2026年课时练人民教育出版社九年级化学上册人教版增强版第93页答案
活动1 讨论哪些人群在哪些场景或地域会用到供氧器,相应的供氧器应具有怎样的特点。选择其中一种情况,通过讨论确定简易供氧器的设计和制作目标。
提示:(1)通过走访调查、网络查询等途径获取信息。
①医疗领域:主要用于医疗治疗,如心脑血管疾病,气体中毒等严重缺氧症状的治疗,缓解高原反应的症状。应用于中小型医院、诊所、卫生站等地方,要求供氧量大、气源稳定、浓度高、供氧快。
②保健领域:用于补氧,保护健康,适合于中老年人、体质差的人、孕妇、高考学生等轻度缺氧的人群,主要应用于疗养院、部分家庭、运动训练中心等使用氧气的场所。供氧量需求不大,浓度较低,连续供氧时间短,使用方便,成本低。
③特定环境下的需求:供氧器可以用于通风不良的公共场所,如封闭严密的汽车、空调房、地下商场、防空设施、高原军事站等场所,以及在某些特殊条件下(如高原地区)对氧气有特别需求的场所。主要为弥漫式供氧,需求量大,浓度较低。
(2)请根据身边的材料进行简易供氧器的设计。综合考虑使用人群、材料易得、便于组装、经济成本低等因素。

答案

解:
选择保健领域面向居家轻度缺氧人群的简易供氧器作为设计制作对象:
1. 对应适用场景与供氧器特点
适用人群为居家的中老年人、体质偏弱人群、需日常补氧的孕妇,使用场景为普通居家环境,该供氧器需满足供氧量需求适中、操作简便、材料易得、组装便捷、成本低廉、使用安全的特点。
2. 具体设计制作目标
(1) 选材目标:全部选用生活中常见的矿泉水塑料瓶、带孔橡胶塞、塑料软管、小型塑料瓶作为组装构件,制氧反应物选用九年级化学所学的医用过氧化氢溶液和二氧化锰,无需特殊专业配件,材料总成本低于10元。
(2) 结构设计目标:装置分为两个密闭腔室,第一腔为反应腔,用于盛放二氧化锰,可通过预留的加液口添加过氧化氢溶液产生氧气;第二腔为洗气腔,腔内盛放蒸馏水,生成的氧气通入水中润湿后再导出,既可以观察氧气生成速率,也能让输出的氧气湿润适宜人体呼吸。
(3) 使用性能目标:装置组装步骤不超过3步,操作简单无需专业培训,单次添加药品可平稳供氧10~15分钟,氧气输出流速均匀,无高压、泄漏风险,完全满足家庭日常轻度补氧的保健需求。

解析

【分析】
首先需从题目给出的医疗、保健、特定环境三类供氧场景中,选择适合简易制作的场景,优先选取材料易得、操作简单的居家保健类场景;再对应该场景的供氧特点,结合九年级化学所学的过氧化氢制氧气知识,确定简易供氧器的选材、结构、使用性能等设计目标,确保符合简易、低成本、易操作的要求。
【解析】
选择保健领域面向居家轻度缺氧人群的简易供氧器作为设计制作对象:
1. 对应适用场景与供氧器特点:适用人群为居家的中老年人、体质偏弱人群、需日常补氧的孕妇,使用场景为普通居家环境,该供氧器需满足供氧量需求适中、操作简便、材料易得、组装便捷、成本低廉、使用安全的特点。
2. 具体设计制作目标:
(1) 选材目标:全部选用生活中常见的矿泉水塑料瓶、带孔橡胶塞、塑料软管、小型塑料瓶作为组装构件,制氧反应物选用九年级化学所学的医用过氧化氢溶液和二氧化锰,无需特殊专业配件,材料总成本低于10元。
(2) 结构设计目标:装置分为两个密闭腔室,第一腔为反应腔,用于盛放二氧化锰,可通过预留的加液口添加过氧化氢溶液产生氧气;第二腔为洗气腔,腔内盛放蒸馏水,生成的氧气通入水中润湿后再导出,既可以观察氧气生成速率,也能让输出的氧气湿润适宜人体呼吸。
(3) 使用性能目标:装置组装步骤不超过3步,操作简单无需专业培训,单次添加药品可平稳供氧10~15分钟,氧气输出流速均匀,无高压、泄漏风险,完全满足家庭日常轻度补氧的保健需求。
【答案】
解:选择保健领域面向居家轻度缺氧人群的简易供氧器作为设计制作对象:
1. 对应适用场景与供氧器特点
适用人群为居家的中老年人、体质偏弱人群、需日常补氧的孕妇,使用场景为普通居家环境,该供氧器需满足供氧量需求适中、操作简便、材料易得、组装便捷、成本低廉、使用安全的特点。
2. 具体设计制作目标
(1) 选材目标:全部选用生活中常见的矿泉水塑料瓶、带孔橡胶塞、塑料软管、小型塑料瓶作为组装构件,制氧反应物选用九年级化学所学的医用过氧化氢溶液和二氧化锰,无需特殊专业配件,材料总成本低于10元。
(2) 结构设计目标:装置分为两个密闭腔室,第一腔为反应腔,用于盛放二氧化锰,可通过预留的加液口添加过氧化氢溶液产生氧气;第二腔为洗气腔,腔内盛放蒸馏水,生成的氧气通入水中润湿后再导出,既可以观察氧气生成速率,也能让输出的氧气湿润适宜人体呼吸。
(3) 使用性能目标:装置组装步骤不超过3步,操作简单无需专业培训,单次添加药品可平稳供氧10~15分钟,氧气输出流速均匀,无高压、泄漏风险,完全满足家庭日常轻度补氧的保健需求。
【知识点】
化学实验设计、氧气制取、简易装置制作
【点评】
本题结合生活实际,将化学知识应用于简易供氧器的设计,引导学生关注身边的化学应用,培养实践能力,符合初中化学实践类题目的考查方向,难度适中。
【难度系数】
0.6
活动3 根据使用要求和已有条件,选择合适的制氧原理,设计供氧器的组成和结构,绘制设计图,通过计算确定相关试剂的用量,制作简易供氧器。
设计和制作简易供氧器(示例)
| 项目 | 制作简易供氧器过程 | 要求 |
| --- | --- | --- |
| 材料 | 矿泉水瓶、吸管、25%过氧化氢溶液、二氧化锰、小刀、剪刀、热熔胶、勺子等 | 1.以小组为单位开展设计,做好组内分工。
2.可以在简图旁添加一定的注释。
3.设计初稿15分钟完成,使用步骤和注意事项可以直接口述。
4.按小组顺序,派一位代表上台汇报。汇报包括以下内容:装置选材介绍、装置结构的说明、使用步骤、注意事项、装置的优点和下一步的调整思路等 |
| 装置图 | (加湿过滤仓 反应仓) | 同上要求 |
| 使用步骤 | 1.制作供氧器:按照设计图打孔,用吸管连接两个矿泉水瓶,连接处用热熔胶固定,保证装置气密性良好。
2.添加试剂:在反应仓矿泉水瓶中先加入二氧化锰,再加适量过氧化氢溶液。迅速拧紧瓶盖,观察加湿过滤仓中的气泡。另一个矿泉水瓶用来接收从第一个瓶中产生的气体。
3.测试供氧器:观察到气泡连续均匀冒出时,收集气体后用带火星的木条检验,气体能使带火星的木条复燃,说明供氧器能够正常工作 | 同上要求 |
| 注意事项 | 1.使用前先进行装置气密性检查。
2.记录使用试剂的质量与供气的时间 | 同上要求 |
活动4 对产品进行试验,了解其供氧效果,并对试验结果进行分析,从工程技术角度进一步优化产品,编写自制供氧器的使用说明书。
产品优化建议:
(1)需求分析准确:对目标用户群体的需求进行分析。例如,可以选择居家老年人为目标用户。老年人通常需要额外的氧气来保健或居家治疗。
(2)设计方案可行:根据需求分析的结果,确定设计的简易供氧器应该具有便携性、经济实惠性和易于操作性。便携性是为了便于用户随身携带并在需要时随时使用;经济实惠性则是为了使更多人能够负担得起;易于操作性则是为了让用户在不需要专业人员指导下就能操作。
(3)材料和工具易得:需要准备的原料和工具包括氧气制取装置、氧气导管、面罩、过滤器和消毒设备,还有化学反应材料等。
安全提示:这种简易供氧器可以在紧急情况下提供帮助,但并不能替代专业的医疗设备。如果有人需要使用此类设备,应当立即寻求医疗专业人士的帮助。
【展示与交流】
展示自制供氧器,介绍产品的工作原理、制作方法和供氧效果等。与同学交流和相互评价,分享活动收获和体会。
评价标准(建议):
1.设计科学性:简易供氧器的发生装置、加湿装置和连接装置是否科学。
2.装置便捷性:简易供氧器整体是否方便携带。
3.使用方便性:简易供氧器操作是否简单易用。
4.外观美观性:简易供氧器的设计是否美观实用。
5.材料经济性:简易供氧器装置和试剂是否经济。
6.展示条理性:小组代表的讲解内容是否全面,条理是否清晰。

答案

解:
设定供氧目标:制取3.2g氧气(标准状况下约2.24L,可满足短时间应急供氧需求),计算所需25%过氧化氢溶液的质量。
设需要纯过氧化氢的质量为x
$\ce{2H_{2}O_{2}\xlongequal{MnO_{2}} 2H_{2}O + O_{2}\uparrow}$
$\begin{aligned}68&\phantom{=======}32\\x&\phantom{=======}3.2\ \mathrm{g}\end{aligned}$
$\dfrac{68}{32}=\dfrac{x}{3.2\ \mathrm{g}}$
解得:$x=6.8\ \mathrm{g}$
所需25%过氧化氢溶液的质量为:$\dfrac{6.8\ \mathrm{g}}{25\%}=27.2\ \mathrm{g}$
二氧化锰为该反应的催化剂,取用0.5g即可保证反应速率平稳,满足供氧要求。
供氧器设计说明:
1. 装置组成:两个矿泉水瓶分别作为反应仓、加湿过滤仓,通过塑料吸管连接,反应仓用于盛放过氧化氢溶液和二氧化锰生成氧气,加湿过滤仓内盛水,可通过观察气泡速率判断供氧速度,同时对氧气进行加湿。
2. 使用步骤:
(1) 组装装置后检查气密性:将出气导管末端浸入水中,轻捏两个瓶身,导管口有气泡冒出,松手后导管内形成一段稳定水柱,证明气密性良好。
(2) 向反应仓中加入称好的0.5g二氧化锰,向加湿过滤仓中加入约半瓶蒸馏水。
(3) 将27.2g 25%过氧化氢溶液加入反应仓,立即拧紧瓶塞。
(4) 待加湿过滤仓中气泡连续均匀冒出后,导出的氧气即可供使用。
3. 注意事项:
(1) 过氧化氢溶液有腐蚀性,操作时避免接触皮肤。
(2) 该装置仅可作应急供氧使用,不能替代专业医疗供氧设备,有医疗需求需及时寻求专业人员帮助。
答:制取3.2g氧气需要25%的过氧化氢溶液27.2g,二氧化锰约0.5g,按照上述设计即可制作得到符合要求的简易供氧器。

解析

【分析】
本题是结合化学知识与工程实践的综合题,核心是利用过氧化氢分解制氧气的反应设计简易供氧器。解题思路为:①确定制氧原理:过氧化氢在二氧化锰催化下分解生成水和氧气;②根据目标供氧质量,通过化学方程式计算所需纯过氧化氢的质量,再换算为25%过氧化氢溶液的质量;③设计装置结构:分为反应仓(装药品)和加湿过滤仓(加湿氧气),保证装置气密性;④明确使用步骤、注意事项及安全要求,完成供氧器的设计与制作。
【解析】
解:设定制取3.2g氧气(短时间应急供氧),计算所需试剂质量:
设需要纯过氧化氢的质量为x,反应方程式为:$\ce{2H_{2}O_{2}\xlongequal{MnO_{2}} 2H_{2}O + O_{2}\uparrow}$
各物质的质量关系:$\begin{aligned}68&\phantom{=======}32\\x&\phantom{=======}3.2\ \mathrm{g}\end{aligned}$
根据比例式:$\dfrac{68}{32}=\dfrac{x}{3.2\ \mathrm{g}}$,解得$x=6.8\ \mathrm{g}$
所需25%过氧化氢溶液的质量为:$\dfrac{6.8\ \mathrm{g}}{25\%}=27.2\ \mathrm{g}$
二氧化锰作为催化剂,取用0.5g即可保证反应平稳。
装置设计:用两个矿泉水瓶分别作反应仓、加湿过滤仓,吸管连接,热熔胶密封保证气密性;使用时先检查气密性,再依次加入药品,待气泡均匀后使用;注意过氧化氢的腐蚀性,该装置仅作应急供氧,不能替代医疗设备。
【答案】制取3.2g氧气需要25%过氧化氢溶液27.2g,二氧化锰约0.5g,装置按反应仓、加湿过滤仓设计,操作符合规范,注意安全即可完成简易供氧器制作。
【知识点】根据化学方程式计算、氧气的制取、实验装置设计
【点评】本题将化学计算与实际工程设计结合,既考查了化学方程式计算的应用,又锻炼了学生的实践设计能力,贴近生活实际,体现化学的实用性,是一道综合性较强的实践类题目。
【难度系数】0.5