第二单元跨学科实践活动1微型空气质量"检测站"的组装与使用---2025-2026学年九年级化学人教版（2024）上册

本文围绕微型空气质量“检测站”的组装与使用展开，介绍空气质量污染物及检测原理等核心知识。承接初中化学知识，融合跨学科内容。通过任务驱动，在探究实践中培养学生化学观念、科学思维等核心素养。 该设计创新点在于跨学科实践，采用项目式教学法。能提升学生解决实际问题能力，为教师提供高效备课资源，强化学生环保意识，有效突破教学难点。

跨学科实践活动1 微型空气质量"检测站"的组装与使用 一、项目背景 空气质量与人类健康和生活环境密切相关，其中颗粒物（如PM2.5、PM10）、有害气体（如二氧化硫、二氧化氮）是影响空气质量的主要污染物。微型空气质量“检测站”是一种通过传感器或化学方法监测空气中污染物浓度的简易装置，其核心原理是将空气中污染物转化为可检测的信号（如颜色变化、电信号等）。本项目结合初中化学知识（如气体传感器原理、化学反应中的物质转化、环境保护等），引导学生组装微型空气质量“检测站”，理解空气质量监测的科学依据，培养环保意识。 二、项目目标 1. 了解空气质量的主要污染物（如颗粒物、二氧化硫、二氧化氮）及其来源； 2. 掌握微型空气质量“检测站”的组装方法，理解其检测原理（如化学传感器、颜色变化反应）； 3. 通过实验检测空气中的污染物浓度，分析空气质量状况并提出改善建议。 三、项目任务与问题设计 任务一：空气质量污染物与检测原理 [项目指引]空气质量污染物种类多样，不同污染物需采用不同的检测方法。化学传感器可通过化学反应将污染物浓度转化为电信号或颜色变化，实现定量或定性检测。 1. 空气质量污染物与来源 (1) 空气中常见的颗粒物污染物包括_________ ，其主要来源为_________（写出两点 ）。 (2) 有害气体污染物中，二氧化硫（SO₂）主要来源于_________ ，二氧化氮（NO₂）主要来源于_________ 。 2. 检测原理与化学方程式 (1) 微型空气质量“检测站”中，常用传感器检测二氧化硫（SO₂）。SO₂是一种酸性氧化物，溶于水会生成亚硫酸（H₂SO₃），化学方程式为_________。 (2) 另一种常见污染物二氧化氮（NO₂）溶于水会生成硝酸（HNO₃）和一氧化氮（NO），化学方程式为_________。 (3) 某些传感器通过颜色变化检测污染物浓度。例如，二氧化氮（NO₂）接触湿润的淀粉-碘化钾试纸时，会氧化碘化钾（KI）生成碘单质（I₂），试纸变蓝。该反应的化学方程式为_________。 任务二：微型空气质量“检测站”的组装 [项目指引]微型空气质量“检测站”的组装需结合传感器特性和污染物检测需求，合理布局各组件。 3. 检测站组件与功能 (1) 微型空气质量“检测站”的核心组件包括_________（填写序号：①气体传感器模块；②数据采集器；③电源模块；④显示屏；⑤过滤网）。 (2) 各组件的功能及连接关系（填字母序号）： - ①气体传感器模块：_______ A.检测空气中的污染物浓度并转化为电信号； - ②数据采集器：_________ B.接收传感器的电信号并转换为数字数据； - ③电源模块：_________ C.为传感器和数据采集器提供稳定电源； - ④显示屏：_________ D.实时显示污染物浓度数据； - ⑤过滤网：_________ E.过滤大颗粒物，保护传感器免受物理损伤。 (3) 组装时需注意_________（写出一点），以保证检测结果的准确性。 4. 检测原理与传感器选择 (1) 检测PM2.5和PM10颗粒物时，通常采用_________（填“激光散射法”或“化学传感器法”），其原理是_________。 (2) 检测二氧化硫（SO₂）和二氧化氮（NO₂）时，可选择_________（填“电化学传感器”或“光学传感器”），理由是_________。 (3) 若需检测空气中的甲醛（HCHO）浓度，可选用_________（填“半导体传感器”或“红外传感器”），因为甲醛能与半导体材料发生_________（填“氧化还原反应”或“物理吸附”），导致电学性质变化。 任务三：组装与检测空气质量 [项目指引]根据设计方案组装微型空气质量“检测站”，并通过实验检测空气中的污染物浓度，分析空气质量状况。 5. 组装与实验 (1) 组装步骤（简要描述）： ① 将_________（填“气体传感器模块”或“电源模块”）固定在检测站底座上； ② 连接_________（填“数据采集器”与“传感器模块”或“显示屏”与“电源模块”）； ③ 安装_________（填“过滤网”或“显示屏”）以保护传感器； ④ 接通_________（填“电源”或“数据线”），启动检测站。 (2) 实验检测： ① 将检测站置于_________（填“室内”或“室外”）环境中，静置10分钟； ② 观察显示屏上的数据，记录_________； ③ 对比国家标准（如PM2.5浓度≤35μg/m³为优），分析空气质量等级 （如“优”“良”“轻度污染”）。 (3) 问题与优化：若检测结果波动较大，可采取的优化措施是_________。 四、参考答案 任务一：空气质量污染物与检测原理 1. (1) PM2.5、PM10；工业排放、汽车尾气 (2) 燃煤、工业生产；汽车尾气、高温燃烧 2. (1) SO₂ + H₂O = H₂SO₃ (2) 2NO₂ + H₂O = HNO₃ + NO (3) 2NO₂ + 2KI + H₂O = I₂ + 2KNO₃ + 2HNO₂ 任务二：微型空气质量“检测站”的组装 3. (1) ①②③④⑤ (2) A B C D E (3) 传感器模块需安装在通风良好处 4. (1) 激光散射法；激光照射颗粒物产生散射光，通过散射光强度计算颗粒物浓度 (2) 电化学传感器；电化学传感器能将气体浓度转化为电信号，灵敏度高 (3) 半导体传感器；氧化还原反应 任务三：组装与检测空气质量 5. (1) 气体传感器模块；数据采集器与传感器模块；过滤网；电源 (2) 室内；PM2.5浓度；优（或良、轻度污染等，根据实际数据判断） (3) 检查传感器模块是否固定牢固（或更换过滤网） 学科网（北京）股份有限公司 $$