跨學(xué)科實(shí)踐活動04 基于特定需求設(shè)計(jì)和制作簡易供氧器（活動設(shè)計(jì)）-九年級化學(xué)跨學(xué)科實(shí)踐活動教學(xué)課件+設(shè)計(jì)

跨學(xué)科實(shí)踐活動4基于特定需求設(shè)計(jì)和制作簡易供氧器活動設(shè)計(jì)活動：基于特定需求設(shè)計(jì)和制作簡易供氧器課時3授課年級九年級主題分析供氧器是指可以提供氧氣的裝置，在簡易供氧器的設(shè)計(jì)和制作中，需要考慮特定人群、環(huán)境的實(shí)際需求。該實(shí)踐活動圍繞真實(shí)而復(fù)雜的問題展開，需大約２～４課時的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)來完成。該項(xiàng)目是跨學(xué)科實(shí)踐活動的范例，主要涵蓋人教版教材九年級《化學(xué)（上冊）》第２單元和第５單元的內(nèi)容，縱向結(jié)合了新課標(biāo)課程內(nèi)容中主題1-5的相關(guān)內(nèi)容，綜合體現(xiàn)“物質(zhì)的化學(xué)變化”“物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用”等主題的大概念與核心知識，同時也承載了“氧氣的制取與性質(zhì)”這一學(xué)生必做的實(shí)驗(yàn)，對“化學(xué)與社會跨學(xué)科實(shí)踐”主題中的化學(xué)與健康、材料等相關(guān)內(nèi)容也有所涉及，不僅有助于學(xué)生建構(gòu)變化觀、元素觀等化學(xué)觀念，發(fā)展建構(gòu)思維模型等，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任，促進(jìn)“比例和定量”等跨學(xué)科大概念的發(fā)展和完善。教學(xué)目標(biāo)1.通過研討供氧器的使用范圍與情境，明確項(xiàng)目要解決的問題及研究價值，感受化學(xué)物質(zhì)及其變化在維護(hù)人體健康等方面的重要作用。2.通過氧氣制取實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)，使知識經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)化，初步形成原理→裝置→實(shí)驗(yàn)室制取氣體的一般思路。3.通過對項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行拆解和規(guī)劃，初步融合工程技術(shù)方法，建立基于特定需求設(shè)計(jì)供氧器的一般程序和方法，形成模型。4.通過選擇原理、繪制草圖、動手制作等小組合作活動，綜合應(yīng)用化學(xué)與工程技術(shù)方法等跨學(xué)科知識初步制作項(xiàng)目作品，并作反思和改進(jìn)。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：通過對項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行拆解和規(guī)劃，初步融合工程技術(shù)方法，建立基于特定需求設(shè)計(jì)供氧器的一般程序和方法，形成模型。教學(xué)難點(diǎn)：如何根據(jù)特定需求設(shè)計(jì)供氧器，解決實(shí)際問題。學(xué)情分析經(jīng)過一段時間的化學(xué)學(xué)習(xí)，學(xué)生已初步領(lǐng)悟了化學(xué)變化的定義和實(shí)質(zhì)，了解了實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的基本知識，會進(jìn)行簡單的實(shí)驗(yàn)操作，會書寫化學(xué)方程式，知道質(zhì)量守恒定律，會利用質(zhì)量守恒定律進(jìn)行簡單的計(jì)算。但是還不知道什么是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，缺乏項(xiàng)目規(guī)劃的能力；只會簡單的實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、反思、改進(jìn)等探究能力比較薄弱；難以將具體的知識與真實(shí)問題建立聯(lián)系，缺乏運(yùn)用知識解決真實(shí)問題的能力；知識零散單薄，缺乏知識經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)化。知識整合一、氧氣的性質(zhì)1．氧氣的物理性質(zhì)色、味、態(tài)[密度溶解性三態(tài)變化通常狀況下，無色無味氣體比空氣略大不易溶于水加壓降溫可變?yōu)榈{(lán)色的液體或淡藍(lán)色的雪花狀的固體2．氧氣的化學(xué)性質(zhì)氧氣的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，氧氣具有氧化性。（1）氧氣能支持燃燒（2）物質(zhì)與氧氣的反應(yīng)①木炭與氧氣反應(yīng)②硫粉與氧氣反應(yīng)③細(xì)鐵絲與氧氣反應(yīng)二、氧氣的制取1．工業(yè)制取氧氣（1）方法：一般采用分離液態(tài)空氣法。（2）原理：利用液態(tài)氮和液態(tài)氧的沸點(diǎn)不同，屬于物理變化。（3）儲存：為了便于儲存、運(yùn)輸和使用，通常把氧氣加壓后儲存在藍(lán)色的鋼瓶中。2．氧氣的實(shí)驗(yàn)室制?。?）高錳酸鉀分解制取氧氣（2）過氧化氫（俗稱“雙氧水”）分解制取氧氣教學(xué)過程【新課導(dǎo)入】氧氣與人體健康關(guān)系密切，在特定環(huán)境下，人們需要攜帶方便、操作簡單、安全可靠，且成本較低的供氧器。我們能不能利用生活中的材料和相關(guān)試劑，設(shè)計(jì)和制作一個簡易供氧器呢?引入新課?！驹O(shè)計(jì)意圖】使學(xué)生認(rèn)識到探究學(xué)習(xí)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的必要性?！咎剿餍轮俊净顒釉O(shè)計(jì)與實(shí)施】任務(wù)一：了解需求供氧器的使用范圍或場景有：家用保健型供氧，在高原、火災(zāi)、礦難等危險(xiǎn)環(huán)境中的救治型供氧，老人保健吸氧、孕期保健吸氧，大型化工生產(chǎn)或水下作業(yè)的供氧，醫(yī)療急救供氧，航空航天以及水產(chǎn)養(yǎng)殖、糧食或食品貯存對供氧和耗氧的雙向需求等……需求的場景不同，制氧的原理也不同，優(yōu)質(zhì)的供氧設(shè)備能夠有效地提升人們的生活水平。任務(wù)二：制氧劑的選擇1.回憶制取氧氣的方法根據(jù)沸點(diǎn)不同分離液態(tài)空氣、高錳酸鉀加熱制取氧氣、過氧化氫溶液和二氧化錳制取氧氣、電解水制取氧氣。分析優(yōu)缺點(diǎn)：過氧化氫溶液和二氧化錳制取氧氣：反應(yīng)條件是常溫、產(chǎn)物環(huán)保，但見光易分解，不易儲存和取用；高錳酸鉀加熱制取氧氣：反應(yīng)條件加熱，安全性不高；電解水制取氧氣：反應(yīng)條件是通電，安全性不高；分離液態(tài)空氣、光合作用制取氧氣：對溫度光照要求比較高。分析氧立得供氧器的原理制氧機(jī)說明書：（1）反應(yīng)倉內(nèi)應(yīng)加入自來水(涼水)，嚴(yán)禁使用熱水。（2）反應(yīng)倉加水后，先投入A劑，再投入B劑。每次供氧停止后，將反應(yīng)殘液倒洗清空。供水困難時，可在殘液冷卻時，補(bǔ)充A劑(不加B劑)連續(xù)供氧。主要結(jié)構(gòu)：主要由內(nèi)桶、外桶、上蓋，吸氧管和制氧劑組成，發(fā)生器接口應(yīng)密封性能良好，無漏氣現(xiàn)象。反應(yīng)原理：利用水溶解制氧劑，使制氧劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生氧氣。任務(wù)三：設(shè)計(jì)制作以小組為單位繪制簡易供氧器的草圖，自己選擇材料（礦泉水瓶、水杯、油壺、塑料桶、注射器、吸管、膠皮管等）設(shè)計(jì)制作。藥品選擇：1.雙氧水和二氧化錳；過碳酸鈉和二氧化錳；2.固體體積比液體小，更方便儲存和取用，因此過碳酸鈉作制氧劑比雙氧水更好。加濕倉的用途：1.起到過濾、調(diào)節(jié)氧氣純度的作用，增加濕度，人呼吸濕潤一點(diǎn)的氧氣可能更舒適；2.有個透明窗口可以看到產(chǎn)生氧氣的速率，屬于可視化設(shè)計(jì)。拓展視野一分子篩制氧機(jī)一種采用分子篩變壓吸附技術(shù)制取高濃度氧氣的設(shè)備它通過分子篩的吸附和解吸作用，將空氣中的氮?dú)夂推渌s質(zhì)分離出去，從而得到富氧空氣(較純凈的氧氣)?！菊n后小結(jié)】本次實(shí)踐活動使學(xué)生了解到各種供氧裝置在實(shí)際生活中的重要作用，通過他們親身體驗(yàn)供氧器的制作過程，感受化學(xué)等學(xué)科知識在解決生活實(shí)際問題中的重要意義，提升化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，提高實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力，形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)品質(zhì)，樹立為人類生活與社會進(jìn)步作貢獻(xiàn)的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。作業(yè)設(shè)計(jì)1．項(xiàng)目學(xué)習(xí)小組在學(xué)習(xí)了實(shí)驗(yàn)室制氧氣之后，查閱了相關(guān)資料，利用塑料瓶、注射器、吸管等設(shè)計(jì)并制作簡易供氧器(如圖)，其中藥品A是過碳酸鈉和二氧化錳的混合物(過碳酸鈉遇水會生成H2O2)?；卮鹣旅嫘☆}。（1）生活用品可以代替一些化學(xué)儀器。本實(shí)驗(yàn)利用了塑料瓶、注射器、吸管等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在該實(shí)驗(yàn)中相關(guān)說法錯誤的是A．塑料瓶相當(dāng)于錐形瓶 B．吸管相當(dāng)于導(dǎo)管C．注射器相當(dāng)于長頸漏斗 D．該裝置可控制反應(yīng)速率（2）有關(guān)氧氣性質(zhì)的敘述錯誤的是A．氧氣是一種無色無味的氣體 B．硫在氧氣中燃燒，生成有刺激性氣味的氣體C．紅磷在空氣中燃燒，產(chǎn)生大量白煙 D．水中的魚蝦能自由生活說明氧氣易溶于水【答案】（1）C（2）D2．下圖是某班級項(xiàng)目學(xué)習(xí)小組同學(xué)利用塑料瓶、吸管等生活用品設(shè)計(jì)出的簡易供氧器。下列說法正確的是A．反應(yīng)倉的藥品可以是氯酸鉀和二氧化錳 B．使用前，加濕倉應(yīng)注滿水C．加濕倉類似于排水集氣裝置 D．加濕倉利用了氧氣不易溶于水的物理性質(zhì)【答案】D3．如圖是學(xué)生制作的簡易供氧器。（1）在供氧使用時，左瓶中可放置的藥品是（填字母）。A．高錳酸鉀 B．氯酸鉀和二氧化錳C．鋅粒和稀硫酸 D．過氧化氫溶液和二氧化錳（2）簡易供氧器的右瓶中需加入適量的水，水的一種作用是。（3）寫出實(shí)驗(yàn)室加熱固體制取氧氣的化學(xué)方程式?！敬鸢浮浚?）D（2）觀察產(chǎn)生氧氣的速率（合理即可）（3）/4．具備基本化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能是學(xué)習(xí)化學(xué)的基礎(chǔ)和保證。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中，小明抽取了制作簡易供氧器試題?？晒┻x擇的實(shí)驗(yàn)藥品有KMnO4、H2O2溶液、MnO2、過碳酸鈉、蒸餾水等，部分相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。【資料】過碳酸鈉遇水會分解產(chǎn)生Na2CO3和H2O2；Na2CO3易溶于水?！静僮鳌吭谧笃恐幸来渭尤脒m量水、過碳酸鈉和二氧化錳。【現(xiàn)象】（1）左瓶中黑色粉末翻騰、液體渾濁，瓶壁溫?zé)?，說明該反應(yīng)(填“放熱”或“吸熱”)；右瓶水中導(dǎo)管口有氣泡冒出。【評價】（2）右瓶中水的作用是。(寫一個即可)【答案】（1）放熱（2）通過氣泡觀察氧氣輸出的速率教學(xué)反思本課題需要學(xué)生有較強(qiáng)的動手能力，在選擇制氧氣原理時，要學(xué)會通過查閱資料，并用控制變量法選出最適合家庭用氧需求的藥品：如針對流速應(yīng)該選擇哪種濃度的過氧化氫最適合，如簡單易得應(yīng)選怎樣的催化劑最適合等。要綜合考慮原理(試劑用量、壓強(qiáng)物質(zhì)變化、能量變化等)與實(shí)際需求(流速、氧氣純度溫度、濕度、安全、環(huán)保等)實(shí)現(xiàn)裝置的整體可調(diào)控及一體化設(shè)計(jì)。從上交的作品看成到初期學(xué)生的設(shè)計(jì)方案很多都是只是把發(fā)生裝置和收集裝置改為日常生活中的塑料來代替，沒有做到一體化設(shè)計(jì)，在試劑用量和流速等方面欠考慮和探究，產(chǎn)品實(shí)用性不強(qiáng)。但在不斷的質(zhì)疑，自覺