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项目导引:初识制氧器。氧气是生命活动的必需气体,也是工业生产不可缺少的重要原料。制氧器在生产、生活中的应用非常广泛,如保健、急救、大型化工生产等都需要制氧。市售制氧器有两种:一种为便携式制氧器,采用加压液化氧气或吸附剂吸附氧气储存,使用时匀速、稳定地释放氧气;另一种为化学制氧器,使用时通过试剂发生化学反应产生氧气。
某同学拿家用的化学制氧器与同学们一起进行了研究。
【分析讨论】从微观角度解释便携式制氧器加压液化储存氧气时的工作原理：。
某同学拿家用的化学制氧器与同学们一起进行了研究。
【分析讨论】从微观角度解释便携式制氧器加压液化储存氧气时的工作原理：。
答案
解：加压时，氧分子之间的间隔随压强增大而减小，氧气由气态变为液态，体积大幅缩小，可在有限的容器空间内储存更多氧气。
解析
【分析】要解释便携式制氧器加压液化储存氧气的微观原理，需运用分子的基本性质（分子之间存在间隔）。解题时，先明确分子间有间隔这一核心知识点，再分析加压操作对氧分子间隔的影响，进而推导氧气状态变化及储存的原因，即可得出结论。
【解析】根据分子的基本性质，分子之间有间隔。对氧气加压时，压强增大，氧分子之间的间隔会减小，氧气由气态变为液态，体积大幅缩小，可在有限的容器空间内储存更多氧气，实现加压液化储存的目的。
【答案】加压时，氧分子之间的间隔随压强增大而减小，氧气由气态变为液态，体积大幅缩小，可在有限的容器空间内储存更多氧气。
【知识点】分子的性质
【点评】本题结合实际制氧器的应用场景，考查分子间有间隔的基础化学知识点，难度较低，需要学生能将微观粒子的性质与宏观物质的变化联系起来分析，属于化学学科的基础应用类题目。
【难度系数】0.7
【解析】根据分子的基本性质，分子之间有间隔。对氧气加压时，压强增大，氧分子之间的间隔会减小，氧气由气态变为液态，体积大幅缩小，可在有限的容器空间内储存更多氧气，实现加压液化储存的目的。
【答案】加压时，氧分子之间的间隔随压强增大而减小，氧气由气态变为液态，体积大幅缩小，可在有限的容器空间内储存更多氧气。
【知识点】分子的性质
【点评】本题结合实际制氧器的应用场景，考查分子间有间隔的基础化学知识点，难度较低，需要学生能将微观粒子的性质与宏观物质的变化联系起来分析，属于化学学科的基础应用类题目。
【难度系数】0.7
项目活动一 回忆制取氧气的原理
【交流讨论】请写出实验室制取氧气的反应原理：
（用化学方程式表示）。
项目活动二 探究化学制氧器的反应原理
A剂:固体氧释放剂
B剂:不溶于水的固体,保证出氧速率稳定
用法与用量:将A剂、B剂先后放入装好水的反应仓中,通过导管和鼻塞吸氧
规格:A剂50 g/包 B剂3 g/包
【查阅资料】过碳酸钠($2Na_{2}CO_{3} · 3H_{2}O_{2}$)为白色颗粒,溶于水会分解生成碳酸钠和过氧化氢,是很好的固体氧释放剂。
【实验探究】探究B剂的作用
先将一包A剂放入一个洁净的烧杯中,加水至完全溶解,观察到无气泡产生;再向溶液中放入一包B剂,立即有大量气泡产生。待反应结束后,将烧杯中剩余固体过滤、洗涤、干燥,称得固体的质量为3 g。该同学认为B剂起催化作用。
【反思评价】
(1)同学们对该同学的结论提出质疑,理由是。
(2)通过对制氧剂成分及性质的探究,可知该制氧剂应存放。
项目活动三 认识化学制氧器的结构
【交流探讨】
(1)根据图示分析,化学制氧器的反应仓与实验室制取氧气哪种反应原理的发生装置类似,请写出该反应的试剂名称:;加入A、B剂时要考虑的因素是(写一个)。
(2)反应仓产生的氧气会经过加湿过滤仓,与实验室制取氧气的类似。
(3)加湿过滤仓除了有加湿功能外,还可以。
【交流讨论】请写出实验室制取氧气的反应原理：
（用化学方程式表示）。
项目活动二 探究化学制氧器的反应原理
A剂:固体氧释放剂
B剂:不溶于水的固体,保证出氧速率稳定
用法与用量:将A剂、B剂先后放入装好水的反应仓中,通过导管和鼻塞吸氧
规格:A剂50 g/包 B剂3 g/包
【查阅资料】过碳酸钠($2Na_{2}CO_{3} · 3H_{2}O_{2}$)为白色颗粒,溶于水会分解生成碳酸钠和过氧化氢,是很好的固体氧释放剂。
【实验探究】探究B剂的作用
先将一包A剂放入一个洁净的烧杯中,加水至完全溶解,观察到无气泡产生;再向溶液中放入一包B剂,立即有大量气泡产生。待反应结束后,将烧杯中剩余固体过滤、洗涤、干燥,称得固体的质量为3 g。该同学认为B剂起催化作用。
【反思评价】
(1)同学们对该同学的结论提出质疑,理由是。
(2)通过对制氧剂成分及性质的探究,可知该制氧剂应存放。
项目活动三 认识化学制氧器的结构
【交流探讨】
(1)根据图示分析,化学制氧器的反应仓与实验室制取氧气哪种反应原理的发生装置类似,请写出该反应的试剂名称:;加入A、B剂时要考虑的因素是(写一个)。
(2)反应仓产生的氧气会经过加湿过滤仓,与实验室制取氧气的类似。
(3)加湿过滤仓除了有加湿功能外,还可以。
答案
解：
项目活动一
$2KMnO_{4}\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow$（或$2KClO_{3}\stackrel{MnO_{2}、\Delta}{=\!=\!=}2KCl + 3O_{2}\uparrow$ 或 $2H_{2}O_{2}\stackrel{MnO_{2}}{=\!=\!=}2H_{2}O + O_{2}\uparrow$）
项目活动二 【反思评价】
(1) 该实验仅验证了B剂可以改变反应速率、反应前后B剂质量不变，没有验证B剂的化学性质在反应前后是否没有发生改变，不符合催化剂的定义，无法直接得出B剂起催化作用的结论
(2) 密封、干燥、阴凉处（防潮避热）
项目活动三 【交流探讨】
(1) 过氧化氢溶液和二氧化锰； 控制试剂加入的先后顺序（或控制试剂加入的用量、保证装置气密性良好等合理答案均可）
(2) 排水集气法
(3) 观察氧气的生成速率（或除去氧气中混有的可溶性杂质、判断氧气是否正常导出、平稳氧气气流等合理答案均可）
项目活动一
$2KMnO_{4}\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow$（或$2KClO_{3}\stackrel{MnO_{2}、\Delta}{=\!=\!=}2KCl + 3O_{2}\uparrow$ 或 $2H_{2}O_{2}\stackrel{MnO_{2}}{=\!=\!=}2H_{2}O + O_{2}\uparrow$）
项目活动二 【反思评价】
(1) 该实验仅验证了B剂可以改变反应速率、反应前后B剂质量不变，没有验证B剂的化学性质在反应前后是否没有发生改变，不符合催化剂的定义，无法直接得出B剂起催化作用的结论
(2) 密封、干燥、阴凉处（防潮避热）
项目活动三 【交流探讨】
(1) 过氧化氢溶液和二氧化锰； 控制试剂加入的先后顺序（或控制试剂加入的用量、保证装置气密性良好等合理答案均可）
(2) 排水集气法
(3) 观察氧气的生成速率（或除去氧气中混有的可溶性杂质、判断氧气是否正常导出、平稳氧气气流等合理答案均可）
解析
【分析】
本题围绕化学制氧器展开，分为三个项目：项目一考查实验室制取氧气的反应原理，需回忆常见的制氧反应方程式；项目二探究催化剂的判断及物质存放条件，需结合催化剂“一变两不变”的定义分析，再根据制氧剂的性质确定存放要求；项目三类比实验室制氧气的发生、收集装置，分析制氧器各结构的作用，需对比固液不加热型发生装置和排水法的特点推导功能。
【解析】
项目活动一：实验室制取氧气有三种常见反应，对应化学方程式为：$2KMnO_{4}\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow$（或$2KClO_{3}\stackrel{MnO_{2}、\Delta}{=\!=\!=}2KCl + 3O_{2}\uparrow$ 或 $2H_{2}O_{2}\stackrel{MnO_{2}}{=\!=\!=}2H_{2}O + O_{2}\uparrow$）。
项目活动二【反思评价】：
(1) 催化剂的定义是能改变化学反应速率，且反应前后自身的质量和化学性质均不变。该实验仅验证了B剂可加快反应速率、反应后质量不变，未验证B剂的化学性质在反应前后是否改变，不符合催化剂的完整定义，因此无法直接得出B剂起催化作用的结论。
(2) 由查阅资料可知，过碳酸钠溶于水会分解，因此制氧剂需密封、干燥、阴凉处存放，防止受潮或遇热分解。
项目活动三【交流探讨】：
(1) 化学制氧器的反应仓是固体（B剂）与液体（水，过碳酸钠溶于水）反应，无需加热，与实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的发生装置类似；加入A、B剂时需考虑的因素如控制试剂加入的先后顺序、保证装置气密性良好等。
(2) 反应仓产生的氧气通过加湿过滤仓（水），类似实验室制取氧气的排水集气法，排水法也是利用气体通过水进行收集或处理。
(3) 加湿过滤仓除加湿外，还可通过观察气泡速率判断氧气的生成快慢（或除去氧气中的可溶性杂质、判断氧气是否正常导出等）。
【答案】
项目活动一：$2KMnO_{4}\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow$（或$2KClO_{3}\stackrel{MnO_{2}、\Delta}{=\!=\!=}2KCl + 3O_{2}\uparrow$ 或 $2H_{2}O_{2}\stackrel{MnO_{2}}{=\!=\!=}2H_{2}O + O_{2}\uparrow$）
项目活动二【反思评价】：
(1) 该实验仅验证了B剂可以改变反应速率、反应前后B剂质量不变，没有验证B剂的化学性质在反应前后是否没有发生改变，不符合催化剂的定义，无法直接得出B剂起催化作用的结论
(2) 密封、干燥、阴凉处（防潮避热）
项目活动三【交流探讨】：
(1) 过氧化氢溶液和二氧化锰；控制试剂加入的先后顺序（或控制试剂加入的用量、保证装置气密性良好等合理答案均可）
(2) 排水集气法
(3) 观察氧气的生成速率（或除去氧气中混有的可溶性杂质、判断氧气是否正常导出、平稳氧气气流等合理答案均可）
【知识点】
实验室制氧气原理、催化剂的定义、气体制备装置
【点评】
本题结合生活中的化学制氧器，将实验室制氧气的基础知识点与实际应用结合，既考查了反应原理、催化剂概念等核心知识，又要求学生具备类比分析能力，注重实验探究的严谨性，是一道联系实际的实验类题目。
【难度系数】
0.6
本题围绕化学制氧器展开，分为三个项目：项目一考查实验室制取氧气的反应原理，需回忆常见的制氧反应方程式；项目二探究催化剂的判断及物质存放条件，需结合催化剂“一变两不变”的定义分析，再根据制氧剂的性质确定存放要求；项目三类比实验室制氧气的发生、收集装置，分析制氧器各结构的作用，需对比固液不加热型发生装置和排水法的特点推导功能。
【解析】
项目活动一：实验室制取氧气有三种常见反应，对应化学方程式为：$2KMnO_{4}\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow$（或$2KClO_{3}\stackrel{MnO_{2}、\Delta}{=\!=\!=}2KCl + 3O_{2}\uparrow$ 或 $2H_{2}O_{2}\stackrel{MnO_{2}}{=\!=\!=}2H_{2}O + O_{2}\uparrow$）。
项目活动二【反思评价】：
(1) 催化剂的定义是能改变化学反应速率，且反应前后自身的质量和化学性质均不变。该实验仅验证了B剂可加快反应速率、反应后质量不变，未验证B剂的化学性质在反应前后是否改变，不符合催化剂的完整定义，因此无法直接得出B剂起催化作用的结论。
(2) 由查阅资料可知，过碳酸钠溶于水会分解，因此制氧剂需密封、干燥、阴凉处存放，防止受潮或遇热分解。
项目活动三【交流探讨】：
(1) 化学制氧器的反应仓是固体（B剂）与液体（水，过碳酸钠溶于水）反应，无需加热，与实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的发生装置类似；加入A、B剂时需考虑的因素如控制试剂加入的先后顺序、保证装置气密性良好等。
(2) 反应仓产生的氧气通过加湿过滤仓（水），类似实验室制取氧气的排水集气法，排水法也是利用气体通过水进行收集或处理。
(3) 加湿过滤仓除加湿外，还可通过观察气泡速率判断氧气的生成快慢（或除去氧气中的可溶性杂质、判断氧气是否正常导出等）。
【答案】
项目活动一：$2KMnO_{4}\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow$（或$2KClO_{3}\stackrel{MnO_{2}、\Delta}{=\!=\!=}2KCl + 3O_{2}\uparrow$ 或 $2H_{2}O_{2}\stackrel{MnO_{2}}{=\!=\!=}2H_{2}O + O_{2}\uparrow$）
项目活动二【反思评价】：
(1) 该实验仅验证了B剂可以改变反应速率、反应前后B剂质量不变，没有验证B剂的化学性质在反应前后是否没有发生改变，不符合催化剂的定义，无法直接得出B剂起催化作用的结论
(2) 密封、干燥、阴凉处（防潮避热）
项目活动三【交流探讨】：
(1) 过氧化氢溶液和二氧化锰；控制试剂加入的先后顺序（或控制试剂加入的用量、保证装置气密性良好等合理答案均可）
(2) 排水集气法
(3) 观察氧气的生成速率（或除去氧气中混有的可溶性杂质、判断氧气是否正常导出、平稳氧气气流等合理答案均可）
【知识点】
实验室制氧气原理、催化剂的定义、气体制备装置
【点评】
本题结合生活中的化学制氧器，将实验室制氧气的基础知识点与实际应用结合，既考查了反应原理、催化剂概念等核心知识，又要求学生具备类比分析能力，注重实验探究的严谨性，是一道联系实际的实验类题目。
【难度系数】
0.6
