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课件--2026-2027学年九年级化学人教版上册

该初中化学课件围绕“设计和制作简易供氧器”，核心涉及氧气制取原理、定量关系及装置设计。课堂从高原反应等实际供氧需求导入，通过课前查阅商品化供氧器资料，复习实验室制氧方法，构建从理论到实践的学习支架，衔接供氧剂选择、剂量计算至装置制作。 其亮点是跨学科实践，通过对比分析不同制氧方法（科学思维）、依据化学方程式计算供氧剂剂量（化学观念）、利用生活材料制作供氧器（科学探究与实践）。学生能提升解决实际问题能力，教师可获得实践教学的具体案例与步骤。

跨学科实践活动4 基于特定需求设计和制作简易供氧器 第五单元 化学反应的定量关系 九年级全 基于特定需求设计和制作简易供氧器 基本学科知识 氧气的性质，实验室制取氧气的原理与装置的认识，质量守恒定律的应用、化学方程式的计算 技术与工程 任务一：了解需求供氧器的场景 任务三：供氧剂的剂量确定 任务四：设计并制作供氧器 哪些人群在哪些场景或地域会用到供氧器呢？相应的供氧器具有怎样的特点? 需要考虑材质选择、密封性、装置尺寸、压强控制、气体流速等问题，并掌握产品制作的一般过程和方法 任务二：供氧剂的选择 选择供氧剂需要考虑的因素有哪些？分析各类供氧剂在使用过程中存在的问题 已知所需氧气的量，你能计算所需供氧剂的剂量吗？ 装置需要具备哪些使用功能？类比实验室制取氧气，小组讨论如何确定反应装置。 任务主题 基本知识 子任务 子问题 1.查阅资料，了解目前商品化供氧器的类型 2.阅读常见供氧器的说明书，了解其组成、结构、工作原理和操作方法 供氧器类型 组成 结构 工作原理 操作方法 课前任务 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 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。 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? 活动引入 哪些人群在哪些场景或地域会用到供氧器呢？ 病人吸氧 医用供氧器 高原吸氧 便携式吸氧瓶 孕妇补氧 家庭制氧机 航空、航海、矿山、抢险救援等领域 氧烛(化学氧自救器) 活动设计与实施 任务一 了解需求供氧器的场景 相应的供氧器具有怎样的特点? 病人吸氧：医用供氧器 特点：能迅速制氧并供氧、有医生指导，更专业 膜分离制氧气 原理：利用不同气体分子在通过特定薄膜时 渗透速率不同 分子筛物理制氧 原理：以空气为原料通过加压的方式，使用 “分子筛”吸附空气中的氮气， 输出氧气 特点：可无限制氧，需要插电使用 孕妇补氧：家庭制氧机 活动设计与实施 任务一 了解需求供氧器的场景 化学制氧剂制氧法 原理：氯酸钠(NaClO₃)受热催化分解产生氧气 特点：体积小，方便携带，产氧速率快， 纯度高，产氧时间长 航空、航海、矿山、抢险救援等领域 氧烛(化学氧自救器) 高原吸氧：便携式吸氧瓶 原理：通过加压储氧，再经减压装置按需释放 氧气供人呼吸 特点：随身可携带，可随时随地吸氧，操作简 单、使用方便 活动设计与实施 任务一 了解需求供氧器的场景 不同场景需要的供氧器、供氧原理可能不同 为了应对旅行中的高原反应， 我们能否设计和自制一台 简易的供氧器呢? 活动设计与实施 任务一 了解需求供氧器的场景 有哪些方法可以产生氧气？ 实验室 制取氧气 制取装置： 收集装置 发生装置 或 制取装置： 收集装置 发生装置 或 原理： 2KMnO4 K2MnO4＋MnO2＋O2↑ 原理： 2H2O2 2H2O＋O2↑ 加热 高锰酸钾 过氧化氢溶液分解 活动设计与实施 任务一 了解需求供氧器的场景 工业制氧 原理：分离液态空气法 空气 低温 加压 液态 空气 液态氧 升温 氮气 电解水 制取装置： 原理： 2H2O 2H2↑＋O2↑ 活动设计与实施 任务一 了解需求供氧器的场景 试剂状态、反应条件 加热高锰酸钾、过氧化氢溶液分解制取氧气 确定反应原理 选择发生装置 选择收集装置 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 供氧剂的选择 供氧剂的剂量确定 实验室制取氧气的一般思路是什么？ 类比实验室制取氧气的思路，讨论如何自制供氧器的一般流程。 活动设计与实施 任务一 了解需求供氧器的场景 如何选择高原使用的供氧剂？ …… …… 分离液态空气 电解水 过氧化氢溶液分解 O2 加热高锰酸钾 小组讨论选择制氧原理时需考虑哪些因素？ 活动设计与实施 任务二 供氧剂的选择 分析各类供氧剂在使用过程中存在的问题 供氧剂 符号表达式(或原理) 使用过程中存在的问题 加热高锰酸钾 电解水 工业制氧 过氧化氢和二氧化锰制氧气 反应条件加热，安全性不高；高锰酸钾有毒，具腐蚀性… 双氧水为液体，不易控制用量；携带不方便；且易发生分解，需避光，不易储存… 2KMnO4 K2MnO4＋MnO2＋O2↑ 2H2O2 2H2O＋O2↑ 反应条件苛刻，涉及高压、低温，耗能高，...... 反应条件是通电，耗能高… 分离液态空气法 2H2O 2H2↑＋O2↑ 选择供氧剂需考虑：场景、原料来源、安全、环保、操作是否方便等。 活动设计与实施 任务二 供氧剂的选择 有一种化学制氧机能满足以上要求，让我们一起看看吧 资料卡片 某化学药剂制氧机的原理 过碳酸钠：白色粉末，化学式为2Na2CO3·3H2O2，俗称固体双氧水。 优点：存储的稳定性强，过碳酸钠和二氧化锰混合物加入水中可迅速产生氧气。 反应原理： 2Na2CO3·3H2O2 2Na2CO3 + 3H2O2 2H2O2 2H2O + O2↑ B剂：二氧化锰 A剂：过碳酸钠 简易高原制氧机的原理可用过碳酸钠和二氧化锰 活动设计与实施 任务二 供氧剂的选择 如图是该简易化学药剂制氧机拆解后的结构。 制氧机拆解结构图 主要结构 主要由内桶、外壳、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 活动设计与实施 任务二 供氧剂的选择 接下来让我们通过氧立得制氧机来了解过碳酸钠制氧的原理 使用说明 活动设计与实施 任务二 供氧剂的选择 通用情况 A剂+B剂 用水量 供氧量/分钟 时间 备注 日常保健 1A + 1B 约600毫升冬季少加100毫升夏季多加100毫升 ≥ 350mL ≥ 15分钟 水温高低会影响供氧时间，但总出氧量不会减少 一般缺氧 2A + 1B ≥ 500mL ≥ 25分钟 急救 3A + 2B ≥ 1200mL ≥ 15分钟 用法用量 活动设计与实施 任务二 供氧剂的选择 出现高原反应后，一般低流量吸氧(氧气流速1 L/min)15min左右，即可得到缓解。已知氧气的密度约为1.4 g/L。 2Na2CO3·3H2O2 2Na2CO3 + 3H2O2 2H2O2 2H2O + O2↑ 如果使用过碳酸钠供氧，如何计算需要加入的过碳酸钠质量呢? 思考解题思路，并进行小组讨论 思路：①计算氧气的质量→②根据氧气的质量计算过氧化氢的质量 →③根据过氧化氢的质量计算过碳酸钠的质量 活动设计与实施 任务三 供氧剂的剂量确定 设生成21g氧气所需过氧化氢的质量为x 68 32 x 21g 生成21 g氧气所需过氧化氢的质量约为44.6g 2H2O2 2H2O + O2↑ x ≈ 44.6g 解：①首先计算所需氧气的质量 m(氧气)=ρV=1.4 g/L×1 L/min×15 min≈21 g ②然后根据氧气的质量计算过氧化氢的质量 活动设计与实施 任务三 供氧剂的剂量确定 设生成45 g过氧化氢需要过碳酸钠固体的质量为 y 314 102 x 44.6g 答:需要过碳酸钠固体的质量约为137.3 g y ≈ 137.3 g 2Na2CO3·3H2O2 2Na2CO3 + 3H2O2 ③根据过氧化氢的质量计算过碳酸钠的质量 活动设计与实施 任务三 供氧剂的剂量确定 试剂状态、反应条件 加热高锰酸钾、过氧化氢溶液分解制取氧气 确定反应原理 选择发生装置 选择收集装置 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 供氧剂的选择 供氧剂的剂量确定 ？ 活动设计与实施 任务四 设计并制作供氧器 化学制氧剂(过碳酸钠)制氧机与实验室制取氧气在制氧原理、收集方法、仪器装置有什么不同吗？ 原理： 结构： 2Na2CO3·3H2O2 2Na2CO3 + 3H2O2 2H2O2 2H2O + O2↑ 过碳酸钠 二氧化锰 活动设计与实施 任务四 设计并制作供氧器 实验室用过氧化氢溶液 化学制氧剂（过碳酸钠）制氧机 原理 装置/结构 2Na2CO3·3H2O2 2Na2CO3 + 3H2O2 2H2O2 2H2O + O2↑ 2H2O2 2H2O + O2↑ 活动设计与实施 任务四 设计并制作供氧器 化学制氧剂（过碳酸钠）制氧机与过氧化氢溶液制取氧气的仪器的异同有哪些？ 制氧机的部位 过氧化氢溶液制氧气的仪器 1—氧气输出仓 2—密封盖 3—氧气通道 4—反应仓 5—加湿过滤仓 导管口 橡皮塞 导管 试管 水槽 活动设计与实施 任务四 设计并制作供氧器 总结供氧器的工作原理和组成特点 反应仓 加湿过滤仓 导气管 对产生的氧气进行洗涤和加湿，更有利于人体呼吸 使反应液与催化剂接触，产生氧气 输送氧气 1.产生氧气：产生氧气的持续时间长、速率适中、稳定 2.便于携带：整体结构紧凑、轻便，方便使用者在不同场景移动和使用 3.操作简单：减少步骤和专业知识要求，操作简单 4.加湿装置：干燥的氧气直接吸入会使呼吸道不适，因此增加加湿仓 …… 供氧器装置需要具备哪些使用功能？ 活动设计与实施 任务四 设计并制作供氧器 生活中有哪些材料既能保证安全性又能满足使用功能？ 1.食品级塑料瓶：材质相对稳定，不易与氧气发生反应，且有一定抗压能力，轻便，便于携带。 2.玻璃容器：具有良好的化学稳定性和较高的耐热性、机械强度，能承受一定压力变化，可用于临时储存和输出氧气。 3.医用级PVC管：具有良好的柔韧性和耐腐蚀性，可用于连接各个部件，实现氧气的输送。 活动设计与实施 任务四 设计并制作供氧器 尝试利用下列材料自制简易供氧器并绘制设计图：矿泉水瓶、水杯、吸氧面罩、塑料杯、注射器、PVC管等 设 计 图 仅供参考 对产品进行试验，了解 其供氧效果，并对试验结果进 行分析，从工程技术角度进一步优化产品，编写自制供氧器的使用说明书。 说明书可从产品特点、结构、制氧步骤、注意事项等方面书写 活动设计与实施 任务四 设计并制作供氧器 1.展示自制供氧器，介绍产品的工作原理、制作方法和供氧效果等。 2.与同学交流和相互评价，分享活动收获和体会。 展示与交流 1. 某兴趣小组同学在跨学科实践课上制作了如图所示的简易化学“制氧机”，下列有关说法错误的是( ) A. ①中的试剂可以是过氧化氢和二氧化锰 B. ②利用了氧气不易溶于水的性质 C. 将燃着的木条放在鼻氧管出气口，可观察到木条立即熄灭 D. 可根据②中产生气泡的多少 来判断氧气产生的快慢 C 燃得更旺 反应仓 加湿仓 随堂练习 2. (2025 宜宾)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 该装置可以通过注射器控制液体的滴加速率，从而控制产生氧气的快慢 随堂练习 3. 某兴趣小组的同学们利用相关知识，对家用制氧机的工作原理、制氧剂的选择以及自制简易制氧机展开了项目式探究活动。 活动一：了解家用制氧机的工作原理 【查阅资料】目前常见制氧机的工作原理有：分子筛制氧法、电解水制氧法和化学制氧剂制氧法。 (1)家用制氧机一般不用电解水制氧法的原因是_______________________。 电解水制氧耗能高(合理即可) (2)化学制氧剂制氧法是通过制氧剂发生化学反应产生氧气，也是目前应用最广泛的方法，基于家庭氧疗对氧气的需求，你认为所选制氧剂除了能反应产生氧气外，还应具有的特点是_____________________________ ____________(写一条)。 携带方便(或制氧速率快等,合理即可) 随堂练习 (3)从上述制氧剂中选择一种物质，写出制氧过程中发生反应的化学方程式：____________________________________________________ __________________________________________。 制氧剂 资料 ①过氧化氢 液体，易分解，需低温避光保存，携带不便 ②过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2) 白色颗粒状固体，在MnO2的催化作用下，在水中分解生成碳酸钠、水和氧气 ③高锰酸钾 成本较高，制氧过程需要加热 2KMnO4 K2MnO4＋MnO2＋O2↑ (或2H2O2 2H2O＋O2↑等,合理即可) 活动二：分析家用制氧机制氧剂的选择 随堂练习 (4)同学们讨论后认为，制氧剂③不适用于家用制氧机，原因可能是_________________________(写一条)，上述制氧剂中最适合用于家用制氧机的是__________(填试剂名称)。 制氧剂 资料 ①过氧化氢 液体，易分解，需低温避光保存，携带不便 ②过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2) 白色颗粒状固体，在MnO2的催化作用下，在水中分解生成碳酸钠、水和氧气 ③高锰酸钾 成本较高，制氧过程需要加热 制氧时需加热(或成本较高) 过碳酸钠 随堂练习 活动三：制作简易制氧机 (5)如图是用塑料瓶、注射器、吸管等制作的简易供氧器，其中A是过碳酸钠，遇水会分解出H2O2，B是MnO2。下列说法正确的是( ) A．先装试剂后检查装置气密性 B．该供氧器不可以控制反应速率 C．出气口开始排出的是纯氧气 D．简易供氧器的右瓶中需加入适量水，起 到湿润氧气的作用 D 混有空气 应先检查装置气密性 可以通过控制注射器加水的速率来控制供氧器反应速率 【成果分享】设计制作简易制氧机时，除需考虑反应原理、方法、材料外，还需考虑很多因素，例如___________________________________。 安全性(或经济便捷性等,合理即可) 随堂练习 $