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【跨学科实践】兴趣小组对缺氧环境中使用的“化学氧自救呼吸器”开展跨学科实践活动。
任务一：了解制氧原理
【查阅资料】“化学氧自救呼吸器”的制氧剂主要有两类，一类主要成分为氯酸钠(NaClO₃)，另一类主要成分为黄色的超氧化钾(KO₂)，利用超氧化钾和人体呼出气体中的H₂O、CO₂反应生成O₂和白色固体，其化学方程式分别为：$4KO_2+2H_2O=4KOH+3O_2↑$；$4KO_2+2CO_2=2X+3O_2$，制氧剂中其他成分不能生成氧气。
(1)氯酸钠在加热条件下生成氧气和氯化钠的化学方程式为
(2)固体X的化学式为
(3)同学们经过讨论决定采用超氧化钾作为自制“化学氧自救呼吸器”的制氧剂，相比于氯酸钠，其主要优势是
任务二：制作供氧装置
(4)图1为同学们设计的初代产品及其内部气流途径示意图。
①自救呼吸器使用时，需用鼻夹夹住鼻子，用嘴咬合呼吸软管进行呼吸。随着呼吸的进行，气囊中的气体分子个数
②使用一段时间后，观察到制氧罐中的固体
③若要制得96 g氧气，理论上需要含超氧化钾80%的制氧剂的质量是多少？(写出计算过程)
(5)当装置气囊处于饱和后就需要将过剩的氧气排出系统。图2为同学们的二代产品设计图。自救器中放氧量与时间的关系曲线如图3所示，图中L线以上部分为排气时间段，表明气囊内气体压力超过排气阀的临界值。L-M线之间表示自救器的正常工作阶段。M线以下表示氧气不足，难以维持人体正常呼吸。
①气囊上的排气阀第一次开启时间是
②该自救器使用35 min后，应注意的事项是
任务一：了解制氧原理
【查阅资料】“化学氧自救呼吸器”的制氧剂主要有两类，一类主要成分为氯酸钠(NaClO₃)，另一类主要成分为黄色的超氧化钾(KO₂)，利用超氧化钾和人体呼出气体中的H₂O、CO₂反应生成O₂和白色固体，其化学方程式分别为：$4KO_2+2H_2O=4KOH+3O_2↑$；$4KO_2+2CO_2=2X+3O_2$，制氧剂中其他成分不能生成氧气。
(1)氯酸钠在加热条件下生成氧气和氯化钠的化学方程式为
$\ce{2NaClO_{3}\xlongequal{\Delta} 2NaCl + 3O_{2}↑}$
。(2)固体X的化学式为
$\ce{K_{2}CO_{3}}$
。(3)同学们经过讨论决定采用超氧化钾作为自制“化学氧自救呼吸器”的制氧剂，相比于氯酸钠，其主要优势是
无需加热，能直接与人体呼出的水、二氧化碳反应生成氧气，使用更便捷、安全
。任务二：制作供氧装置
(4)图1为同学们设计的初代产品及其内部气流途径示意图。
①自救呼吸器使用时，需用鼻夹夹住鼻子，用嘴咬合呼吸软管进行呼吸。随着呼吸的进行，气囊中的气体分子个数
增加
(填“增加”“减少”或“不变”)。②使用一段时间后，观察到制氧罐中的固体
由黄色完全变为白色
现象时，说明制氧剂已基本失效。③若要制得96 g氧气，理论上需要含超氧化钾80%的制氧剂的质量是多少？(写出计算过程)
(5)当装置气囊处于饱和后就需要将过剩的氧气排出系统。图2为同学们的二代产品设计图。自救器中放氧量与时间的关系曲线如图3所示，图中L线以上部分为排气时间段，表明气囊内气体压力超过排气阀的临界值。L-M线之间表示自救器的正常工作阶段。M线以下表示氧气不足，难以维持人体正常呼吸。
①气囊上的排气阀第一次开启时间是
10
(填“5”“10”或“25”)min左右。②该自救器使用35 min后，应注意的事项是
及时更换制氧剂
(写一条)。答案
(1) $\ce{2NaClO_{3}\xlongequal{\Delta} 2NaCl + 3O_{2}↑}$
(2) $\ce{K_{2}CO_{3}}$
(3) 无需加热，能直接与人体呼出的水、二氧化碳反应生成氧气，使用更便捷、安全
(4) ① 增加 ② 由黄色完全变为白色
③ 解：设理论上需要含超氧化钾80%的制氧剂的质量为x。
$\ce{4KO_{2} + 2CO_{2} = 2K_{2}CO_{3} + 3O_{2}}$
284 96
$x×80\%$ 96 g
$\frac{284}{96}=\frac{x×80\%}{96\ \mathrm{g}}$ $x=\frac{284×96\ \mathrm{g}}{96×80\%}=355\ \mathrm{g}$
答：若要制得96 g氧气，理论上需要含超氧化钾80%的制氧剂的质量是355 g。
(5) ① 10 ② 及时更换制氧剂
(2) $\ce{K_{2}CO_{3}}$
(3) 无需加热，能直接与人体呼出的水、二氧化碳反应生成氧气，使用更便捷、安全
(4) ① 增加 ② 由黄色完全变为白色
③ 解：设理论上需要含超氧化钾80%的制氧剂的质量为x。
$\ce{4KO_{2} + 2CO_{2} = 2K_{2}CO_{3} + 3O_{2}}$
284 96
$x×80\%$ 96 g
$\frac{284}{96}=\frac{x×80\%}{96\ \mathrm{g}}$ $x=\frac{284×96\ \mathrm{g}}{96×80\%}=355\ \mathrm{g}$
答：若要制得96 g氧气，理论上需要含超氧化钾80%的制氧剂的质量是355 g。
(5) ① 10 ② 及时更换制氧剂
解析
【分析】
本题围绕“化学氧自救呼吸器”展开，需结合化学方程式书写、质量守恒定律、化学计算及图像分析等知识解题：
1. 对于化学方程式书写，需明确反应物、生成物及反应条件，再配平；
2. 求未知化学式时，利用质量守恒定律，反应前后原子种类、数目不变推导；
3. 对比制氧剂优势，从反应条件、使用便捷性等角度分析；
4. 关于气囊气体分子数，制氧剂持续产生氧气，分子数会增加；制氧剂失效可通过颜色变化判断；化学计算需根据反应中物质质量比列比例式求解；
5. 分析图像时，需结合L线（排气临界值）、M线（氧气不足临界值）的含义，判断排气时间及后续操作。
【解析】
(1) 氯酸钠在加热条件下分解生成氯化钠和氧气，配平后化学方程式为：$\ce{2NaClO_{3}\xlongequal{\Delta} 2NaCl + 3O_{2}↑}$。
(2) 根据质量守恒定律，反应$\ce{4KO_{2} + 2CO_{2} = 2X + 3O_{2}}$中，反应前K原子4个、C原子2个、O原子12个；反应后已有O原子6个，故2X中含K原子4个、C原子2个、O原子6个，即X为$\ce{K_{2}CO_{3}}$。
(3) 超氧化钾无需加热，可直接与人体呼出的$\ce{H_{2}O}$、$\ce{CO_{2}}$反应生成氧气，相比需要加热的氯酸钠，使用更便捷、安全。
(4) ① 制氧剂持续产生氧气，气囊内气体增多，故气体分子个数增加；② 超氧化钾为黄色，反应后生成白色固体，当制氧罐中固体由黄色完全变为白色时，制氧剂基本失效；③ 计算过程：
设需要含超氧化钾80%的制氧剂质量为$x$。
$\ce{4KO_{2} + 2CO_{2} = 2K_{2}CO_{3} + 3O_{2}}$
相对质量：$4×71=284$，$3×32=96$
实际质量：$80\%x$，$96\ \mathrm{g}$
列比例式：$\frac{284}{96}=\frac{80\%x}{96\ \mathrm{g}}$，解得$x=355\ \mathrm{g}$。
(5) ① 图3中L线为排气临界值（5L），曲线在10min左右超过L线，故排气阀第一次开启时间为10min；② 35min后放氧量接近M线（氧气不足临界值），难以维持呼吸，应及时更换制氧剂。
【答案】
(1) $\ce{2NaClO_{3}\xlongequal{\Delta} 2NaCl + 3O_{2}↑}$
(2) $\ce{K_{2}CO_{3}}$
(3) 无需加热，能直接与人体呼出的水、二氧化碳反应生成氧气，使用更便捷、安全
(4) ① 增加；② 由黄色完全变为白色；③ 355 g（计算过程见解析）
(5) ① 10；② 及时更换制氧剂
【知识点】
化学方程式书写、质量守恒定律应用、根据化学方程式计算
【点评】
本题为跨学科实践题，将化学知识与实际生活中的供氧装置结合，既考查了化学核心知识（方程式、守恒、计算），又要求学生结合装置和图像分析实际问题，体现了化学的实用性。
【难度系数】
0.5
本题围绕“化学氧自救呼吸器”展开，需结合化学方程式书写、质量守恒定律、化学计算及图像分析等知识解题：
1. 对于化学方程式书写，需明确反应物、生成物及反应条件，再配平；
2. 求未知化学式时，利用质量守恒定律，反应前后原子种类、数目不变推导；
3. 对比制氧剂优势，从反应条件、使用便捷性等角度分析；
4. 关于气囊气体分子数，制氧剂持续产生氧气，分子数会增加；制氧剂失效可通过颜色变化判断；化学计算需根据反应中物质质量比列比例式求解；
5. 分析图像时，需结合L线（排气临界值）、M线（氧气不足临界值）的含义，判断排气时间及后续操作。
【解析】
(1) 氯酸钠在加热条件下分解生成氯化钠和氧气，配平后化学方程式为：$\ce{2NaClO_{3}\xlongequal{\Delta} 2NaCl + 3O_{2}↑}$。
(2) 根据质量守恒定律，反应$\ce{4KO_{2} + 2CO_{2} = 2X + 3O_{2}}$中，反应前K原子4个、C原子2个、O原子12个；反应后已有O原子6个，故2X中含K原子4个、C原子2个、O原子6个，即X为$\ce{K_{2}CO_{3}}$。
(3) 超氧化钾无需加热，可直接与人体呼出的$\ce{H_{2}O}$、$\ce{CO_{2}}$反应生成氧气，相比需要加热的氯酸钠，使用更便捷、安全。
(4) ① 制氧剂持续产生氧气，气囊内气体增多，故气体分子个数增加；② 超氧化钾为黄色，反应后生成白色固体，当制氧罐中固体由黄色完全变为白色时，制氧剂基本失效；③ 计算过程：
设需要含超氧化钾80%的制氧剂质量为$x$。
$\ce{4KO_{2} + 2CO_{2} = 2K_{2}CO_{3} + 3O_{2}}$
相对质量：$4×71=284$，$3×32=96$
实际质量：$80\%x$，$96\ \mathrm{g}$
列比例式：$\frac{284}{96}=\frac{80\%x}{96\ \mathrm{g}}$，解得$x=355\ \mathrm{g}$。
(5) ① 图3中L线为排气临界值（5L），曲线在10min左右超过L线，故排气阀第一次开启时间为10min；② 35min后放氧量接近M线（氧气不足临界值），难以维持呼吸，应及时更换制氧剂。
【答案】
(1) $\ce{2NaClO_{3}\xlongequal{\Delta} 2NaCl + 3O_{2}↑}$
(2) $\ce{K_{2}CO_{3}}$
(3) 无需加热，能直接与人体呼出的水、二氧化碳反应生成氧气，使用更便捷、安全
(4) ① 增加；② 由黄色完全变为白色；③ 355 g（计算过程见解析）
(5) ① 10；② 及时更换制氧剂
【知识点】
化学方程式书写、质量守恒定律应用、根据化学方程式计算
【点评】
本题为跨学科实践题，将化学知识与实际生活中的供氧装置结合，既考查了化学核心知识（方程式、守恒、计算），又要求学生结合装置和图像分析实际问题，体现了化学的实用性。
【难度系数】
0.5
