跨学科实践活动4　基于特定需求设计和制作简易供氧器 同步练习 （含解析） 2025-2026学年化学人教版（2024）九年级上册

跨学科实践活动4　基于特定需求设计和制作简易供氧器
　　项目学习小组在学习了实验室制氧气之后,查阅了相关资料,利用塑料瓶、注射器、吸管、输液管等设计并制作简易供氧器,如图,其中试剂A是过碳酸钠,遇水会分解出H2O2,试剂B是一种黑色粉末状催化剂,回答下面1~3问题。
1.氧气能供给呼吸,保持氧气化学性质的最小粒子是氧分子。下列物质中含有氧分子的是 (　　)
A.二氧化碳 B.过氧化氢
C.液态空气 D.高锰酸钾
2.生活用品可以代替一些化学仪器。本实验利用了塑料瓶、注射器、吸管、输液管等进行实验,在该实验中相关说法错误的是 (　　)
A.B是二氧化锰
B.塑料瓶相当于锥形瓶
C.吸管相当于玻璃棒
D.注射器相当于分液漏斗
3.下列与制作简易供氧器项目有关说法错误的是 (　　)
A.乙瓶是利用氧气不易溶于水的原理,使氧气湿润
B.输出的氧气可作为高能燃料
C.根据乙中气泡的多少,可以判断氧气排出的快慢
D.夏天鱼缸中溶解氧下降,可用该仪器给鱼缸中的鱼供氧
4.小金设计了一款在缺氧环境或出现高浓度有毒有害气体环境下逃生时使用的自救呼吸器。其设计思路如图甲所示,自救呼吸器的结构如图乙所示(其中箭头方向表示气体流动方向)。
(1)呼吸气路的设计: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。在正常呼气时,单向阀A和B的开闭情况是　　　　　　(填“A打开,B闭合”或“A闭合,B打开”)。
(2)生氧试剂的选择:小金查阅资料发现超氧化物(用MO2表示,其中M为+1价)可与人呼出气体中的CO2、H2O反应生成O2,其反应的化学方程式为4MO2+2H2O4X+3O2;4MO2+2CO22M2CO3+3O2。则X的化学式为　　　　　。500 g超氧化钾(KO2)和500 g超氧化钠(NaO2)的生氧性能如图丙所示。小金依据人正常呼吸时需要生氧试剂的生氧速度不低于1 L·min-1,并结合自救呼吸器的结构和生氧试剂的生氧性能,选取了KO2作为生氧试剂。选取KO2的优点是　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　(写出1点)。
(3)影响自救呼吸器有效防护时间的因素有　　　　(填序号)。
①生氧试剂的质量　 ②外界有毒气体浓度
③外界氧气浓度　　 ④生氧试剂的种类
5.市售制氧器有两种,一种是便携式制氧器,采用加压液化氧气或吸附剂吸附氧气存储,使用时匀速稳定释放氧气。另一种是化学制氧器,使用时通过试剂发生反应产生氧气。小明拿家用的“氧立得”化学制氧器(图1)与同学们进行了研究。
图1 图2
(1)从微观角度解释便携式制氧器加压液化储存氧气时的工作原理: 　　　　　 。
活动一:探究制氧原理
(2)请写出一种实验室制取氧气的原理: 　(用化学方程式表示)。
活动二:探究化学制氧器的反应原理
氧立得复方制氧剂 A剂:固体氧释放剂 B剂:不溶于水的固体保证出氧速率稳定 用法与用量:将A剂、B剂先后放入装好水的氧立得制氧器反应仓中,通过导管和鼻塞吸氧。 规格:A剂50 g/包,B剂3 g/包
【查阅资料】过碳酸钠为白色颗粒。过碳酸钠溶于水会分解生成碳酸钠和过氧化氢,是很好的固体氧释放剂。
【进行实验】探究B剂的作用
(3)先把一包A剂放入一个洁净的烧杯中,加水至完全溶解,观察到无气泡产生;向溶液中放入一包B剂,立即有大量气泡产生。待反应结束,将烧杯中剩余固体过滤、　　　　、干燥,称得固体质量为3 g。小明认为B剂起催化作用。
【反思评价】
(4)同学们对小明的结论提出疑问,理由是　 。
活动三:认识化学制氧器的结构
(5)根据图2分析,制氧器的反应仓与实验室制取氧气哪种反应原理的发生装置类似
　。
(6)化学制氧器反应仓产生的氧气会经过加湿过滤仓,与实验室制取氧气的哪种收集方法类似 　 。
6.如图是一款潜水艇紧急供氧设备的结构示意图,产氧药块主要成分是氯酸钠(NaClO3),需要镁粉氧化放热启动并维持反应进行,快速将其中的氧元素全部转化,产生氧气。
(1)启动时,镁粉(Mg)与氧气反应生成氧化镁(MgO)。其化学方程式为　 。
(2)为得到10个人呼吸4小时所需氧气的量(折算后质量约为960 g),产氧药块中含氯酸钠的质量至少为　　　　kg。
(3)产氧药块反应时会产生极少量有毒的氯气,图中试剂X应具有的性质是
　。
【详解答案】
1.C　解析:A项,二氧化碳中只含二氧化碳分子,不含氧分子,故选项不正确;B项,过氧化氢中只含过氧化氢分子,不含氧分子,故选项不正确;C项,空气中含有氮分子、氧分子等分子,故选项正确;D项,高锰酸钾中不含氧分子,故选项不正确。
2.C　解析:A项,过氧化氢在二氧化锰催化作用下生成水和氧气,且二氧化锰为黑色固体,则B为二氧化锰,故选项正确。B项,塑料瓶中可装入较多液体,则相当于锥形瓶,故选项正确。C项,题图中的吸管相当于导管,而不是玻璃棒,故选项不正确。D项,注射器可控制液体的滴加速度,则相当于分液漏斗,故选项正确。
3.B　解析:A项,乙瓶将氧气通入水中,氧气又从水中逸出,说明氧气不易溶于水,且还可将氧气润湿,故选项正确。B项,氧气具有助燃性,而不具有可燃性,不能作燃料,故选项不正确。C项,根据乙中气泡的多少,可以判断氧气排出的快慢,故选项正确。D项,夏天鱼缸中溶解氧下降,该装置可将氧气通入水中,则可用该仪器给鱼缸中的鱼供氧,故选项正确。
4.(1)A打开,B闭合
(2)MOH　生氧速度波动较小(或使用时间较长或氧气浪费较少,合理即可)
(3)①④
解析:(1)分析图乙,吸气时,气囊里边的气体通过单向阀B、呼吸软管由嘴经咽进入肺部,这时,单向阀B打开,单向阀A关闭;呼气时相反,肺里的气体经咽、嘴、单向阀A进入生氧装置,这时,单向阀A打开,单向阀B关闭。(2)由4MO2+2H2O4X+3O2↑可知,反应前M原子、氢原子、氧原子个数分别为4、4、10,反应后M原子、氢原子、氧原子个数分别为0、0、6,化学反应前后,原子的质量、种类、总个数不变,则4X中有4个M原子,4个氧原子、4个氢原子,则X化学式为MOH;由图像可知,超氧化钾和超氧化钠生氧速度不低于1 L·min-1时,KO2作为生氧试剂比超氧化钠作为生氧试剂生氧速度波动较小,使用时间较长,氧气浪费较少等。(3)由图像可知,等质量的超氧化钾和超氧化钠生氧速度不同,有效防护时间不同,说明生氧试剂的种类影响自救呼吸器有效防护时间,生氧试剂的质量不同生成氧气质量不同,有效防护时间不同;由甲图和乙图可知,外界有毒气体及外界氧气不会进入自救呼吸器,故不影响自救呼吸器有效防护时间,故选①④。
5.(1)受压后,氧分子间的间隔变小
(2)2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑(合理即可)　(3)洗涤
(4)没有验证B剂的化学性质在反应前后是否发生改变
(5)与用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的发生装置类似
(6)与排水法收集氧气类似
解析:(1)便携式制氧器加压液化储存氧气时的工作原理是分子之间存在间隔,受压后,氧分子之间的间隔变小。(2)实验室可通过加热高锰酸钾制取氧气,高锰酸钾受热分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气,该反应的化学方程式为2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑;也可选择过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气,过氧化氢在二氧化锰的催化下分解生成水和氧气,该反应的化学方程式为2H2O22H2O+O2↑。(3)B剂不溶于水,故待反应结束,将烧杯中剩余固体过滤、洗涤、干燥,得到B剂。(4)实验中,加入B剂后,反应速率加快,说明B剂能加快化学反应速率,且化学反应前后B剂的质量不变,但是还需要验证化学反应前后B剂的化学性质不变,才能说明B剂是催化剂。(5)制氧器的反应仓属于固液不加热型反应装置,故与实验室通过过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气发生装置相似。
6.(1)2Mg+O22MgO　(2)2.13
(3)吸收氯气,不吸收氧气
解析:(1)镁粉与氧气反应生成氧化镁,其化学方程式为2Mg+O22MgO。(2)氯酸钠将其中的氧元素全部转化为氧气,产氧药块中含氯酸钠的质量至少为960 g÷×100%=2 130 g=2.13 kg。(3)由题图知,产氧药块反应时会产生极少量有毒的氯气,通过X后无氯气排出,只有氧气,故题图中试剂X应具有的性质是吸收氯气,但不吸收氧气。