兴趣小组开展"自制简易家庭制氧机"的跨学科实践活动。
活动一:探秘制氧原理。
目前市场上常见的家用制氧机的工作原理有两种:分子筛制氧法和化学试剂法。
(1)分子筛制氧法以空气为原料,当空气经过分子筛时,氮气和氧气分离,获得高浓度的氧气。其微观示意图如图所示。则该制氧机制得的"氧气"属于
混合物
(填"纯净物"或"混合物")。
(2)市场上销售的家用化学试剂制氧机的主要原料一般是过氧化氢溶液或过碳酸钠固体(化学式为$\ce{2Na_{2}CO_{3}· 3H_{2}O_{2}}$)。溶于水后能发生反应$\ce{2Na_{2}CO_{3}· 3H_{2}O_{2}\xrightarrow {MnO_{2}}Na_{2}CO_{3} + H_{2}O + O_{2}}$,且该反应放热。不采用高锰酸钾分解制氧气的原因可能是
高锰酸钾制取氧气需要加热
。
活动二:选择制氧试剂。
【查阅资料】常温常压下产生150 mL的氧气,以5%的过氧化氢溶液为制氧剂需要9.1 mL;以过碳酸钠为制氧剂需要1.41 g。
【实验方案】利用图1装置设计如表实验并记录0~20 min量筒中水的体积。
(3)检查装置气密性时,先堵住末端导管口,将注射器活塞拉动到一定位置,松开手后,活塞回到原位置,说明装置
不漏气
(填"漏气"或"不漏气")。
(4)实验2中水的体积较合适的是
9.1
(填"1.41"或"9.1")mL。
(5)依据图2所示实验结果,小组的同学决定选用过碳酸钠固体作为便携式制氧机的制氧剂,理由是①过碳酸钠是固体,比过氧化氢溶液便于携带;②
过碳酸钠制取氧气的速率更大
。
活动三:自制制氧装置。
(6)小组的同学利用饮料瓶、吸管等废旧物品设计并制作了图3装置。洗气装置中的水除了有过滤杂质提纯氧气的作用外,还可以起到的作用是
AB
(填字母)。
A. 观察氧气生成速率
B. 降低吸入氧气温度
C. 加快氧气生成速率
活动四:成果交流展示。
(7)小组的同学将自制简易家用制氧机在原版本的基础上经历了如图所示的迭代优化,请写出改进后装置的一个优点:
反应装置和洗气装置一体化,方便携带
。
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解析：
【分析】
本题围绕“自制简易家庭制氧机”的跨学科实践活动展开，涵盖制氧原理、试剂选择、装置设计与评价等考点。解题时需结合纯净物与混合物的判断、实验室制氧的差异、装置气密性检验方法、实验数据对比、装置功能分析等化学知识，逐个分析每个问题，明确各小问核心考查点，再结合题目信息与化学原理推导结论。
【解析】
(1) 分子筛制氧法分离氮气和氧气后，获得的是高浓度氧气，仍含少量其他气体，因此属于混合物；
(2) 高锰酸钾分解制氧气需要加热，操作复杂，不适合家用制氧机的便捷需求，而化学试剂法（过氧化氢、过碳酸钠）常温即可反应，更适配家用场景；
(3) 检查装置气密性时，拉动注射器活塞后松开，活塞回到原位置，说明装置内外气压最终平衡，装置不漏气；
(4) 题目明确“5%过氧化氢溶液为制氧剂需要9.1 mL”，因此实验2中对应过氧化氢溶液的体积为9.1 mL；
(5) 结合实验结果可知，过碳酸钠制取氧气的速率更大，且为固体便于携带，因此选择过碳酸钠；
(6) 洗气装置中的水，可通过气泡产生速率观察氧气生成速率（A正确），反应放热时水能降低氧气温度（B正确），无法加快氧气生成速率（C错误），故选AB；
(7) 改进后装置将反应装置与洗气装置一体化，更方便携带，适配家用制氧机的使用需求。
【答案】
(1) 混合物
(2) 高锰酸钾制取氧气需要加热（合理即可）
(3) 不漏气
(4) 9.1
(5) 过碳酸钠制取氧气的速率更大
(6) AB
(7) 反应装置和洗气装置一体化，方便携带（合理即可）
【知识点】
氧气的制备、物质的分类、实验装置的设计与评价
【点评】
本题以跨学科实践活动为背景，将化学知识与生活实际结合，考查学生对制氧原理、装置气密性、实验数据分析等知识点的掌握，同时培养学生运用化学知识解决实际问题的能力，体现了化学的实用性。
【难度系数】
0.6
