資源簡介

(共39張PPT)
跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)3　基于綠色化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室制氧氣的原理
第五單元　定量研究化學(xué)反應(yīng)
學(xué)科串聯(lián)
知識(shí)儲(chǔ)備
1．任務(wù)界定：了解綠色化學(xué)原則，明確綠色化學(xué)的原則及操作規(guī)程；明確可以評(píng)估一個(gè)化學(xué)反應(yīng)對(duì)環(huán)境的友好程度的具體項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn)。
2．建構(gòu)模型：設(shè)計(jì)并完成各種裝置、條件下制取氧氣的實(shí)驗(yàn)，初步建立基于綠色化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室制氧氣的一般程序和方法，形成模型。
3．制作產(chǎn)品：建立模型之后，應(yīng)用模型，從實(shí)際需求出發(fā)，盡量選擇日常生活中常見的一些材料，小組合作動(dòng)手制作供氧器，通過多輪次的“設(shè)計(jì)—行動(dòng)—反思”對(duì)涉及的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化。
4．反思交流：展示、交流和評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案及評(píng)價(jià)方式，反思和總結(jié)基于綠色化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室制氧氣方案的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)，提煉解決作品制作類問題的思路與方法。
1．綠色化學(xué)又稱為環(huán)境友好化學(xué)，下列有關(guān)“綠色化學(xué)”的理解，不正確的是(　　)
A．其核心是利用化學(xué)原理從源頭消除污染
B．原料及產(chǎn)物均無毒無害或低毒低害
C．不需要化學(xué)工藝的純天然產(chǎn)品的開發(fā)和研制
D．充分利用資源和能源，最大限度地提高生產(chǎn)效率，力圖使原料的原子全部轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品
體驗(yàn)探究
題號(hào)
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√
C　[綠色化學(xué)的核心是要利用化學(xué)原理從源頭上減少或消除污染，A正確；綠色化學(xué)所用原料及產(chǎn)物均無毒無害或低毒低害，B正確；“綠色化學(xué)”要求化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)率高，副產(chǎn)物少，即“化學(xué)反應(yīng)綠色化”，要求原料物質(zhì)中的所有原子完全被利用，全部轉(zhuǎn)入期望的產(chǎn)物中，而不是不需要化學(xué)工藝的純天然產(chǎn)品的開發(fā)和研制，C錯(cuò)誤；“綠色化學(xué)”要求化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)率高，副產(chǎn)物少，最大限度地提高生產(chǎn)效率，D正確。]
題號(hào)
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2．魚苗在長途運(yùn)輸中，通常將魚苗養(yǎng)在相對(duì)密閉的容器內(nèi)，加入某種藥品，使容器內(nèi)滿足下列條件才能保持魚苗的存活：充足的氧氣、及時(shí)除去魚苗呼出的CO2，水的pH調(diào)節(jié)在8左右，堿性不能太強(qiáng)。現(xiàn)有以下四種物質(zhì)供選擇：雙氧水、過氧化鈣(CaO2)、過氧化鈉(Na2O2)、氯酸鉀。它們的有關(guān)化學(xué)性質(zhì)如下：
(1)2H2O2===2H2O＋O2↑
(2)2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑
(3)2Na2 O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2
題號(hào)
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(4)2CaO2＋2H2O===2Ca(OH)2＋O2↑
(5)2CaO2＋2CO2===2CaCO3↓＋O2
(6)KClO3不與H2 O、CO2反應(yīng)
在魚苗長途運(yùn)輸中你認(rèn)為最適合加入的物質(zhì)是(　　)
A．雙氧水 B．過氧化鈣
C．過氧化鈉 D．氯酸鉀
√
題號(hào)
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B　[雙氧水雖能制取氧氣，但不能消耗二氧化碳，A不符合題意；因?yàn)?CaO2＋2H2O===2Ca(OH)2＋O2↑，有氧氣生成，且Ca(OH)2在水中的溶解性較弱，也可以同時(shí)消耗二氧化碳，可維持氧氣和二氧化碳的平衡，B符合題意；過氧化鈉雖能制取氧氣，但與水反應(yīng)生成的氫氧化鈉為強(qiáng)堿，堿性太強(qiáng)，C不符合題意；氯酸鉀不與H2O、CO2反應(yīng)，而它需要加熱與二氧化錳作催化劑的條件下，才能進(jìn)行反應(yīng)，D不符合題意。]
題號(hào)
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3．綠色化學(xué)期望化工生產(chǎn)時(shí)原料中的原子全部轉(zhuǎn)入產(chǎn)品中，即為零排放。一定條件下CO2、H2按不同比例反應(yīng)獲得以下產(chǎn)品，其中能實(shí)現(xiàn)零排放的是(　　)
A．乙醇(C2H6O) B．甲醇(CH4O)
C．乙烯(C2H4) D．甲酸(CH2O2)
√
題號(hào)
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D　[反應(yīng)前是CO2和H2，H2中不含氧元素，所以生成物中的氧元素全部來自CO2，化學(xué)反應(yīng)前后原子個(gè)數(shù)不變，二氧化碳分子中的碳原子和氧原子個(gè)數(shù)比是1∶2，要實(shí)現(xiàn)零排放，生成物中的碳原子和氧原子個(gè)數(shù)比是1∶2，據(jù)此分析可知：乙醇(C2H6O)分子中碳原子和氧原子個(gè)數(shù)比是2∶1，不是1∶2，A錯(cuò)誤；甲醇(CH4O)分子中碳原子和氧原子個(gè)數(shù)比是1∶1，不是1∶2，B錯(cuò)誤；乙烯(C2H4)分子中不含有氧元素，不符合質(zhì)量守恒定律，C錯(cuò)誤；甲酸(CH2O2)分子中碳原子和氧原子個(gè)數(shù)比是1∶2，D正確。]
題號(hào)
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√
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C　[因?yàn)锳和B都要消耗能源，D盡管不消耗能源，但不如C既不消耗能源又能消耗潛水艇中工作人員呼吸過程中產(chǎn)生的二氧化碳，故選C。]
題號(hào)
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5．有六種途徑可以制得氧氣，如圖所示：
(1)寫出A、F兩種途徑反應(yīng)的化學(xué)方程式。
A：____________________________________________________；
F：____________________________________________________。
題號(hào)
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(2)A、F這兩種途徑的基本反應(yīng)類型是____________。
(3)______(填字母)途徑發(fā)生的是物理變化。
(4)為了使A、F兩種途徑更快地制取氧氣，還需要加入_________。
(5)根據(jù)“綠色化學(xué)”理念，____(填字母)途徑是實(shí)驗(yàn)室制氧氣的最佳方法。
(6)使用C途徑制氧之前要在水中加入硫酸鈉或氫氧化鈉，其目的是_______________________。
分解反應(yīng)
D
二氧化錳
A
增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性
題號(hào)
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題號(hào)
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(4)為了使 A、F 兩種途徑更快地制取氧氣，還需要加入催化劑，加快化學(xué)反應(yīng)速率，在這兩個(gè)反應(yīng)中，通常加入二氧化錳作催化劑。
(5)過氧化氫在二氧化錳的催化下分解生成水和氧氣，無污染，且在常溫下進(jìn)行，節(jié)約能源，是實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的最佳方法，故填：A。
(6)C途徑制氧氣為通電分解水，水是電的弱導(dǎo)體，因此通電前在水中加入硫酸鈉或氫氧化鈉，來增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性。
題號(hào)
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6．氧氣是我們賴以生存的物質(zhì)。請(qǐng)同學(xué)們隨著以下線索開展研究之旅。
【生物學(xué)知識(shí)回顧】
(1)空氣中氧氣的來源主要是通過植物的___________產(chǎn)生。
【實(shí)驗(yàn)室制氧氣】
實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的方法有三種：加熱高錳酸鉀，在二氧化錳作催化劑的條件下分解過氧化氫，在加熱和二氧化錳作催化劑的條件下分解氯酸鉀。
光合作用
題號(hào)
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(2)上述方案中，符合“綠色化學(xué)”要求的是____________________
____________________，寫出其發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：________
______________________。
(3)實(shí)驗(yàn)室用高錳酸鉀制取氧氣，在圖1中選用的發(fā)生裝置和收集裝置是____________。
在二氧化錳作催化劑
條件下分解過氧化氫
2H2O2
AC(或AE)
題號(hào)
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【家用供氧機(jī)制氧氣】
(4)圖2是學(xué)生制作的簡易供氧器。在供氧使用時(shí)，左瓶中可放置的藥品是____；
A．高錳酸鉀
B．氯酸鉀和二氧化錳
C．大理石和稀鹽酸
D．過氧化氫溶液和二氧化錳
D
題號(hào)
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(5)簡易供氧器的右瓶中需加入適量的水，水的作用是________。
A．可通過氣泡觀察氧氣生成速率
B．提高氧氣濃度
C．加快氧氣的生成
D．增加氧氣的濕度
AD
題號(hào)
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【太空艙中制氧氣】
(6)太空艙常利用高鐵酸鎳(NiFe2O4)作催化劑將宇航員呼出的二氧化碳分解為氧氣和碳。假設(shè)一名宇航員平均每天消耗720 g氧氣，則每天參加反應(yīng)的二氧化碳質(zhì)量至少________g。
【醫(yī)用分子篩式制氧機(jī)】
(7)運(yùn)用分子篩將電機(jī)抽入的空氣中的二氧化碳和氮?dú)膺M(jìn)行吸附，得到較純的氧氣。這種制氧機(jī)很難在戶外急救供氧使用，可能的原因之一是_________________________。
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需要消耗電能(合理即可)
題號(hào)
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題號(hào)
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(3)高錳酸鉀加熱分解生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣，該反應(yīng)的反應(yīng)物是固體，反應(yīng)條件是加熱，屬于固體加熱型，氧氣密度大于空氣，不易溶于水，可用向上排空氣法收集或排水法收集，在圖1中選用的發(fā)生裝置和收集裝置是AC或AE。
(4)圖2是學(xué)生制作的簡易供氧器。由于不需要加熱，在供氧使用時(shí)，左瓶中可放置的藥品是過氧化氫溶液和二氧化錳，D符合題意。
題號(hào)
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(7)這種制氧機(jī)很難用在戶外急救供氧，其可能的原因之一是這種制氧機(jī)需消耗電能，戶外不能滿足此條件(答案合理即可)。
題號(hào)
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7．氧氣是人類無法離開的物質(zhì)，氧氣的獲得有多種方法。
Ⅰ．自然界獲得氧氣
如圖1所示，自然界通過綠色植物的光合作用獲得O2
題號(hào)
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(1)光合作用是大自然利用________(填一種能量名稱)最成功的范例。
(2)試寫出綠色植物光合作用的化學(xué)方程式：____________________
___________________。
Ⅱ．工業(yè)獲得氧氣
在低溫條件下加壓，使空氣變?yōu)橐簯B(tài)，然后升溫，使氮?dú)馐紫葟囊簯B(tài)空氣中蒸發(fā)出來，剩下的主要是液態(tài)氧，將其貯存在鋼瓶中。
(3)空氣變?yōu)橐簯B(tài)，微粒間的空隙________(填“變大”“變小”或“不變”)。
(4)液氮的沸點(diǎn)________液氧的沸點(diǎn)(填“>”“<”或“＝”)。
太陽能
C6H12O6＋6O2
變小
＜
題號(hào)
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Ⅲ．實(shí)驗(yàn)室獲得氧氣
實(shí)驗(yàn)室里常用加熱KMnO4或MnO2催化H2O2溶液分解制取氧氣。
(5)從圖2選擇儀器組裝裝置，完成用KMnO4制取并用排水法收集氧氣實(shí)驗(yàn)，需選擇a、b、c、e、g、________(填字母序號(hào))；該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________________________。
h
題號(hào)
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(6)用H2O2溶液和MnO2制備氧氣，發(fā)生裝置從圖2選擇儀器d、f后，還需增加____________(填一種儀器名稱)。若利用圖3所示空塑料輸液袋收集制得的氧氣，氧氣應(yīng)從________(填“a”或“b”)端進(jìn)入。
長頸漏斗
a
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Ⅳ．家庭獲得氧氣
某品牌家庭制氧機(jī)是利用分子篩制氧，空氣經(jīng)過分子篩時(shí)氮?dú)獗晃健⒀鯕馔ㄟ^，獲得高濃度的氧氣。其微觀示意圖如圖4：
題號(hào)
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(7)分子篩制氧的過程屬于________(填“物理”或“化學(xué)”)變化。
(8)分子篩制氧的原理類似于化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的________(填操作名稱)。
物理
過濾
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Ⅴ．空間站獲得氧氣
基于圖5所示原理，研制的氧氣循環(huán)再生組件成功應(yīng)用于我國天宮空間站。
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(9)反應(yīng)Ⅰ需要在催化劑和加熱的條件下才能發(fā)生，寫出該反應(yīng)的化
學(xué)方程式：_________________________________________。
(10)氧氣循環(huán)再生過程中需要定期補(bǔ)充一定量的水，可能的原因是___________________________________________________________
_______。
循環(huán)再生過程中生成了CH4，而CH4不參與循環(huán)再生過程，消耗了氫元素
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(6)用H2O2溶液和MnO2制備氧氣，屬于固液不加熱反應(yīng)，發(fā)生裝置從圖2選擇儀器d、f后，由于f是雙孔塞，故還需要增加的儀器是長頸漏斗。若利用圖3所示空塑料輸液袋收集制得的氧氣，氧氣的密度比空氣大，氧氣應(yīng)從a端進(jìn)入。
(7)分子篩制氧的原理是空氣經(jīng)過分子篩時(shí)氮?dú)獗晃健⒀鯕馔ㄟ^，無新物質(zhì)生成，屬于物理變化。
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(10)氧氣循環(huán)再生過程中，水電解生成H2和O2，再通過呼吸作用產(chǎn)生CO2，CO2和H2在催化劑、加熱的條件下生成CH4和H2O，由于循環(huán)再生過程中生成了CH4，而CH4不參與循環(huán)再生過程，消耗了氫元素，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)前后元素種類和質(zhì)量不變，因此要定期補(bǔ)充一定量的水，故填：循環(huán)再生過程中生成了CH4，而CH4不參與循環(huán)再生過程，消耗了氫元素。
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