第五单元跨学科实践活动4基于特定需求设计和制作简易供氧器课件- 初中化学 人教版九年级上册

第五单元

化学反应的定量关系跨学科实践活动4

基于特定需求设计和制作简易供氧器授课老师：***学习目标13供氧器需求分析供氧器产品分类24供氧器的设计理念与理论基础设计与制作简易供氧器1.氧气的性质：①高锰酸钾

锰酸钾+二氧化锰+氧气②过氧化氢

水+氧气加热二氧化锰2.氧气的实验室制取原理无色、无味的气体，密度比空气略大，不易溶于水。能支持燃烧，支持呼吸作用。课前检测1.老年人：特别是65岁以上的老人，由于肺功能逐渐减弱，正常吸入的氧气可能不足以满足身体各个器官的消耗，因此容易出现缺氧情况。供氧器可以为他们提供必要的氧气支持，改善身体状况。2.呼吸系统疾病患者：如患有慢性阻塞性肺疾病（COPD）、哮喘等呼吸系统疾病的人群，他们的呼吸系统功能受损，导致氧气摄入不足。供氧器可以帮助他们缓解缺氧症状，提高生活质量。3.心血管疾病患者：合理的氧气吸入可以提高动脉血氧分压和动脉血氧饱和度，增加动脉血氧含量，纠正各种原因造成的缺氧状态，对心血管疾病患者有益。供氧器的使用人群环境缺氧人群

在高原、高山等空气稀薄地区，以及矿井、钢厂、化工厂等特定工作场所工作的人群，由于环境缺氧，需要使用供氧器来补充氧气孕妇

有些孕妇在怀孕期间身体缺氧，适当补充氧气有利于胎儿发育，并能有效预防羊水栓塞等风险用脑较多人群

如学习压力大的学生、科研工作者、白领等，长时间用脑可能导致大脑缺氧，适当使用供氧器有助于缓解疲劳，提高工作效率。供养器的使用人群在医院中，供氧器是不可或缺的医疗设备。它广泛应用于手术室、重症监护室、普通病房等场景，为需要氧气支持的患者提供稳定的氧气供应。在手术过程中，呼吸机需要持续供氧来维持患者的生命体征稳定；在重症监护室中，患者通常需要接受各种抢救治疗，如心肺复苏、急救手术等，这些治疗都需要供氧器的支持。医疗场景对于有慢性疾病或需要长期氧疗的患者来说，家庭供氧器是必不可少的。它可以帮助患者在家中进行氧疗，提高生活质量，减轻家庭负担。家庭护理供氧器的使用场景在高原、高山等空气稀薄地区进行户外探险或旅行时，携带供氧器可以有效预防高原反应和其他缺氧症状。户外探险和旅行在矿井、钢厂、化工厂等工业场所，员工可能暴露于有害气体中或处于缺氧状态，供氧器是保障他们生命安全的重要设备。工业场所供氧器的使用场景供养器特点01高效供氧02便携性03安全性04操作简单05耐用性06易于维护和清洁制作简易供氧器应具备的特点按供氧原理分类液态供氧器：这类供氧器一般使用液氧作为氧气来源，将液氧加压并通过蒸发器转化为气态氧气。它适用于长时间、大流量的氧气需求，如在重症监护室或手术室使用。分子筛式制氧机：这是一种通过分子筛技术将空气中的氧气和氮气进行分离的制氧设备。分子筛是一种带有多种直径小孔的颗粒物，能够根据空气中分子的大小来选择哪些气体物质可以通过。这类制氧机具有体积小、重量轻、操作简单、使用方便等优点，是目前家用和医疗领域常见的供氧设备之一。化学药剂制氧机：这类制氧机采用特定的药剂配方，在特定的场合下使用。由于设备简陋、操作复杂等缺点，一般不适用于家庭氧疗。供氧器的产品分类按动力来源分类1.气动供氧器：通常采用气动驱动泵或压缩机来加压提供气氧混合物。它具有气源质量稳定、噪声小、便携等特点，被广泛应用于医院、急救车、家庭护理等场合。2.电动供氧器：采用电动泵或压缩机来加压氧气。具有自动化、便携等特点，常被用于支持长期的家庭护理。供氧器的产品分类按使用场景分类1.医用供氧器：专门用于给病人供氧的医疗设备，如氧气面罩、鼻导管、氧气头带等。它通过调节氧气浓度和流量来满足不同病情和需求的患者。广泛应用于医院、急救车和家庭护理等场所。2.家用制氧机：专为家庭用户设计的制氧设备，便于在家中进行氧疗。通常具有智能控制系统，能够根据用户的呼吸需求自动调节氧气输出。3.移动式供氧系统：便携式氧气瓶、小型制氧机、车载式供氧系统等。具有灵活性强、便于携带等优点，适用于户外探险、旅行或紧急救援等场景。供氧器的产品分类按供氧方式分类1.连续供氧器：能够持续不断地为患者提供氧气支持。适用于需要长时间氧疗的患者。2.按需供氧器：根据患者的呼吸需求自动调节氧气输出。能够更精确地满足患者的氧疗需求，同时避免不必要的氧气浪费。供氧器的产品分类

分子筛式制氧技术原理基于物理方法——变压吸附（PSA）技术。该技术利用分子筛对空气中氧气和氮气吸附能力的差异来分离氧气。原理及步骤：空气压缩：制氧机首先使用压缩机将空气压缩成高压气体，通常为大气压的2~3倍。冷凝分离：高压气体进入冷凝器，被冷却降温。在冷却过程中，大部分水蒸气和液态杂质会凝结成液态水，并与其他杂质一同被去除。吸附分离：冷却后的气体进入吸附剂床，通常使用称为分子筛的物质。分子筛有选择性地吸附氮气和其他杂质，而将纯氧分离出来。氧气输出：经过吸附分离后，纯氧被释放出来，并通过管道输送到用户所需的地方，如氧气面罩或氧气瓶。特点：制氧过程无需任何添加剂，常温下接通电源即可工作。制氧迅速，氧浓度高，通常可达93%±3%。整个过程为周期性地动态循环过程，分子筛本身并不消耗。安全性高，不存在高压易燃易爆等危险。基本原理介绍

2.化学反应制氧技术该类制氧机通常使用特定的化学药剂或材料，在特定条件下发生化学反应，从而释放出氧气。原理：利用化学药剂的氧化还原反应，通过控制反应条件（如温度、压力、催化剂等）来促使氧气的生成。特点：化学反应制氧机通常体积较小，便于携带和使用。制氧速度较快，但可能需要定期更换或补充化学药剂。产生的氧气纯度可能因化学反应条件和药剂质量而异。3.其他制氧原理电解水制氧、高分子富氧膜制氧等基本原理介绍认识供养器-便携式制氧器2Na2CO3·3H2O2==2Na2CO3+3H2O2H2O2MnO22H2O+O2↑。装置结构图制氧气原理认识供养器-便携式制氧器01向过滤加湿仓和反应仓中加清水至对应水位线02向反应仓中先加入制氧剂A（过碳酸钠），再加入制氧剂B（二氧化锰），反应迅速发生03盖好密封盖，保证装置气密性良好，扳正提手，插好吸氧管。当从观察窗中看到有连续均匀的气泡冒出时，即可开始吸氧04若反应仓内不再冒气泡，表示供氧完毕，打开密封盖，取出内桶，倒出残液，清洗干净。便携式制氧器操作步骤便携式制氧器操作视频

制氧原理收集方法仪器装置便携式供氧器过碳酸钠和过氧化氢分解不收集,用水润湿后直接使用固液常温型实验室制取氧气高锰酸钾或过氧化氢分解排水法或向上排空气法固体加热型或固液常温型便携式供氧器与实验室制取氧气对比分析其他供养器-氧烛其他供养器-分子筛制氧其他供养器-氢氧机设计以小组为单位合作完成建议供氧器的设计图的绘制展示以小组为单位进行展示和介绍制作按设计图制作简易供氧器试验各小组对自己所设计的产品进行试验，了解其供氧效果设计与制作1.如图所示是几种实验室制取气体的发生装置和收集装置，请回答下列问题。（1）指出图中标有数字的仪器名称:①________②________。活动一了解实验室和工业制取和收集氧气的方法和原理铁架台集气瓶拓展训练（2）实验室用高锰酸钾制取氧气应选择的发生装置是_________(填字母），写出用此反应制取氧气的化学方程式:___________________（3）实验室还可以用装置A采用另一种方法制取氧气，该反应的化学方程式为____________________要想获得较干燥的氧气，应选择的收集装置是_______(填字母）,检验氧气已集满的方法是___________(4)实验室用过氧化氢制取氧气反应的化学方程式:________________，若选用装置F收集氧气，则气体应从__________(填“a”或“b”，下同）端进入，原因是____________________若将装置F内装满水，用排水法收集氧气，则气体应从__________端进入。AC或F将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，说明氧气已收集满（或将带火星的木条靠近b导笮口，若木条复燃，说明氧气已收集满)a氧气的密度比空气大b拓展训练(5)如图所示为工业制取氧气的部分流程示意图，请根据图示回答相关问题。①洁净的空气属于混合物________(填“混合物”或“纯净物”)，其中含量最多的物质是____(填化学式),②液态空气在空气分馏塔中蒸发可分离出氧气和氮气，原理是利用氮气和氧气的_____(填“密度”或“沸点”）不同而将氮气和氧气分离;③当打开一个装有液态空气的容器盖，并将一根燃着的木条置于容器口上方，观察到的现象是________混合物N2沸点木条熄灭拓展训练活动二设计和制作供氧器呼吸自救器是人在缺氧环境或出现高浓度有毒有害气体环境中使用的一种安全防护装置（也称为简易供氧机）。图中为某化学氧自救器的结构示意图，其供氧装置由“初期生氧器和“生氧罐”组成，同学们对其工作原理进行了如下探究:Ⅰ.探究“初期生氧器”【查阅资料1】①该化学氧自救器在工作初期，内部独立的“初期生氧器”首先启动，以解决初期供氧不足的问题。“初期生氧器”内有氯酸钾、二氧化锰、铁粉等成分;②Fe3O4能与硫酸反应，其反应化学方程式为Fe3O4+4H2SO4==Fe2(SO4)3,+FeSO4,+4H2O。拓展训练(1)“初期生氧器”主要依靠氯酸钾和二氧化锰制氧，其反应化学方程式为__________(2)小组成员为了解铁粉的作用展开了研究。【实验探究1】序号实验步骤实验现象实验结论①取“初期生氧器”充分反应后的物质于纸上，将磁铁靠近并接触粉末有黑色物质被磁铁吸引被吸引物质可能是Fe、Fe3O4或者两者都有②取①中被铁吸引到物质于试管中，向其中加入足量稀硫酸固体完全溶解，得到澄清的黄色溶液被吸引物质中一定含有_________(填化学式)Fe3O4拓展训练(3)“初期生氧器”中铁粉与氧气反应能____________放出大量的热,从而使氯酸钾的分解反应持续进行。Ⅱ.探究“生氧罐”【查阅资料2】该化学氧自救器主体是由“生氧罐”供氧，内部装有颗粒状超氧化钾(KO2)作为“制氧剂”，它与Na2O2相似，与人呼出气体中的H2O和CO2都能反应生成O2。【实验探究2】(4)试写出KO2与H2O、CO2分别反应生成O2的化学方程式:__________________________、____________________放出大量的热4KO2+2CO2==2K2CO3+3O24KO2+2H2O==4KOH+3O2拓展训练特定人群、环境对氧气的需求不同。如何基于特定需求设计和制作简易供氧器呢？在老师的指导下，同学们开展了下列活动。【界定任务】(1)小英同学认为，首先了解制作简易供氧器的供氧原理再确定制取装置。同学们一致认为制作简易供氧器还需要考虑物质变化、能量变化、反应速率、制得氧气的纯度、制氧剂的用量和配比等。根据__________________________确定发生装置，根据氧气的密度和溶解性等确定收集装置。反应物状态和反应条件【建构模型】老师提供了以下实验装置，同学们选择装置用过氧化氢分解和加热高锰酸钾的方法获得氧气。(2)仪器a的名称：__________；仪器b的名称：_________。(3)加热高锰酸钾制取氧气应选择的制取装置是_________________(填字母)，用过氧化氢制取氧气的化学方程式为___________________________。2H2O2====2H2O+O2

↑MnO2锥形瓶水槽A、C(或A、E)【模仿改造】化学制氧机(原理图见图2)利用过碳酸钠白色固体、二氧化锰黑色粉末产生氧气。过碳酸钠(Na2CO3·3H2O2)加水溶解会分解生成碳酸钠和过氧化氢。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。(4)加湿过滤仓不仅可以过滤杂质，还可以利用氧气______溶于水的性质，使氧气变得湿润；而且根据__________________来判断产生氧气的速率。(5)验证加湿过滤仓导出的气体是氧气的方法：________________________________________________。(6)制氧机内部气流采用高压进低压出(即产生的气体在高处聚集，经导管从低处进入加湿过滤仓)的方式，可能的原因有________________________________________。不易产生气泡的快慢将带火星的木条放在导管口,若木条复燃,则说明为氧气更利于气体排出，有利于提纯氧气(7)选择制作简易供氧器的反应原理时，不需要考虑的因素是_______(填字母)。A.原料是否价廉易得B.所制气体的性质C.反应速率是否适中D.制得气体是否纯净E.实验条件是否易于控制F