跨学科实践活动2 自制净水器（教学课件）化学沪教版2024九年级上册

该初中化学课件以水的净化原理与方法为核心，通过野外饮水安全问题导入，先回顾自来水厂沉降、过滤、消毒等环节，再结合家用净水器滤膜（微滤、超滤、反渗透膜）原理，搭建从理论到实践的学习支架，引导学生掌握混合物分离思路。 其亮点在于融合科学探究与实践、科学思维。通过观看视频绘制原理简图，自制净水器时分析杂质成分、分层选用小卵石、石英砂、活性炭等材料并互评优化，探究水流速度影响时运用控制变量法，强化物质性质决定用途的化学观念。中考链接助学生衔接考点，教师使用可提升教学实践性，学生在动手与探究中培养创新意识和严谨态度。

我们从纯净水的净化原理来了解自来水变成纯净水的全过程。自来水经过管道传输后，里面会存在泥沙和铁锈，他们需要一个40微米级的前置过滤器来过滤掉水中的蛋白质、有机物和细菌的个头要小很多，要用0.01微米的超滤膜过滤。直径更小的农药残留以及自来水氯气产生的word则需要0.001微米的耐氯才可以搞定。最后还剩下让水质偏硬的金属离子和矿物质盐，只能依靠最细的RO膜来过滤了。现在我们来看看这五个过滤步骤在净水器中是如何工作的当水进入净水器的第一层过滤是pp棉和活性炭组成的初级过滤，过滤的阻力不算大，在进入最核心的高密度2O模式，这个时候自来水的压力就不够了，需要泵来补充压力。因此PP棉、活性炭2膜再加上一个泵，就组成完整的进水管路了。净水器的性能差异主要还是在它的滤芯上，由于RO膜的成本昂贵，所以厂家都会在RRO膜前面增加一个PP滤芯。它就是我们口罩、净化器、手机壳所使用的PP材料。PP滤芯的作用就是阻止泥沙直接接触RO膜，用于延长RO膜的寿命。它前面的第二个材料就是活性炭了，它除了过滤一些较大的污染物，主要还用来吸附自来水中添加的氯。氯可以有效防止水被细菌污染，但是氯对RO膜的伤害很大，所以活性炭也是保护RO膜滤芯的重要材料。 跨学科实践活动2 自制净水器 九年级化学 上册·沪教版2024 1.进一步巩固水净化的原理和方法。 2.学会设计和制作简单的净水器。 3.综合运用化学、技术、工程及跨学科知识，并对自制净水器进行评价、改进和优化，培养创新意识及敢于质疑、严谨求实的科学态度。 活动目标 2 任务引入 野外的水源是否可以直接饮用？ 如果在野外生存，如何保障饮水安全呢？能否设计制作一个简易的净水器吗？ 不能，水中除了肉眼可见的泥沙、黏土和藻类等，还可能有致病菌、寄生虫等，直接饮用会导致腹泻、绞痛、恶心呕吐等不适症状 3 活动任务 一、了解自来水厂和家用净水器的净水原理 自来水的生产过程 回顾：1.自来水生产过程中，天然水要经过沉降、过滤、杀菌消毒等净化环节，各环节的作用分别是什么？ 使液体中悬浮的固体凝聚而沉降 除去液体中的不溶性固体 消毒、灭杀细菌 2.天然水经处理后得到的自来水是纯净物还是混合物？ 自来水中还含有可溶性杂质，是混合物。 4 活动任务 回顾：如何除去自来水中的可溶性杂质，使其变成纯净物？ 一、了解自来水厂和家用净水器的净水原理 含多种成分的水 加热至 水的沸点 水蒸汽 蒸馏水 冷 凝 蒸馏：加热水至沸腾，再将水蒸气冷凝，收集得到蒸馏水（纯净物） 5 活动任务 思考：如何从净水方法提炼混合物分离的思路？ 一、了解自来水厂和家用净水器的净水原理 天然水 泥沙 带色或异味的物质 细菌 可溶性物质 小颗粒 大颗粒 沉降 过滤 消毒 蒸馏 吸附 蒸馏水 混合物 纯净物 水的净化： 单一净化程度由低到高 分析混合物成分 寻找成分性质差异 利用性质差异选择合适的方法进行分类 混合物分离的一般思路： 6 活动任务 思考：自来水厂净化处理过的水能够直接饮用吗? 一、了解自来水厂和家用净水器的净水原理 资料卡片 自来水厂能除去天然水中大多数杂质，但是水体中对人体有害的离子，以及加氯消毒过程中残留的含氯物质(余氯)是不能被完全除去的，同时输水管道中也难免有些不洁物质和致病细菌，因此不宜直接饮用自来水，应将自来水煮沸后再饮用，或使用市售家用净水器进行二次滤水。 7 活动任务 观看视频，了解家用净水器的工作原理并绘制原理简图。 一、了解自来水厂和家用净水器的净水原理 8 活动任务 家用净水器中常用的几种过滤膜 一、了解自来水厂和家用净水器的净水原理 微滤 超滤 纳滤 反渗透 RO 细菌、悬浮物(0.05-10 μm) 大分子有机物(2-100 nm) 颜料、有机酸等(0.5-5 nm) 无机盐、金属离子(0.1-1 nm) 各种膜的实际过滤效果 滤膜的分子孔径越小，可以过滤的杂质越多 9 活动任务 某家用净水器的净水原理简图 一、了解自来水厂和家用净水器的净水原理 PP棉 5 μm 活性炭 PP棉 1 μm 活性炭 进水口 出水口 除去泥沙 、铁锈等 除色素异味、部分有机物 除大分子杂质 除重金属，钙、镁化合物，细菌病毒等 除色素异味，改善口感 思考：家用净水器是按照什么顺序除去各种杂质的呢？ 按照“先大后小”原理依次过滤水中的杂质 反渗透膜 R O（0.1~1nm） 10 活动任务 思路整理：通过了解自来水厂和家用净水器的净水原理，你认为设计自制净水器有哪些注意事项？ 一、了解自来水厂和家用净水器的净水原理 1. 按照净化程度从低到高的顺序使用净水方法 2. 按照从大到小的顺序依次去除水中的杂质 3. 根据杂质种类选择相应的净水方法和材料 大颗粒难溶性杂质→小颗粒难溶性杂质→可溶性杂质→细菌等微生物 沉降→过滤→吸附→消毒→蒸馏 11 活动任务 二、自制净水器并交流互评 河水中有哪些杂质呢？你能利用下列材料设计制作一款简易净水器净化河水吗？ 物品 石英砂 小卵石 纱布 活性炭 塑料瓶 …… 实物图 …… 单价 (元/kg) 2.76 7.6 3.5 元/卷 56 1 元/个 …… 12 活动任务 二、自制净水器并交流互评 设计思路： 确定杂质成分 选择净水材料 选择净水方法 泥沙 水中的悬浮物 颜色、异味 可溶性杂质 沉淀 过滤 吸附 蒸馏 烧杯或塑料瓶 小卵石、石英砂、纱布 活性炭 蒸馏装置 13 活动任务 二、自制净水器并交流互评 利用生活中的材料：矿泉水瓶、纱布、鹅卵石、沙子、活性炭、蓬松棉等自制净水器，先画出设计图再动手搭建，分组展示净水器。 蓬松棉 纱布 活性炭 石英砂 小卵石 纱布 纱布 纱布 14 活动任务 二、自制净水器并交流互评 检验自制净水器净水效果 取100 mL有颜色的浑浊的天然水，慢慢注入自己小组制作的净水器中，注意不要让水溢出。可从以下几个角度记录净水效果。 测试指标 净化100mL水用时 回收水 的体积 浑浊度 颜色 气味 TDS值 测试结果 15 活动任务 二、自制净水器并交流互评 用TDS笔检测水的TDS值 TDS 是英文 total dissolved solids 的缩写，中文译名为溶解的固体总量，测量单位为毫克/升(mg/L) ，它表明 1 升 水中溶有多少毫克固体溶解物，它包含无机盐和有机物的总量。通过检测溶解性总固体，可以分析水质的总矿化度。 16 活动任务 二、自制净水器并交流互评 自制净水器互评 从以下维度对各小组设计的净水器进行评价。 组别 评价维度 净水原理 选用材料 成本 使用效果 小组1 小组2 …… 根据小组交流的结果，优化本小组的设计方案 17 活动任务 三、探究净水效率的影响因素 不同小组设计的净水器净水效率存在一定差异，哪些因素会影响净水效率呢？ 可以通过实验进行探究并得出结论 18 净水效率 净水方法 装置结构 水流速度 水流方向 …… 材料堆叠厚度 材料堆叠顺序 活动任务 三、探究净水效率的影响因素 影响净水效率的因素有这么多，那设计实验时有哪些注意事项？ 实验过程中要控制单一变量，以排除其他因素对结果的干扰 确定影响因素的条件 实验组 对照组 施加实验变量 不施加 实验变量 控制无关变量相同 对照分析 实验变量的有关结论 19 活动任务 三、探究净水效率的影响因素 以探究水流速度对净水效率的影响为例进行设计实验 明确问题 提出假设 设计实验 探究水流速度的快慢是否对净水效率有影响 相同装置水流速度越快，净化效率越低 1. 制作两个相同的净水器，向一个净水器快速倒入待净化后的河水水样，向另一个净水器中用注射器缓慢加入相同体积的待净化后的河水水样 2. 分别使用观测法和TDS笔检测法对净化水的水质进行检测评分，判断不同水流速度的净水效果 根据实验现象分析，得出实验结论 20 1. （2025·河北·中考真题）“中国水周”期间，学生制作了简易净水器，其中主要用于吸附水中色素的材料是（ ） A．小卵石 B．石英砂 C．活性炭 D．塑料瓶 C 中考链接 21 2．（2025·山东青岛·中考真题）水的天然循环给我们带来了淡水。天然淡水中往往含有泥沙、悬浮物和细菌等杂质，饮用前需要经过净化处理。从物质分类的角度看，天然水属于 。图三是小组同学制作的简易净水器，主要的净水物质有①活性炭  ②小卵石  ③石英砂，水流经它们的顺序为 (填序号)，其中活性炭的作用是 。 混合物 中考链接 ②③① 吸附水中有颜色异味的粒子 22 3. （2024·江苏常州·中考真题）兴趣小组取京杭大运河水样进行净化实验将饮用水瓶和纱布、活性炭等组合成如图所示装置进行水的净化。其中，装置制作较合理的是 (选填“A”或“B”)。通过该装置净化后的水 (选填“适宜”或“不宜”)直接饮用。自制净水器净水材料的选择需要考虑的因素有(写一条) 。 中考链接 不宜 A ‌材料的质量和耐用性以及环保无毒等 23 THANKS! 谢谢观看 九年级化学 上册·沪教版2024 $$