。如图1为实验室制取气体的常用装置，图2为某同学在跨学科实践活动中设计的简易供氧器。 I．根据图1回答下列问题： (1)写出装置A中任意一种仪器的名称：    。 铁架台/酒精灯/导气管/试管 中考链接 25 II．根据图2回答下列问题： (2)若试剂甲为MnO2，根据所学知识选择试剂乙，反应仓中产生O2的化学反应原理是 （文字表达式）。 中考链接 过氧化氢 水 + 氧气 26 (3)加湿过滤仓中H2O的作用有 （填标号）。 a．吸收杂质提纯O2 b．观察O2产生的速率 c．加快O2的生成 d．保证供给O2的湿度需求 (4)调节供氧流速可以 （填具体操作）。 abd 中考链接 向下推动注射器的快慢 27 THANKS! 谢谢观看 九年级化学 上册·沪教版2024 $$