跨学科实践活动4 基于特定需求设计和制作简易供氧器 氧气是空气中的一种重要成分,是生物体呼吸不可或缺的物质,也是工业生产必备的原料,供氧器在生产、生活中扮演着重要的角色。在老师的指导下,同学们为设计和制作供氧器开展了项目化学习活动。 任务一:了解需求 【讨论交流】老人、小孩、孕妇适当吸氧能增强细胞代谢、改善肌肤;有呼吸疾病、亚健康的人吸氧可缓解疾病带来的伤痛,提高抵抗力,缓解疲劳;在室内,要求产品一体化,无需组装,加水后放入固体药剂即可;在室外要求 等。 任务二:了解制氧机的原理 【调查分析】家用制氧机的制氧原理从氧气来源不同可以分为三类:(1)分子筛制氧法是通过分子筛将空气中的氮气吸附,剩余气体经过净化处理后即可成为高纯度的氧气,此过程发生的变化为 (选填“物理变化”或“化学变化”)。 (2)以化学试剂为原料,通过化学反应制取氧气,如“氧立得”制氧机以水为原料,发生电解反应制取氧气,该反应的基本反应类型为 。 (3)化学制氧机制氧法使用的部分试剂资料如下: 制氧剂 资料 过氧化氢 液体,易分解,需低温避光保存,携带不便 过碳酸钠(2Na2CO3.3H2O2) 白色固体,在二氧化锰的催化下,在水中分解生成碳酸钠、水和氧气 高锰酸钾、氯酸钾 成本高、生成氧气速度快 过氧化钾(KO2) 可与水、二氧化碳反应生成氧气,产氧效率高 【反思交流】从质量守恒的角度分析,你认为作为制氧剂必须满足的条件是 ;从上述制氧剂中选择一种学过的物质,写出制氧过程中发生反应的化学方程式: 。 同学们对比后,选择了过碳酸钠固体作制氧剂,并用二氧化锰作催化剂。 任务三:探究制氧剂的制氧性 实践小组的同学对过氧化氢和过碳酸钠的制氧效率进行探究,用图1装置进行实验,并记录0~20 min内量筒中水的体积,绘制曲线如图2。 实验 锥形瓶中试剂 注射器中试剂 1 0.2 g二氧化锰 9.11 mL 5%过氧化氢溶液 2 1.41 g过碳酸钠和0.2 g二氧化锰 9.11 mL水 图1 图2 (1)图1装置中进入量筒中水的体积即为 的体积。 (2)根据图2分析,选择过碳酸钠作制氧剂的依据是 。 (3)某制氧机制氧说明(部分)见下表,其中A、B剂的成分是过碳酸钠或二氧化锰。 配方 A剂 B剂 平均供氧量 (mL/min) 供氧时 间(min) 配方一 1袋 1袋 ≥320 ≥15 配方二 2袋 1袋 ≥500 ≥25 配方三 3袋 2袋 ≥1000 ≥15 ①A剂的成分是 。 ②若突发缺氧性疾病,在呼叫救护的同时进行吸氧,应选择的最佳配方是 。 任务四:设计制作 【问题讨论】通过小组讨论,同学们一致认为制作简易供氧器需要考虑物质变化、能量变化、 、制得氧的纯度、制氧剂的用量和配比等。 【进行设计】 设计1:制作氧自救呼吸器 【查阅资料】用于特殊场合的制氧机,如矿井呼吸自救器利用储存氧气或二氧化碳和水蒸气与超氧化钾反应制氧。超氧化钾(KO2)为黄色固体,可分别与CO2、H2O反应生成氧气和白色固体,产氧效率高,适合作生氧剂。 【原理分析】4KO2+2CO22K2CO3+3O2,4KO2+2H2O4X+3O2↑,则X的化学式为 。 【动手实践】设计并制作氧自救呼吸器,如图所示,使用一段时间后,观察到生氧剂由 (填颜色变化)时,则基本失效。 设计2:小智同学制氧机的反应和洗气装置在原版本的基础上经历了下图所示的迭代,请推测改进的理由: 。 设计3:创新小组同学设计了一款简易制氧机,并对有关问题进行了交流。 左瓶中的二氧化锰可以通过 、洗涤、烘干等操作回收。右瓶中水的作 ... ...
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