第2章跨学科实践活动1制作简易供氧器导学案--2026-2027学年九年级化学沪教版上册

跨学科实践活动1 制作简易供氧器 沪教版（2024）九年级化学上册 第2章 空气与水资源 导学案 一、四维核心素养目标 化学观念：通过简易供氧器的设计与制作，深化对氧气性质与制取原理的物质转化观认识，建立“性质决定用途、用途反映性质”的化学基本观念。科学思维：分析供氧器各仓结构与功能的对应关系，发展模型建构与工程设计思维。科学探究：亲历设计、制作、检验、改进的完整探究过程，提升动手实践与解决问题能力。科学态度与责任：体会化学技术在医疗健康领域的应用价值，增强安全意识与社会责任感。 二、教学重难点 重点：理解简易供氧器的反应原理与装置结构，掌握氧气的检验方法和装置气密性检查的操作要领，能够说明反应仓、加湿过滤仓的功能分工。难点：如何通过调整药品用量或滴加速率控制氧气产生速率，以及如何在有限材料条件下完成多仓协同的密封设计与装置优化。 三、课前预习案 （一）选择题 1. 下列关于氧气物理性质的描述，正确的是（ ） A. 氧气易溶于水 B. 氧气的密度比空气略小 C. 液态氧是淡蓝色的液体 D. 氧气是无色、有刺激性气味的气体 2. 实验室制取氧气时，下列仪器不需要使用的是（ ） A. 试管 B. 酒精灯 C. 集气瓶 D. 蒸发皿 3. 检验集气瓶中氧气是否收集满，正确的操作是（ ） A. 将燃着的木条伸入集气瓶内 B. 将带火星的木条放在集气瓶口 C. 向集气瓶中倒入澄清石灰水 D. 将带火星的木条伸入集气瓶底部 4. 下列关于催化剂的说法，正确的是（ ） A. 催化剂只能加快化学反应速率 B. 催化剂在化学反应前后质量和性质都不变 C. 没有催化剂化学反应就不能发生 D. 催化剂能改变化学反应速率 5. 下列用途中，利用了氧气可以支持燃烧这一性质的是（ ） A. 医疗急救 B. 潜水员携带氧气瓶 C. 炼钢炉中通入氧气提高炉温 D. 动植物呼吸 （二）填空题 6. 通常状况下，氧气是一种______色、______味的气体，密度比空气______，______溶于水。 7. 实验室用加热高锰酸钾制取氧气时，试管口应略向______倾斜，目的是防止冷凝水倒流使试管______。 8. 用排水法收集氧气时，当导管口有______气泡冒出时再开始收集，否则收集的氧气不纯。 9. 二氧化锰在过氧化氢分解制氧气的反应中起______作用，反应后其质量和化学性质都______。 （三）简答题 10. 请列举氧气在日常生活和生产中的两种重要用途。 11. 在选择制取氧气的原料时，需要考虑哪些因素？请写出两条。 四、课中探究案 活动一：制氧原理与装置分析 12. 某小组查阅资料得知，过碳酸钠遇水会分解产生过氧化氢，再加入二氧化锰即可快速放出氧气。请回答： （1）该反应中二氧化锰的作用是什么？ （2）与直接使用过氧化氢溶液相比，使用过碳酸钠作为固体原料有什么优点？请写出一条。 13. 便携式制氧机主要由反应仓和加湿过滤仓两部分组成。 （1）反应仓相当于实验室制取气体装置中的______装置。 （2）加湿过滤仓中盛有水，氧气从水中通过后再被人体吸入，这样做的目的是什么？请写出两条。 14. 实验室用加热高锰酸钾和用过氧化氢溶液加二氧化锰两种方法制取氧气，请从反应条件、装置复杂度和安全性三个角度比较，哪种方法更适合家庭或野外使用？为什么？ 活动二：简易供氧器的制作与检验 15. 某同学利用塑料瓶、注射器、吸管和橡胶塞等材料制作简易供氧器，药品为过碳酸钠和二氧化锰的混合物。请回答： （1）制作完成后，首先必须进行的操作是什么？ （2）如何检验装置的气密性？请简述操作方法。 （3）如何验证导出的气体是氧气？请写出实验操作和现象。 （4）注射器在该装置中相当于实验室制取装置中的什么仪器？它的主要作用是什么？ 16. 在制作过程中，若发现导管口冒出的氧气气流过快，可能会导致加湿仓中的水被气流吹出。请你提出两条改进建议，使氧气气流变得平稳可控。 活动三：装置改进与评价 17. 某小组设计的供氧器中，左瓶为反应仓，右瓶为加湿过滤仓。 （1）右瓶中有两根导管，长导管伸入液面以下，短导管刚露出橡胶塞。若要观察氧气气泡产生的快慢，氧气应从哪根导管通入水中？ （2）为什么加湿过滤仓中要用“长进短出”的方式连接导管？如果接反了会出现什么问题？ 18. 有同学提出，可以利用可抽拉的线绳将二氧化锰与过氧化氢溶液实现接触与分离：当线绳拉起时，二氧化锰被提起，与溶液脱离接触，反应随即停止；当线绳放下时，二氧化锰落入溶液，反应重新开始。 （1）这种设计有什么优点？请写出两条。 （2）除了这种方法，你还能想到其他控制反应发生与停止的思路吗？请简要说明。 19. 评价一款简易供氧器的优劣，你认为可以从哪些维度进行？请写出至少四个评价角度。 20. 跨学科实践活动中，制作简易供氧器不仅用到了化学知识，还涉及了物理、材料、工程设计等多个学科的知识。请你结合本次活动，谈谈化学与其他学科之间有怎样的联系。 五、板书设计 【一、原理与原料】 原料：过碳酸钠 + 二氧化锰 原理：固体遇水分解产氧 二氧化锰：催化作用 【二、装置结构】 反应仓：发生氧气 加湿过滤仓：湿润、净化 导管：输送氧气 注射器：控制加水速率 【三、操作要点】 1. 查：检查装置气密性 2. 装：装入药品 3. 加：缓慢加水反应 4. 验：带火星木条复燃 5. 调：控制气流速率 【四、检验方法】 带火星木条靠近管口 木条复燃 → 氧气 【五、注意事项】 · 装置必须密封良好 · 气流不宜过快 · 加湿仓“长进短出” · 注意用药安全 【六、改进方向】 · 可控反应启停 · 便携性设计 · 供氧速率稳定 六、参考答案 （一）课前预习案 1. C 2. D 3. B 4. D 5. C 6. 无；无；略大；不易 7. 下；炸裂 8. 连续均匀 9. 催化；不变 10. 氧气可用于医疗急救，帮助病人恢复呼吸；可用于炼钢，提高炉温；可用于潜水、登山等供氧场景；可用于气焊气割，支持燃烧。（答出任意两条即可） 11. 需要考虑的因素包括：原料是否容易获得；反应是否安全可控；反应条件是否容易满足；生成物是否环保；成本是否经济；操作是否简便等。（答出任意两条即可） （二）课中探究案 12.（1）二氧化锰起催化作用，加快过氧化氢分解产生氧气的速率。 （2）过碳酸钠为固体，便于储存和携带；使用时加水即可反应，比直接使用液体过氧化氢溶液更安全、更方便。（答出任意一条即可） 13.（1）气体发生 （2）湿润氧气，避免吸入干燥氧气刺激呼吸道；过滤除去氧气中可能混有的少量粉尘或杂质；同时可以通过观察气泡了解氧气产生的速率。（答出任意两条即可） 14. 用过氧化氢溶液加二氧化锰的方法更适合家庭或野外使用。因为该反应在常温下即可进行，不需要加热，操作更简便、更安全，装置也更简单，便于携带和组装。而加热高锰酸钾需要酒精灯加热，操作复杂且存在安全隐患，不适合家庭或野外场景。 15.（1）检查装置的气密性。 （2）将导管一端浸入水中，用手紧握塑料瓶外壁，若导管口有气泡冒出，松开手后导管内形成一段稳定的水柱，说明装置气密性良好。 （3）将带火星的木条靠近导管口，若木条复燃，证明导出的气体是氧气。 （4）注射器相当于分液漏斗（或长颈漏斗），主要作用是控制加水的速率，从而控制氧气产生的快慢。 16. 改进建议：减少每次加入的水量，分批缓慢加水；减少过碳酸钠或二氧化锰的用量；在导管上加一个可调的止水夹控制出气量；在加湿仓中适当增加水量。（答出任意两条即可） 17.（1）氧气应从长导管（伸入液面以下的导管）通入水中。 （2）“长进短出”可以使氧气充分通过水层，达到湿润和过滤的效果；如果接反了，氧气进入后会将水压出短导管，无法起到湿润过滤的作用，甚至可能把水吹出装置。 18.（1）优点：可以随时控制反应的发生与停止，节约药品；需要氧气时放下线绳即可反应，不需要时拉起线绳即停止，使用灵活方便。（答出任意两条即可） （2）其他思路：通过控制加入药品的量来控制反应速率；通过控制加水的滴加速率来控制反应快慢；将二氧化锰装在一个可升降的小网兜中，通过升降网兜控制其与溶液的接触。（言之有理即可） 19. 评价维度包括：供氧速率是否稳定；装置是否密封可靠；操作是否简便安全；原料是否容易获取；整体是否轻便便携；成本是否经济；加湿过滤效果如何；能否控制反应启停等。（答出任意四个即可） 20. 制作简易供氧器过程中，化学知识提供了制氧的原理和原料选择依据；物理知识涉及气体压强、流速控制和装置密封；材料科学知识帮助选择合适的塑料瓶、导管等材料；工程设计思维指导整体结构的布局和优化。多个学科相互配合，才能完成一个实用、安全的供氧装置设计，体现了跨学科知识在解决实际问题中的综合应用。 学科网（北京）股份有限公司 $