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教学设计-2024-2025学年九年级化学人教版（2024）上册

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教学设计---2024-2025学年九年级化学人教版（2024）上册课题：科目：班级：课时：计划1课时教师：单位：一、设计意图本节课通过基于特定需求设计和制作简易供氧器的实践活动，旨在让学生运用化学知识解决实际问题，培养学生的创新能力和实践操作能力。同时，通过跨学科合作，促进学生综合素质的提升。二、核心素养目标1.培养学生的科学探究精神，通过实验操作，提升观察、分析、解决问题的能力。

2.增强学生的创新意识，鼓励学生在设计和制作过程中发挥想象力，提出创新方案。

3.提高学生的团队合作能力，通过小组合作，学会沟通、协调，共同完成任务。

4.强化学生的环保意识，引导学生认识到化学知识在环境保护中的应用价值。三、重点难点及解决办法重点：简易供氧器的原理及制作方法。

难点：供氧效果的评估与优化。

解决办法：

1.重点：通过实验演示和讲解，使学生理解过氧化钠与水反应生成氧气的原理，掌握供氧器的制作步骤。

2.难点：通过设置实验对比，让学生自行评估供氧效果，并引导学生分析影响供氧效果的因素，如反应物比例、容器密封性等。教师提供指导，帮助学生优化供氧器设计。四、教学资源-硬件资源：实验台、试管、烧杯、量筒、酒精灯、加热装置、过氧化钠固体、水、气体收集瓶、胶塞、橡皮管、实验记录本

-课程平台：化学实验操作视频教程、在线化学知识库

-信息化资源：多媒体教学课件、在线实验指导手册

-教学手段：实物演示、小组讨论、实验操作演示、问题解决挑战五、教学过程1.导入（约5分钟）

-激发兴趣：通过展示自然界中动植物呼吸的图片，提出问题：“动植物是如何获取氧气进行呼吸的？”引发学生对氧气的重要性的思考。

-回顾旧知：引导学生回顾初中化学中关于氧气的制取、性质和用途的知识，为学习简易供氧器奠定基础。

2.新课呈现（约30分钟）

-讲解新知：

a.介绍简易供氧器的原理，讲解过氧化钠与水反应生成氧气的化学反应方程式。

b.讲解供氧器的制作方法，包括材料的选择、容器的设计和密封等。

-举例说明：

a.通过实验演示，展示过氧化钠与水反应产生氧气的现象。

b.举例说明不同设计方案的供氧效果差异。

-互动探究：

a.分组讨论，让学生根据所学知识，设计自己的简易供氧器。

b.邀请学生上台展示自己的设计方案，并与其他小组进行交流、评价。

3.巩固练习（约30分钟）

-学生活动：

a.学生根据所学知识，动手制作简易供氧器。

b.在制作过程中，鼓励学生发现问题、解决问题。

-教师指导：

a.教师巡回指导，解答学生在制作过程中遇到的问题。

b.针对共性问题，集中讲解并示范解决方法。

4.供氧效果评估（约20分钟）

-学生活动：

a.学生将制作的简易供氧器进行供氧实验，观察并记录供氧效果。

b.小组讨论，分析影响供氧效果的因素。

-教师指导：

a.教师根据学生的实验结果，引导学生分析问题，提出改进方案。

b.针对优秀设计方案，进行点评和推广。

5.总结与反思（约10分钟）

-学生总结：引导学生回顾本节课所学内容，总结简易供氧器的制作原理和注意事项。

-教师反思：对学生的表现进行点评，指出优点和不足，鼓励学生在今后的学习中继续努力。六、知识点梳理1.简易供氧器的工作原理：

-过氧化钠（Na2O2）与水（H2O）反应生成氧气（O2）和氢氧化钠（NaOH）。

-反应方程式：2Na2O2+2H2O→4NaOH+O2↑

2.供氧器的制作材料：

-过氧化钠固体

-水源（可以是自来水、蒸馏水等）

-容器（如塑料瓶、玻璃瓶等）

-密封材料（如橡皮塞、胶带等）

3.供氧器的制作步骤：

a.选择合适的容器，确保容器有足够的容量来容纳反应物和生成的氧气。

b.在容器中放入适量的过氧化钠固体。

c.通过橡皮塞或胶带密封容器，确保氧气不会泄漏。

d.将容器放入水中，使过氧化钠与水接触并发生反应。

4.供氧效果的评估：

a.使用气体收集瓶或集气法收集生成的氧气。

b.通过燃烧实验或其他方法检验氧气的纯度。

c.记录实验数据，分析供氧效果。

5.影响供氧效果的因素：

a.过氧化钠与水的比例：适当的比例可以提高供氧效率。

b.容器的密封性：良好的密封性可以减少氧气的泄漏。

c.容器的材质：选择合适的材质可以保证供氧器的稳定性和安全性。

6.实验安全注意事项：

a.过氧化钠具有腐蚀性，操作时应佩戴防护手套和眼镜。

b.实验过程中应避免直接接触过氧化钠，以防皮肤和眼睛受伤。

c.实验室应保持通风，避免氧气浓度过高。

7.跨学科知识应用：

a.化学知识：了解化学反应原理，掌握反应方程式的书写。

b.物理知识：了解气体压强和体积的关系，以及气体收集方法。

c.工程设计：学习如何设计简易供氧器，提高学生的创新能力和实践操作能力。

8.教育教学目标：

a.培养学生的科学探究精神，提高学生的实验操作技能。

b.增强学生的创新意识，鼓励学生在实践中发现问题、解决问题。

c.提高学生的团队合作能力，通过小组合作完成任务。

d.强化学生的环保意识，认识到化学知识在环境保护中的应用价值。七、典型例题讲解例题1：

设计一个简易供氧器，假设你有50g过氧化钠，你计划用多少克水与之反应来生成最多的氧气？请写出化学反应方程式，并计算理论上可以生成的氧气质量。

解答：

化学反应方程式：2Na2O2+2H2O→4NaOH+O2↑

根据化学方程式，1摩尔过氧化钠（Na2O2）生成0.5摩尔氧气（O2）。

首先，计算过氧化钠的摩尔质量：Na2O2=(23×2+16×2)g/mol=78g/mol

50g过氧化钠的物质的量：n(Na2O2)=50g/78g/mol≈0.641mol

根据化学方程式，生成的氧气的物质的量：n(O2)=0.641mol/2≈0.3205mol

氧气的摩尔质量：M(O2)=32g/mol

生成的氧气质量：m(O2)=n(O2)×M(O2)=0.3205mol×32g/mol≈10.26g

因此，理论上可以生成的氧气质量约为10.26克。

例题2：

一个简易供氧器的容器体积为2升，你想通过加入一定量的过氧化钠来充满整个容器。如果你有50g过氧化钠，能否做到？为什么？

解答：

首先，计算50g过氧化钠在理想情况下能生成多少氧气体积。根据例题1的计算，50g过氧化钠可以生成约10.26g的氧气。

氧气的密度约为1.43g/L，因此10.26g氧气的体积为：V(O2)=10.26g/1.43g/L≈7.17L

由于简易供氧器的容器体积为2升，即2000毫升，因此，即使是在理想情况下，50g过氧化钠生成的氧气体积也远大于容器的体积，无法完全充满。

例题3：

一个简易供氧器中加入了20g过氧化钠和50g水。在反应进行一段时间后，测量发现供氧器的压力为2.5大气压。请估算反应剩余的过氧化钠质量。

解答：

由于题目没有给出具体的温度和压力与氧气生成量之间的关系，我们无法直接计算剩余的过氧化钠质量。但我们可以使用理想气体状态方程PV=nRT来估算。

假设温度T为室温25°C，即298K，R为理想气体常数，R=0.0821L·atm/(mol·K)。

PV=nRT

2.5atm×2L=n(O2)×0.0821L·atm/(mol·K)×298K

n(O2)=(2.5atm×2L)/(0.0821L·atm/(mol·K)×298K)

n(O2)≈0.205mol

根据化学方程式，每摩尔过氧化钠生成0.5摩尔氧气。因此，消耗的过氧化钠物质的量为：n(Na2O2)=2×n(O2)=0.41mol

过氧化钠的摩尔质量为78g/mol，消耗的过氧化钠质量为：m(Na2O2)=n(Na2O2)×M(Na2O2)=0.41mol×78g/mol≈32g

初始过氧化钠质量为20g，消耗了32g，显然这是不可能的。因此，这个计算方法在本例中不适用，可能需要更多信息或使用其他方法来估算剩余的过氧化钠质量。

例题4：

一个简易供氧器在反应后产生了1.5升氧气。如果供氧器最初是空的，且只使用了10g过氧化钠，计算供氧器的压力（假设温度为25°C）。

解答：

根据化学方程式，10g过氧化钠生成的氧气物质的量可以通过计算其物质的量来确定。

过氧化钠的摩尔质量为78g/mol，10g过氧化钠的物质的量为：n(Na2O2)=10g/78g/mol≈0.1282mol

根据化学方程式，生成的氧气的物质的量为：n(O2)=n(Na2O2)/2=0.1282mol/2≈0.0641mol

理想气体状态方程PV=nRT可以用来计算压力P。

P=nRT/V

P=(0.0641mol)×(0.0821L·atm/(mol·K))×(298K)/(1.5L)

P≈1.15atm

因此，假设温度为25°C时，供氧器的压力大约为1.15大气压。

例题5：

一个简易供氧器在反应后产生了2.0升氧气。如果供氧器的容积为2升，且初始加入了20g过氧化钠，请估算反应结束后容器内的氧气体积分数。

解答：

根据化学方程式，20g过氧化钠生成的氧气物质的量可以通过计算其物质的量来确定。

过氧化钠的摩尔质量为78g/mol，20g过氧化钠的物质的量为：n(Na2O2)=20g/78g/mol≈0.2564mol

根据化学方程式，生成的氧气的物质的量为：n(O2)=n(Na2O2)/2=0.2564mol/2≈0.1282mol

理想气体状态方程PV=nRT可以用来计算氧气在供氧器内的体积分数。

由于供氧器的容积为2升，且初始为空，所以反应结束后氧气的体积分数为生成的氧气体积除以供氧器的容积。

体积分数=生成氧气体积/供氧器容积

体积分数=2.0L/2.0L

体积分数=1.0或100%

这意味着反应结束后，供氧器内的氧气体积分数为100%。八、课堂1.课堂提问：

-通过提问的方式，检验学生对简易供氧器原理和制作步骤的掌握程度。

-设计开放性问题，如“你认为还有哪些因素会影响供氧效果？”鼓励学生发散思维。

-观察学生的回答，及时给予评价和反馈，强化学生的表达能力和逻辑思维能力。

2.课堂观察：

-观察学生在实验操作过程中的规范性和安全性，确保实验顺利进行。

-关注学生在小组合作中的表现，如沟通、协调、分工等，评估学生的团队合作能力。

-发现学生在实验过程中遇到的问题，及时给予指导和帮助，提高学生的实验技能。

3.课堂测试：

-设计随堂测试，检验学生对本节课知识点的掌握情况。

-测试形式可以包括选择题、填空题、简答题等，全面评估学生的知识水平。

-根据测试结果，调整教学策略，确保学生能够理解和掌握相关知识。

4.实验报告评价：

-要求学生撰写实验报告，包括实验目的、原理、步骤、结果、分析等内容。

-评价实验报告的完整性、条理性、准确性，以及学生对实验原理的理解程度。

-鼓励学生在报告中提出自己的观点和改进建议，培养学生的创新意识。

5.课堂互动：

-通过课堂讨论、小组合作等形式，激发学生的学习兴趣，提高学生的参与度。

-鼓励学生提问、回答问题，培养他们的自主学习能力和批判性思维能力。

-教师要及时总结和点评学生的发言，引导学生深入思考问题。

6.反馈与改进：

-在课堂结束时，教师应进行简要总结，回顾本节课的重点内容，并对学生的表现给予肯定和鼓励。

-针对学生在课堂上存在的问题，教师应及时给予反馈，并提出改进措施。

-定期与学生沟通，了解他们的学