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制作简易供氧器
制氧机在生产生活中具有重要应用。某化学兴趣小组的同学运用相关知识，对家用制氧机的工作原理、制氧方法以及自制供氧器等展开了跨学科实践活动。
【活动目标】
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，了解实现物质定量转化的方法。
2. 综合应用多学科知识和工程技术手段解决实际问题。
【任务一】了解家用制氧机的工作原理
[查阅资料]
目前市场上常见的家用制氧机有以下几种：
Ⅰ. 分子筛制氧机。
Ⅱ. 便携式制氧机。
用 A 剂、B 剂产生氧气，其中 A 剂为过碳酸钠($2Na_{2}CO_{3}\cdot 3H_{2}O_{2}$)，B 剂为 $MnO_{2}$。过碳酸钠加水溶解会分解生成 $Na_{2}CO_{3}$ 和 $H_{2}O_{2}$。
Ⅲ. 氧烛。
一种可用于在缺氧环境中自救使用的化学氧源——催化分解氯酸钠，特别适合于作化学氧自救器的启动装置。
[讨论交流]
(1) 分子筛制取氧气时所发生的变化属于
(2) 化学试剂法制取氧气时可供选择的反应物较多。以下物质中，有可能用作制取氧气的反应物的是
a. $KClO_{3}$ b. $NH_{4}Cl$ c. $CH_{4}$ d. $CaO_{2}$
(3) 某品牌便携式制氧机如图 1 所示。用该制氧机制氧时，在反应仓中加入适量水，再先后加入过碳酸钠和二氧化锰，反应仓内有黑色粉末翻腾，变得浑浊，仓壁变得温热，过滤仓底部导气管口有气泡冒出。
①反应仓中 $H_{2}O_{2}$ 生成氧气的反应的文字表达式是
A. 可以通过气泡观察氧气生成的速率
B. 降低氧气温度
C. 加快氧气的生成
②写出一种验证过滤仓导出的气体是氧气的方法：
(4) 潜艇和空间站可用氧烛作为应急氧源，氧烛是一种便携式供氧设备(如图 2 所示)。在紧急情况下的使用时，发生了两个过程：①按下火帽点燃内部金属粉末，放出大量的热；②放出的热促使产氧药块中的氯酸钠($NaClO_{3}$)持续分解，放出氧气。过程①的作用是
【任务二】探究制氧剂的选择
[提出问题]家庭制氧机选什么制氧剂比较合适？
[实验过程]该兴趣小组设计如下表所示实验，选用相同装置进行实验，并记录 $0\sim 20min$ 收集到的气体体积的数据(如图所示)。
[交流讨论]
(1) 家庭制氧机不选择高锰酸钾作为制氧机的制氧剂的原因是
(2) 结合图中曲线进行分析，选择过碳酸钠作制氧剂的依据是
【任务三】设计并制作简易供氧器
[设计制作]同学们在老师的指导下设计了如图所示的简易供氧器。
[分析讨论]
(1) 同学们可以通过装置 B 的水中的气泡观察氧气的生成速率，该装置还可以起到的作用是
(2) 连接好装置，将带火星的木条放置在鼻氧管出口处，此操作的目的是
(3) 当观察到装置 B 中有
[展示与交流]
制作简易供氧器需要考虑三个方面的问题：一是根据特定需求，从定向的角度选择化学反应获得氧气；二是从装置的角度考虑氧气的发生、净化、收集的问题；三是从实际应用的角度出发，考虑产品的工程学、安全等问题。
制氧机在生产生活中具有重要应用。某化学兴趣小组的同学运用相关知识，对家用制氧机的工作原理、制氧方法以及自制供氧器等展开了跨学科实践活动。
【活动目标】
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，了解实现物质定量转化的方法。
2. 综合应用多学科知识和工程技术手段解决实际问题。
【任务一】了解家用制氧机的工作原理
[查阅资料]
目前市场上常见的家用制氧机有以下几种：
Ⅰ. 分子筛制氧机。
Ⅱ. 便携式制氧机。
用 A 剂、B 剂产生氧气，其中 A 剂为过碳酸钠($2Na_{2}CO_{3}\cdot 3H_{2}O_{2}$)，B 剂为 $MnO_{2}$。过碳酸钠加水溶解会分解生成 $Na_{2}CO_{3}$ 和 $H_{2}O_{2}$。
Ⅲ. 氧烛。
一种可用于在缺氧环境中自救使用的化学氧源——催化分解氯酸钠，特别适合于作化学氧自救器的启动装置。
[讨论交流]
(1) 分子筛制取氧气时所发生的变化属于
物理变化
。(2) 化学试剂法制取氧气时可供选择的反应物较多。以下物质中，有可能用作制取氧气的反应物的是
ad
(填字母序号)。a. $KClO_{3}$ b. $NH_{4}Cl$ c. $CH_{4}$ d. $CaO_{2}$
(3) 某品牌便携式制氧机如图 1 所示。用该制氧机制氧时，在反应仓中加入适量水，再先后加入过碳酸钠和二氧化锰，反应仓内有黑色粉末翻腾，变得浑浊，仓壁变得温热，过滤仓底部导气管口有气泡冒出。
①反应仓中 $H_{2}O_{2}$ 生成氧气的反应的文字表达式是
过氧化氢\stackrel{二氧化锰}{→}水+氧气
。过滤仓中的水除了有过滤杂质提纯氧气的作用外，还可以起到的作用是AB
(填字母序号)。A. 可以通过气泡观察氧气生成的速率
B. 降低氧气温度
C. 加快氧气的生成
②写出一种验证过滤仓导出的气体是氧气的方法：
在导管口放一根带火星的木条，若木条复燃，证明是氧气(合理即可)
。(4) 潜艇和空间站可用氧烛作为应急氧源，氧烛是一种便携式供氧设备(如图 2 所示)。在紧急情况下的使用时，发生了两个过程：①按下火帽点燃内部金属粉末，放出大量的热；②放出的热促使产氧药块中的氯酸钠($NaClO_{3}$)持续分解，放出氧气。过程①的作用是
加热氯酸钠，使它的温度达到分解温度
。过程②的反应的文字表达式是氯酸钠\stackrel{二氧化锰}{\underset{加热}{→}}氯化钠+氧气
。(此处氯酸钠的反应与氯酸钾相似)【任务二】探究制氧剂的选择
[提出问题]家庭制氧机选什么制氧剂比较合适？
[实验过程]该兴趣小组设计如下表所示实验，选用相同装置进行实验，并记录 $0\sim 20min$ 收集到的气体体积的数据(如图所示)。
[交流讨论]
(1) 家庭制氧机不选择高锰酸钾作为制氧机的制氧剂的原因是
高锰酸钾制氧气需要加热，不适合家庭制氧
。(2) 结合图中曲线进行分析，选择过碳酸钠作制氧剂的依据是
相同时间内，过碳酸钠产生的氧气更多
。【任务三】设计并制作简易供氧器
[设计制作]同学们在老师的指导下设计了如图所示的简易供氧器。
[分析讨论]
(1) 同学们可以通过装置 B 的水中的气泡观察氧气的生成速率，该装置还可以起到的作用是
使氧气具有一定湿度
。(2) 连接好装置，将带火星的木条放置在鼻氧管出口处，此操作的目的是
检验氧气
。(3) 当观察到装置 B 中有
气泡连续均匀冒出
(填“气泡连续均匀冒出”或“刚开始冒出气泡”)时，开始吸氧。[展示与交流]
制作简易供氧器需要考虑三个方面的问题：一是根据特定需求，从定向的角度选择化学反应获得氧气；二是从装置的角度考虑氧气的发生、净化、收集的问题；三是从实际应用的角度出发，考虑产品的工程学、安全等问题。
答案
任务一
(1)物理变化
(2)ad
(3)①过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气 AB
②在导管口放一根带火星的木条，若木条复燃，证明是氧气(合理即可)
(4)加热氯酸钠，使它的温度达到分解温度
氯酸钠$\stackrel{二氧化锰}{\underset{加热}{→}}$氯化钠+氧气
任务二
(1)高锰酸钾制氧气需要加热，不适合家庭制氧
(2)相同时间内，过碳酸钠产生的氧气更多
任务三
(1)使氧气具有一定湿度
(2)检验氧气
(3)气泡连续均匀冒出
(1)物理变化
(2)ad
(3)①过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气 AB
②在导管口放一根带火星的木条，若木条复燃，证明是氧气(合理即可)
(4)加热氯酸钠，使它的温度达到分解温度
氯酸钠$\stackrel{二氧化锰}{\underset{加热}{→}}$氯化钠+氧气
任务二
(1)高锰酸钾制氧气需要加热，不适合家庭制氧
(2)相同时间内，过碳酸钠产生的氧气更多
任务三
(1)使氧气具有一定湿度
(2)检验氧气
(3)气泡连续均匀冒出
解析
【分析】
本题围绕家用制氧机的跨学科实践活动展开，需结合氧气制取的相关知识逐一分析各任务：
1. 任务一：判断变化类型依据是否有新物质生成，制氧反应物需满足质量守恒（含O元素），过滤仓水的作用结合装置功能，氧气检验利用助燃性，氧烛过程需明确反应条件；
2. 任务二：家庭制氧剂选择需考虑操作便捷性、产氧效率；
3. 任务三：简易供氧器的装置作用需结合实验细节，如气泡状态对应气体纯度，带火星木条用于氧气检验。
【解析】
任务一：
(1) 分子筛制氧利用气体分子大小差异分离，无新物质生成，属于物理变化；
(2) 根据质量守恒，制氧反应物需含O元素，a.KClO₃、d.CaO₂含O，b.NH₄Cl、c.CH₄不含O，故选ad；
(3) ①过氧化氢在二氧化锰催化下分解为水和氧气，文字表达式为：过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气；过滤仓水可观察气泡速率、降低氧气温度，故选AB；②氧气助燃，验证方法为：导管口放带火星木条，复燃则为氧气（合理即可）；
(4) 过程①作用是加热氯酸钠使其达分解温度；氯酸钠分解类似氯酸钾，反应式为：氯酸钠$\stackrel{二氧化锰}{\underset{加热}{→}}$氯化钠+氧气；
任务二：
(1) 高锰酸钾制氧需加热，操作复杂，不适合家庭；
(2) 曲线显示相同时间内过碳酸钠产氧更多，适合家庭；
任务三：
(1) 装置B的水可湿润氧气；
(2) 带火星木条放出口是检验导出气体是否为氧气；
(3) 刚开始气泡是装置内空气，气泡连续均匀冒出时为纯净氧气，开始吸氧。
【答案】
任务一
(1)物理变化
(2)ad
(3)①过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气；AB
②在导管口放一根带火星的木条，若木条复燃，证明是氧气(合理即可)
(4)加热氯酸钠，使它的温度达到分解温度；氯酸钠$\stackrel{二氧化锰}{\underset{加热}{→}}$氯化钠+氧气
任务二
(1)高锰酸钾制氧气需要加热，不适合家庭制氧
(2)相同时间内，过碳酸钠产生的氧气更多
任务三
(1)使氧气具有一定湿度
(2)检验氧气
(3)气泡连续均匀冒出
【知识点】
氧气的制取、物理变化与化学变化、氧气的检验
【点评】
本题结合家用制氧实际场景，考察氧气制取核心知识点，注重知识应用与跨学科实践，贴近生活，难度适中，需学生结合质量守恒、装置功能分析问题。
【难度系数】
0.5
本题围绕家用制氧机的跨学科实践活动展开，需结合氧气制取的相关知识逐一分析各任务：
1. 任务一：判断变化类型依据是否有新物质生成，制氧反应物需满足质量守恒（含O元素），过滤仓水的作用结合装置功能，氧气检验利用助燃性，氧烛过程需明确反应条件；
2. 任务二：家庭制氧剂选择需考虑操作便捷性、产氧效率；
3. 任务三：简易供氧器的装置作用需结合实验细节，如气泡状态对应气体纯度，带火星木条用于氧气检验。
【解析】
任务一：
(1) 分子筛制氧利用气体分子大小差异分离，无新物质生成，属于物理变化；
(2) 根据质量守恒，制氧反应物需含O元素，a.KClO₃、d.CaO₂含O，b.NH₄Cl、c.CH₄不含O，故选ad；
(3) ①过氧化氢在二氧化锰催化下分解为水和氧气，文字表达式为：过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气；过滤仓水可观察气泡速率、降低氧气温度，故选AB；②氧气助燃，验证方法为：导管口放带火星木条，复燃则为氧气（合理即可）；
(4) 过程①作用是加热氯酸钠使其达分解温度；氯酸钠分解类似氯酸钾，反应式为：氯酸钠$\stackrel{二氧化锰}{\underset{加热}{→}}$氯化钠+氧气；
任务二：
(1) 高锰酸钾制氧需加热，操作复杂，不适合家庭；
(2) 曲线显示相同时间内过碳酸钠产氧更多，适合家庭；
任务三：
(1) 装置B的水可湿润氧气；
(2) 带火星木条放出口是检验导出气体是否为氧气；
(3) 刚开始气泡是装置内空气，气泡连续均匀冒出时为纯净氧气，开始吸氧。
【答案】
任务一
(1)物理变化
(2)ad
(3)①过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气；AB
②在导管口放一根带火星的木条，若木条复燃，证明是氧气(合理即可)
(4)加热氯酸钠，使它的温度达到分解温度；氯酸钠$\stackrel{二氧化锰}{\underset{加热}{→}}$氯化钠+氧气
任务二
(1)高锰酸钾制氧气需要加热，不适合家庭制氧
(2)相同时间内，过碳酸钠产生的氧气更多
任务三
(1)使氧气具有一定湿度
(2)检验氧气
(3)气泡连续均匀冒出
【知识点】
氧气的制取、物理变化与化学变化、氧气的检验
【点评】
本题结合家用制氧实际场景，考察氧气制取核心知识点，注重知识应用与跨学科实践，贴近生活，难度适中，需学生结合质量守恒、装置功能分析问题。
【难度系数】
0.5
