第五單元跨學(xué)科實(shí)踐活動4基于特定需求設(shè)計(jì)和制作簡易供氧器教學(xué)設(shè)計(jì)---2024-2025學(xué)年九年級化學(xué)人教版（2024）上冊課題：科目：班級：課時(shí)：計(jì)劃1課時(shí)教師：單位：一、設(shè)計(jì)意圖本節(jié)課通過基于特定需求設(shè)計(jì)和制作簡易供氧器的實(shí)踐活動，旨在讓學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐操作能力。同時(shí)，通過跨學(xué)科合作，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提升。二、核心素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神，通過實(shí)驗(yàn)操作，提升觀察、分析、解決問題的能力。

2.增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，鼓勵學(xué)生在設(shè)計(jì)和制作過程中發(fā)揮想象力，提出創(chuàng)新方案。

3.提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，通過小組合作，學(xué)會溝通、協(xié)調(diào)，共同完成任務(wù)。

4.強(qiáng)化學(xué)生的環(huán)保意識，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)知識在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用價(jià)值。三、重點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法重點(diǎn)：簡易供氧器的原理及制作方法。

難點(diǎn)：供氧效果的評估與優(yōu)化。

解決辦法：

1.重點(diǎn)：通過實(shí)驗(yàn)演示和講解，使學(xué)生理解過氧化鈉與水反應(yīng)生成氧氣的原理，掌握供氧器的制作步驟。

2.難點(diǎn)：通過設(shè)置實(shí)驗(yàn)對比，讓學(xué)生自行評估供氧效果，并引導(dǎo)學(xué)生分析影響供氧效果的因素，如反應(yīng)物比例、容器密封性等。教師提供指導(dǎo)，幫助學(xué)生優(yōu)化供氧器設(shè)計(jì)。四、教學(xué)資源-硬件資源：實(shí)驗(yàn)臺、試管、燒杯、量筒、酒精燈、加熱裝置、過氧化鈉固體、水、氣體收集瓶、膠塞、橡皮管、實(shí)驗(yàn)記錄本

-課程平臺：化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作視頻教程、在線化學(xué)知識庫

-信息化資源：多媒體教學(xué)課件、在線實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊

-教學(xué)手段：實(shí)物演示、小組討論、實(shí)驗(yàn)操作演示、問題解決挑戰(zhàn)五、教學(xué)過程1.導(dǎo)入（約5分鐘）

-激發(fā)興趣：通過展示自然界中動植物呼吸的圖片，提出問題：“動植物是如何獲取氧氣進(jìn)行呼吸的？”引發(fā)學(xué)生對氧氣的重要性的思考。

-回顧舊知：引導(dǎo)學(xué)生回顧初中化學(xué)中關(guān)于氧氣的制取、性質(zhì)和用途的知識，為學(xué)習(xí)簡易供氧器奠定基礎(chǔ)。

2.新課呈現(xiàn)（約30分鐘）

-講解新知：

a.介紹簡易供氧器的原理，講解過氧化鈉與水反應(yīng)生成氧氣的化學(xué)反應(yīng)方程式。

b.講解供氧器的制作方法，包括材料的選擇、容器的設(shè)計(jì)和密封等。

-舉例說明：

a.通過實(shí)驗(yàn)演示，展示過氧化鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生氧氣的現(xiàn)象。

b.舉例說明不同設(shè)計(jì)方案的供氧效果差異。

-互動探究：

a.分組討論，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，設(shè)計(jì)自己的簡易供氧器。

b.邀請學(xué)生上臺展示自己的設(shè)計(jì)方案，并與其他小組進(jìn)行交流、評價(jià)。

3.鞏固練習(xí)（約30分鐘）

-學(xué)生活動：

a.學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，動手制作簡易供氧器。

b.在制作過程中，鼓勵學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

-教師指導(dǎo)：

a.教師巡回指導(dǎo)，解答學(xué)生在制作過程中遇到的問題。

b.針對共性問題，集中講解并示范解決方法。

4.供氧效果評估（約20分鐘）

-學(xué)生活動：

a.學(xué)生將制作的簡易供氧器進(jìn)行供氧實(shí)驗(yàn)，觀察并記錄供氧效果。

b.小組討論，分析影響供氧效果的因素。

-教師指導(dǎo)：

a.教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生分析問題，提出改進(jìn)方案。

b.針對優(yōu)秀設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行點(diǎn)評和推廣。

5.總結(jié)與反思（約10分鐘）

-學(xué)生總結(jié)：引導(dǎo)學(xué)生回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，總結(jié)簡易供氧器的制作原理和注意事項(xiàng)。

-教師反思：對學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行點(diǎn)評，指出優(yōu)點(diǎn)和不足，鼓勵學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力。六、知識點(diǎn)梳理1.簡易供氧器的工作原理：

-過氧化鈉（Na2O2）與水（H2O）反應(yīng)生成氧氣（O2）和氫氧化鈉（NaOH）。

-反應(yīng)方程式：2Na2O2+2H2O→4NaOH+O2↑

2.供氧器的制作材料：

-過氧化鈉固體

-水源（可以是自來水、蒸餾水等）

-容器（如塑料瓶、玻璃瓶等）

-密封材料（如橡皮塞、膠帶等）

3.供氧器的制作步驟：

a.選擇合適的容器，確保容器有足夠的容量來容納反應(yīng)物和生成的氧氣。

b.在容器中放入適量的過氧化鈉固體。

c.通過橡皮塞或膠帶密封容器，確保氧氣不會泄漏。

d.將容器放入水中，使過氧化鈉與水接觸并發(fā)生反應(yīng)。

4.供氧效果的評估：

a.使用氣體收集瓶或集氣法收集生成的氧氣。

b.通過燃燒實(shí)驗(yàn)或其他方法檢驗(yàn)氧氣的純度。

c.記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析供氧效果。

5.影響供氧效果的因素：

a.過氧化鈉與水的比例：適當(dāng)?shù)谋壤梢蕴岣吖┭跣省?/p>

b.容器的密封性：良好的密封性可以減少氧氣的泄漏。

c.容器的材質(zhì)：選擇合適的材質(zhì)可以保證供氧器的穩(wěn)定性和安全性。

6.實(shí)驗(yàn)安全注意事項(xiàng)：

a.過氧化鈉具有腐蝕性，操作時(shí)應(yīng)佩戴防護(hù)手套和眼鏡。

b.實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)避免直接接觸過氧化鈉，以防皮膚和眼睛受傷。

c.實(shí)驗(yàn)室應(yīng)保持通風(fēng)，避免氧氣濃度過高。

7.跨學(xué)科知識應(yīng)用：

a.化學(xué)知識：了解化學(xué)反應(yīng)原理，掌握反應(yīng)方程式的書寫。

b.物理知識：了解氣體壓強(qiáng)和體積的關(guān)系，以及氣體收集方法。

c.工程設(shè)計(jì)：學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)簡易供氧器，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐操作能力。

8.教育教學(xué)目標(biāo)：

a.培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能。

b.增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，鼓勵學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

c.提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，通過小組合作完成任務(wù)。

d.強(qiáng)化學(xué)生的環(huán)保意識，認(rèn)識到化學(xué)知識在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用價(jià)值。七、典型例題講解例題1：

設(shè)計(jì)一個(gè)簡易供氧器，假設(shè)你有50g過氧化鈉，你計(jì)劃用多少克水與之反應(yīng)來生成最多的氧氣？請寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，并計(jì)算理論上可以生成的氧氣質(zhì)量。

解答：

化學(xué)反應(yīng)方程式：2Na2O2+2H2O→4NaOH+O2↑

根據(jù)化學(xué)方程式，1摩爾過氧化鈉（Na2O2）生成0.5摩爾氧氣（O2）。

首先，計(jì)算過氧化鈉的摩爾質(zhì)量：Na2O2=(23×2+16×2)g/mol=78g/mol

50g過氧化鈉的物質(zhì)的量：n(Na2O2)=50g/78g/mol≈0.641mol

根據(jù)化學(xué)方程式，生成的氧氣的物質(zhì)的量：n(O2)=0.641mol/2≈0.3205mol

氧氣的摩爾質(zhì)量：M(O2)=32g/mol

生成的氧氣質(zhì)量：m(O2)=n(O2)×M(O2)=0.3205mol×32g/mol≈10.26g

因此，理論上可以生成的氧氣質(zhì)量約為10.26克。

例題2：

一個(gè)簡易供氧器的容器體積為2升，你想通過加入一定量的過氧化鈉來充滿整個(gè)容器。如果你有50g過氧化鈉，能否做到？為什么？

解答：

首先，計(jì)算50g過氧化鈉在理想情況下能生成多少氧氣體積。根據(jù)例題1的計(jì)算，50g過氧化鈉可以生成約10.26g的氧氣。

氧氣的密度約為1.43g/L，因此10.26g氧氣的體積為：V(O2)=10.26g/1.43g/L≈7.17L

由于簡易供氧器的容器體積為2升，即2000毫升，因此，即使是在理想情況下，50g過氧化鈉生成的氧氣體積也遠(yuǎn)大于容器的體積，無法完全充滿。

例題3：

一個(gè)簡易供氧器中加入了20g過氧化鈉和50g水。在反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，測量發(fā)現(xiàn)供氧器的壓力為2.5大氣壓。請估算反應(yīng)剩余的過氧化鈉質(zhì)量。

解答：

由于題目沒有給出具體的溫度和壓力與氧氣生成量之間的關(guān)系，我們無法直接計(jì)算剩余的過氧化鈉質(zhì)量。但我們可以使用理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT來估算。

假設(shè)溫度T為室溫25°C，即298K，R為理想氣體常數(shù)，R=0.0821L·atm/(mol·K)。

PV=nRT

2.5atm×2L=n(O2)×0.0821L·atm/(mol·K)×298K

n(O2)=(2.5atm×2L)/(0.0821L·atm/(mol·K)×298K)

n(O2)≈0.205mol

根據(jù)化學(xué)方程式，每摩爾過氧化鈉生成0.5摩爾氧氣。因此，消耗的過氧化鈉物質(zhì)的量為：n(Na2O2)=2×n(O2)=0.41mol

過氧化鈉的摩爾質(zhì)量為78g/mol，消耗的過氧化鈉質(zhì)量為：m(Na2O2)=n(Na2O2)×M(Na2O2)=0.41mol×78g/mol≈32g

初始過氧化鈉質(zhì)量為20g，消耗了32g，顯然這是不可能的。因此，這個(gè)計(jì)算方法在本例中不適用，可能需要更多信息或使用其他方法來估算剩余的過氧化鈉質(zhì)量。

例題4：

一個(gè)簡易供氧器在反應(yīng)后產(chǎn)生了1.5升氧氣。如果供氧器最初是空的，且只使用了10g過氧化鈉，計(jì)算供氧器的壓力（假設(shè)溫度為25°C）。

解答：

根據(jù)化學(xué)方程式，10g過氧化鈉生成的氧氣物質(zhì)的量可以通過計(jì)算其物質(zhì)的量來確定。

過氧化鈉的摩爾質(zhì)量為78g/mol，10g過氧化鈉的物質(zhì)的量為：n(Na2O2)=10g/78g/mol≈0.1282mol

根據(jù)化學(xué)方程式，生成的氧氣的物質(zhì)的量為：n(O2)=n(Na2O2)/2=0.1282mol/2≈0.0641mol

理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT可以用來計(jì)算壓力P。

P=nRT/V

P=(0.0641mol)×(0.0821L·atm/(mol·K))×(298K)/(1.5L)

P≈1.15atm

因此，假設(shè)溫度為25°C時(shí)，供氧器的壓力大約為1.15大氣壓。

例題5：

一個(gè)簡易供氧器在反應(yīng)后產(chǎn)生了2.0升氧氣。如果供氧器的容積為2升，且初始加入了20g過氧化鈉，請估算反應(yīng)結(jié)束后容器內(nèi)的氧氣體積分?jǐn)?shù)。

解答：

根據(jù)化學(xué)方程式，20g過氧化鈉生成的氧氣物質(zhì)的量可以通過計(jì)算其物質(zhì)的量來確定。

過氧化鈉的摩爾質(zhì)量為78g/mol，20g過氧化鈉的物質(zhì)的量為：n(Na2O2)=20g/78g/mol≈0.2564mol

根據(jù)化學(xué)方程式，生成的氧氣的物質(zhì)的量為：n(O2)=n(Na2O2)/2=0.2564mol/2≈0.1282mol

理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT可以用來計(jì)算氧氣在供氧器內(nèi)的體積分?jǐn)?shù)。

由于供氧器的容積為2升，且初始為空，所以反應(yīng)結(jié)束后氧氣的體積分?jǐn)?shù)為生成的氧氣體積除以供氧器的容積。

體積分?jǐn)?shù)=生成氧氣體積/供氧器容積

體積分?jǐn)?shù)=2.0L/2.0L

體積分?jǐn)?shù)=1.0或100%

這意味著反應(yīng)結(jié)束后，供氧器內(nèi)的氧氣體積分?jǐn)?shù)為100%。八、課堂1.課堂提問：

-通過提問的方式，檢驗(yàn)學(xué)生對簡易供氧器原理和制作步驟的掌握程度。

-設(shè)計(jì)開放性問題，如“你認(rèn)為還有哪些因素會影響供氧效果？”鼓勵學(xué)生發(fā)散思維。

-觀察學(xué)生的回答，及時(shí)給予評價(jià)和反饋，強(qiáng)化學(xué)生的表達(dá)能力和邏輯思維能力。

2.課堂觀察：

-觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中的規(guī)范性和安全性，確保實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。

-關(guān)注學(xué)生在小組合作中的表現(xiàn)，如溝通、協(xié)調(diào)、分工等，評估學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。

-發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，及時(shí)給予指導(dǎo)和幫助，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。

3.課堂測試：

-設(shè)計(jì)隨堂測試，檢驗(yàn)學(xué)生對本節(jié)課知識點(diǎn)的掌握情況。

-測試形式可以包括選擇題、填空題、簡答題等，全面評估學(xué)生的知識水平。

-根據(jù)測試結(jié)果，調(diào)整教學(xué)策略，確保學(xué)生能夠理解和掌握相關(guān)知識。

4.實(shí)驗(yàn)報(bào)告評價(jià)：

-要求學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃怼⒉襟E、結(jié)果、分析等內(nèi)容。

-評價(jià)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完整性、條理性、準(zhǔn)確性，以及學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理的理解程度。

-鼓勵學(xué)生在報(bào)告中提出自己的觀點(diǎn)和改進(jìn)建議，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

5.課堂互動：

-通過課堂討論、小組合作等形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的參與度。

-鼓勵學(xué)生提問、回答問題，培養(yǎng)他們的自主學(xué)習(xí)能力和批判性思維能力。

-教師要及時(shí)總結(jié)和點(diǎn)評學(xué)生的發(fā)言，引導(dǎo)學(xué)生深入思考問題。

6.反饋與改進(jìn)：

-在課堂結(jié)束時(shí)，教師應(yīng)進(jìn)行簡要總結(jié)，回顧本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，并對學(xué)生的表現(xiàn)給予肯定和鼓勵。

-針對學(xué)生在課堂上存在的問題，教師應(yīng)及時(shí)給予反饋，并提出改進(jìn)措施。

-定期與學(xué)生溝通，了解他們的學(xué)