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第五單元化學反應的定量關系跨學科實踐活動4基于特定需求設計和制作簡易供氧器

氧氣與人體健康關系密切，在特定環境下，人們需要攜帶方便，操作簡單、安全可靠，且成本較低的供氧器。我們能不能利用生活中的材料和相關試劑，設計和制作一個簡易供氧器呢?【活動目標】進一步鞏固對氧氣性質和實驗室制取氧氣的原理與裝置的認識，了解實現物質定量轉化的方法，綜合應用多學科知識和工程技術手段解決實際問題。【活動設計與實施】任務一:了解需求1.討論哪些人群在哪些場景或地域會用到供氧器，相應的供氧器具有怎樣的特點。2.選擇其中一種情況，通過討論確定簡易供氧器的設計和制作目標。使用場景選擇的制氧機特點(1)家用保健小巧、便攜，價格低，但氧流量低且輸出不穩定(2)醫用以空氣為原料，不需添加藥品，產氧濃度高，氧流量精準穩定，但設備價格較高(3)緊急情況下(航空、潛艇)產氧量大，速度快，占地空間小。但能耗高，廢料有污染(4)有毒有害氣體環境(火場)反應條件簡單，與人體呼出的水和二氧化碳即可反應生成氧氣。但價格較貴，廢料有污染過碳酸鈉制氧機分子篩制氧機氧燭制氧機化學氧自救器任務二:獲取信息1.查閱資料，了解目前商品化供氧器的類型。2.結合本組的目標，閱讀有參考價值的供氧器的說明書，嘗試進行實物演示與拆解，了解其組成、結構、工作原理和操作方法。(1)操作方法:在反應倉中首先加入粉末狀過碳酸鈉(2Na2CO3·3H2O2)、水，然后加入粉末狀二氧化錳(MnO2)，即產生氧氣。(2)工作原理:第一步:2Na2CO3·3H2O22Na2CO3+3H2O2;第二步:

。供氧劑過碳酸鈉(2Na2CO3·3H2O2)過氧化氫(H2O2)特點過碳酸鈉是固體且較穩定，方便儲存、運輸和使用過氧化氫溶液為液體，運輸儲存不方便，且高濃度的過氧化氫溶液具有一定的腐蝕性2H2O22H2O+O2↑(3)組成結構:組成結構作用①反應倉②加濕倉③觀察窗粉末狀過碳酸鈉(2Na2CO3·3H2O2)、水、粉末狀二氧化錳(MnO2)的反應區域凈化氧氣、濕潤氧氣觀察氧氣流速3.比較其與實驗室制取氧氣在制氧原理、收集方法、儀器裝置等方面的異同，綜合運用多學科知識分析原因，總結供氧器的工作原理和特點。制氧方式過碳酸鈉制氧機實驗室制取氧氣(1)制氧原理

①______________________________

②_______________________________

③________________________

(2)收集方法(3)儀器裝置2Na2CO3·3H2O22Na2CO3+3H2O22H2O22H2O+O2↑2H2O22H2O+O2↑排水法排水法任務三:設計制作1.根據使用要求和已有條件，選擇合適的制氧原理，設計供氧器的組成和結構，繪制設計圖，制作簡易供氧器。例:2.對產品進行試驗，了解其供氧效果，并對試驗結果進行分析，從工程技術角度進一步優化產品，編寫自制供氧器的使用說明書。2.制氧機說明書

(1)反應倉內應加入自來水(涼水),嚴禁使用熱水。

(2)反應倉加水后,先投入A劑,再投入B劑。每次供氧停止后,將反應殘液倒空清洗。供水困難時,可在殘液冷卻時,補充A劑(不加B劑)連續供氧。(答案合理即可)素養提升化學小組在“設計和制作簡易供氧器”的實踐活動中，探究影響供氧劑過碳酸鈉(2Na2CO3·3H2O2)產氧速率的因素。【查閱資料】Ⅰ.化學小組研究了圖1所示的某品牌制氧機的裝置原理后，利用身邊物品自制了如圖2所示的簡易供氧器。Ⅱ.過碳酸鈉為白色固體，遇水能產生碳酸鈉和過氧化氫，需在低溫干燥環境中保存。實驗:探究試劑用量、溫度對產氧速率的影響。【進行實驗】在不同溫度下，分別取一定質量的過碳酸鈉和MnO2放入B瓶中，并加入相同體積的水，測得平均產氧速率數據如下表所示。序號過碳酸鈉質量/gMnO2質量/g溫度/℃平均產氧速率/(mL/s)①100.3262.73②200.3268.56③100.3414.54【解釋與結論】(1)實驗中，過氧化氫分解生成氧氣的化學方程式為

。

(2)設計實驗①②的目的是_________________________________________

。

(3)由①③可以得到的結論是_______________________________________