2.【基础实验与跨学科实践活动】
（1）实验室制取$\ce{O_{2}}$及相关探究

①图1中仪器a的名称是。
②用高锰酸钾制取$\ce{O_{2}}$应选择的发生装置是（填“A”或“B”），用该方法制取$\ce{O_{2}}$的化学方程式为。
③用塑料瓶收集一瓶$\ce{O_{2}}$并借助氧气传感器进行相关探究，通过数据处理软件实时绘制出$\ce{O_{2}}$体积分数随时间变化的曲线，如图2所示。

步骤一：将塑料瓶敞口放置，此时曲线变化为$MN$段；
步骤二：双手焐热塑料瓶，此时曲线变化为$NP$段；
步骤三：将塑料瓶的瓶口朝下，此时曲线变化为$PQ$段。
对比$MN$段与$NP$段，说明（从分子角度解释）。
对比段和$PQ$段，说明氧气的密度大于空气的密度。
（2）制作简易供氧器
①如图3所示的1.0版，利用饮料瓶、吸管等废旧物品制作简易供氧器。通过观察洗气装置中，可判断氧气的流速。
②在简易供氧器的基础上进行如图3所示的迭代优化。从使用角度考虑，优化后供氧器的优点有（写一点）。

2.（1）①长颈漏斗
②A $\ce{2KMnO_{4} \xlongequal{\Delta} K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$
③温度越高，分子运动得越快 MN
（2）①产生气泡的快慢
②导管少、气密性更好（或反应装置和洗气装置一体化，更加轻便，方便携带；或反应后生成的氧气可以及时进入洗气装置，缩短了输出氧气的时间，答案合理即可）

【分析】
本题为基础实验与跨学科实践类题目，需结合初中化学实验仪器、氧气制取原理、分子性质、实验装置特点等知识逐步分析：
1. 仪器名称：回忆初中化学常见实验仪器，识别图中仪器a的名称；
2. 高锰酸钾制氧的发生装置与化学方程式：高锰酸钾为固体，反应需要加热，据此选择发生装置，再根据分解反应规律书写化学方程式；
3. 分子性质与氧气密度的探究：对比MN（常温敞口）和NP（焐热升温）段，从分子运动速率随温度变化的角度解释；要证明氧气密度大于空气，需对比正常放置与瓶口朝下时氧气体积分数的变化；
4. 简易供氧器的原理与优化：洗气装置中气泡快慢反映氧气流速，优化装置的优点从使用便利性、气密性等角度分析。
【解析】
（1）① 实验室中，图1里的仪器a是用于添加液体药品的长颈漏斗，故填长颈漏斗。
② 高锰酸钾制取氧气时，反应物为固体，反应条件需要加热，因此选择固体加热型发生装置A；该反应的化学方程式为$\ce{2KMnO_{4} \xlongequal{\Delta} K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$。
③ MN段是塑料瓶常温敞口放置，NP段是双手焐热（温度升高），对比两段曲线可知，温度越高，分子运动速率越快，氧气体积分数变化更明显，说明温度越高，分子运动得越快；要说明氧气密度大于空气，需对比正常放置的MN段和瓶口朝下的PQ段，因为氧气密度大于空气，瓶口朝下时氧气易逸出，体积分数下降更显著，故填MN。
（2）① 简易供氧器的洗气装置中，通过观察产生气泡的快慢，可判断氧气的流速，气泡越快则氧气流速越快，故填产生气泡的快慢。
② 优化后的供氧器优点：反应装置和洗气装置一体化，更加轻便，方便携带（或气密性更好、生成的氧气能及时进入洗气装置等，合理即可）。
【答案】
2.（1）①长颈漏斗
②A $\ce{2KMnO_{4} \xlongequal{\Delta} K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$
③温度越高，分子运动得越快 MN
（2）①产生气泡的快慢
②导管少、气密性更好（或反应装置和洗气装置一体化，更加轻便，方便携带；或反应后生成的氧气可以及时进入洗气装置，缩短了输出氧气的时间，答案合理即可）
【知识点】
常见实验仪器识别、氧气的实验室制取、分子的性质
【点评】
本题结合基础实验与跨学科实践，考查氧气制取的核心实验知识、分子的性质及实验装置的优化应用，注重基础与实践的结合，能有效巩固学生的实验相关知识点，难度适中。
【难度系数】
0.6

3. 兴趣小组开展“自制简易家庭制氧机”的跨学科实践活动。
活动一：探秘制氧原理
目前市场上常见的家用制氧机的工作原理有两种：分子筛制氧法和化学试剂法。
（1）分子筛制氧法以空气为原料，当空气经过分子筛时，氮气和氧气分离，获得高浓度的氧气。其微观示意图如图1（见下页）所示，则该制氧机制得的氧气属于（填“纯净物”或“混合物”）。

（2）市场上销售的家用化学试剂制氧机的主要原料一般是过氧化氢溶液或过碳酸钠固体[化学式为$2Na_2CO_3·3H_2O_2$，溶于水后能发生反应：$2(2Na_2CO_3·3H_2O_2)\stackrel{MnO_2}{=\!=\!=}4Na_2CO_3 + 6H_2O + 3O_2↑$，且该反应放热]。不采用高锰酸钾分解制氧气的原因可能是。
活动二：选择制氧试剂
【查阅资料】常温常压下产生150 mL氧气，以5%的过氧化氢溶液为制氧剂需要9.1 mL；以过碳酸钠为制氧剂需要1.41 g。
【进行实验】利用所示装置进行实验并记录0～20 min量筒中水的体积。

（3）检查图2装置的气密性时，先堵住末端导管口，将注射器活塞拉动到一定位置，松开手后，，说明装置不漏气。
（4）实验1中反应的化学方程式为。
（5）实验2中一定体积的水较合适的量是（填“1.41”或“9.1”）mL。
（6）依据所示的实验结果，小组同学决定选用过碳酸钠固体作为便携式制氧机的制氧剂，理由是：①过碳酸钠是固体，比过氧化氢溶液便于携带；②。

活动三：探秘“便携式制氧机”的制氧装置
同学们根据“便携式制氧机”的制氧原理和制氧试剂，设计了图4所示的制氧装置。制氧时，分别在反应装置和洗气装置中加入适量水，再在反应装置先后加入过碳酸钠和二氧化锰，观察到反应装置中有黑色粉末翻腾，液体变得浑浊，装置变得温热，洗气装置底部的导气管口有气泡冒出。
（7）设计的制氧装置必须具有良好的性。
（8）选择反应仓的仓体材料时，需要考虑的因素有（写一条）。

3.（1）混合物
（2）高锰酸钾分解制氧气需要加热，家庭使用不方便
（3）注射器活塞慢慢回到原位置
（4）$\ce{2H_{2}O_{2} \xlongequal{MnO_{2}} 2H_{2}O + O_{2}\uparrow}$
（5）9.1
（6）相同时间内，过碳酸钠生成的气体更多
（7）气密
（8）无毒环保（或能承受一定的气压和温度，答案合理即可）

【分析】
本题围绕自制简易家庭制氧机的跨学科实践展开，需结合物质分类、氧气制取原理、装置气密性检查、化学方程式书写、实验数据分析等知识点逐一解决问题：（1）分子筛制氧仅分离氮气和氧气，所得气体仍含其他杂质，据此判断类别；（2）对比高锰酸钾制氧的条件与家用需求分析原因；（3）依据装置气密性检查的气压差原理判断现象；（4）过氧化氢在二氧化锰催化下分解的反应方程式；（5）根据实验产氧需求选择对应溶液体积；（6）结合实验结果分析过碳酸钠的优势；（7）制氧装置需防止气体泄漏，故需气密性良好；（8）反应仓材料需考虑安全、耐温等因素。
【解析】
（1）分子筛制氧法分离氮气和氧气后，得到的高浓度氧气中仍含有少量其他气体，属于混合物；
（2）高锰酸钾分解制氧气需要加热，家庭使用时加热操作不便，因此不采用该方法；
（3）堵住末端导管口拉动注射器活塞，装置内气压减小，松开手后外界大气压会推动活塞，若注射器活塞慢慢回到原位置，说明装置不漏气；
（4）实验1中过氧化氢在二氧化锰催化作用下分解生成水和氧气，化学方程式为$\ce{2H_{2}O_{2} \xlongequal{MnO_{2}} 2H_{2}O + O_{2}\uparrow}$；
（5）实验需产生150 mL氧气，根据资料，常温常压下产生150 mL氧气需要5%的过氧化氢溶液9.1 mL，因此实验2中合适的水体积为9.1 mL；
（6）结合实验结果可知，相同时间内过碳酸钠生成的氧气更多，因此选用其作为制氧剂；
（7）制氧装置需防止氧气泄漏，故必须具有良好的气密性；
（8）反应仓材料需考虑无毒环保（或能承受反应产生的气压、温度等），合理即可。
【答案】
3.（1）混合物
（2）高锰酸钾分解制氧气需要加热，家庭使用不方便
（3）注射器活塞慢慢回到原位置
（4）$\ce{2H_{2}O_{2} \xlongequal{MnO_{2}} 2H_{2}O + O_{2}\uparrow}$
（5）9.1
（6）相同时间内，过碳酸钠生成的气体更多
（7）气密
（8）无毒环保（或能承受一定的气压和温度，答案合理即可）
【知识点】
物质分类、氧气制取、实验装置气密性
【点评】
本题以自制家庭制氧机为载体，结合跨学科实践，考查初中化学核心知识点，注重知识的实际应用与实验分析，引导学生关注化学与生活的联系，符合新课标要求。
【难度系数】
0.6