第一节 水的净化与水质检测 第2课时（教学设计） 化学北京版2024九年级上册

第一节 水的净化与水质检测  第2课时 水的净化与水质检测 一、知识目标 1.综合运用沉降、过滤、吸附、蒸馏等净水方法制作简易净水装置； 2.了解海水淡化的方法； 3.了解自来水的生成过程，及生活饮用水的水质标准。 二、核心素养目标 1.化学观念：深入理解水净化过程中沉淀、过滤、吸附、蒸馏等方法的化学原理，应用过滤、吸附等净水方法自制简易净水装置，构建混合物分离的系统观念，认识到化学方法在改善水质方面的重要作用。 2.科学思维：在自制净水器的设计与优化过程中，培养创新思维，提出创新性的解决方案，并通过逻辑推理判断方案的可行性。 3.科学探究与实践：能基于自来水生产原理和生活饮用水的水质标准，掌握基本检测方法，提高动手操作能力、实验设计能力和解决实际问题的能力，能够在实践中发现问题并运用所学知识加以解决。 4.科学态度与责任：认识到自来水生产和水质标准对公众健康的重要性，形成“珍惜水资源、关注饮水安全”的意识；在生活中能运用所学知识，对常见饮水问题（如自来水有异味是否正常）作出科学判断，主动维护自身及他人的饮水健康，承担起关注公共卫生安全的社会责任。 一、教学重点 1.简易净水器的制作思路。 二、教学难点 1.对净水方法的灵活运用到生活实际。 本节教学内容源于北京版初中化学九年级上册第三章《探究水的奥秘》第一节《水的净化与水质检测》第二课时，是理论联系实际的重要章节，帮助学生将课堂所学化学知识应用到解决生活中的水问题，提高学生动手实践能力和知识迁移能力。对培养学生科学探究精神、树立环保意识意义重大，让学生意识到保护水资源、确保水质安全的重要性，为后续学习更复杂的水处理技术和环境科学知识奠定基础。。 教材通过净水的方法、原理及主要应用，利用家庭用品制作一套简易净水装置，详细阐述制作简易净水装置的原理、所需材料和步骤。之后介绍了自来水厂的生产过程，综合利用了沉降、过滤等净水方法，最后阐述了生活饮用水水质部分指标及限值，会涉及常见检测指标（如色度、浑浊度等）的含义。知识呈递进关系，从原理认知到动手实践，再到结果检测分析。教材内容编排由浅入深，注重理论与实践结合，有助于培养学生的科学探究能力和化学学科核心素养。 教学对象为初三的学生。在上一课时的化学学习中，学生学习过沉淀、过滤等物质分离方法，知晓水对生命的重要性，也了解到一些水污染的现象 ，但对于水质检测的具体指标和限值，以及自制净水器的原理和设计，还缺乏系统的认识。 从思维能力看，此阶段学生正从形象思维向抽象思维过渡，能够在教师引导下对实验现象进行一定的分析和总结，但对于较为复杂的概念和原理，如不同水质指标之间的相互关系、净水器中多种材料协同工作的原理等，理解起来仍存在困难，需要教师通过具体的实例、直观的演示等方式帮助学生搭建思维桥梁。 此外，部分学生具备一定的自主学习意识，能够在教师布置任务后，尝试通过查阅资料等方式获取信息，但在信息筛选、整合以及运用知识解决实际问题方面，能力还有待提高。在制作简易净水装置与水质检测的学习中，可能会出现面对众多材料不知所措，以及无法将理论知识应用到实际操作中的情况。因此，教学中应结合学生已有知识和生活经验，不断引导和鼓励，通过设置有趣的问题情境、展示实际应用案例等方式，持续维持学生的学习兴趣，逐步提升学生的化学学科素养和解决实际问题的能力。 教学环节一 新课导入 【提问】同学们，我们要知道在非洲和东南亚很多相对贫困的地区，当地居民难以获得干净的水源，人畜共用水源的现象处处可见，更为糟糕的是，大量村民只能从泥坑里取用“饮用水”。就是这些“饮用水”中的细菌引发的伤寒和痢疾每年至少夺去200万人的生命。那如果是你们，你们会直接饮用这些水吗？为什么？ 【学生回答】不会，因为那些水看起来很脏，有细菌，吃了对身体不好。 【讲解】大家说得都很不错。上节课我们学习过沉降、过滤这些方法，知道如何对污水进行净化，那大家知道如何能设计一款操作简单且能满足基本净化效果的净水器？让我们带着这些问题，一起开启今天的学习之旅。 设计意图 1. 激活生活经验，降低认知门槛：问题直接关联“净水器”这一学生可能在家庭、社区接触过的物品，避免了抽象概念的突兀引入。学生能基于“喝水要干净”的生活常识，快速理解“净化效果”的必要性，同时“操作简单”的限定条件，也贴合了后续“简易装置制作”的实践要求，让学习目标更易被感知。 2. 引发认知冲突，驱动探究欲望：多数学生知道“净水器能净水”，但不清楚“如何设计”，问题恰好戳中这一认知空白。这种“熟悉物品+未知原理”的反差，会促使学生产生“想知道答案”的好奇心，为后续学习“装置结构设计”埋下探究动机。 3.明确学习任务，聚焦核心目标：导入问题本质是将本课的核心任务（设计简易净水器）以提问形式前置，让学生在课程初期就清晰知道“本节课要解决什么问题”。相比单纯讲解“今天我们学做净水器”，提问式导入更能让学生从“被动听课”转向“主动思考解决方案”，为后续的实验设计、动手操作环节奠定目标导向。 教学环节二 自制简易净水装置 活动一：回顾净化水的主要方法、原理及主要应用 【讲解】今天我们来学习自制简易净水装置和学习生产实际中水的净化与水质检测。先来了解自制简易净水装置的实践目标。能应用过滤、吸附等净水方法自制简易净水装置。能说出净水方法的原理。能选择适宜的材料和用品设计并组装装置。能用文字、图片、视频等方式清晰表达实践过程和结果。 【提问】在正式制作简易净水装置之前，我们复习上节课学习内容，了解净化水的主要方法、原理及主要应用。现在请同学们一起来回答这份表格。 净化方法 原理 主要应用 【学生回答】沉降是利用重力作用使水中较大颗粒的不溶性杂质沉降；过滤是利用多孔性的过滤介质截留水中悬浮颗粒；吸附是利用活性炭等具有吸附性物质除去有色、有味、能溶于水的杂质；蒸馏是利用液体混合物中各组分沸点不同，通过加热的方法使水变成水蒸气后冷凝成水。 【讲解】说的很不错，我们还要知道沉降主要应用去除大颗粒不溶性物质；过滤主要应用豆浆滤网、雨水篦子；吸附主要应用红糖脱色、家用净水、防毒面罩；蒸馏主要应用酿酒工艺、制药工业、石油炼制。 设计意图 通过回顾旧知识，激活已有储备，降低学习难度，为新知学习搭建“认知桥梁”，实现知识的衔接与能力的迁移。 活动二：制作简易净水装置的材料要求 【实验设计】将学生分成若干小组，每组发放实验材料（塑料瓶、小卵石、石英砂、活性炭、纱布、剪刀、吸管等）和实验报告册。引导学生根据所学的水净化方法，设计自制简易净水装置的方案。要求学生在实验报告册上绘制装置简图，小组讨论并标注各层材料的名称和作用，并说明设计的理由。教师巡视各小组，与学生交流讨论，给予适当的指导和建议。提醒学生考虑材料的填充顺序、厚度以及进水和出水的方向等因素对净水效果的影响。 【提问】现在请同学们根据发放实验材料（塑料瓶、小卵石、石英砂、活性炭、纱布、剪刀、吸管等）和实验报告册，利用所学的水净化方法，设计自制简易净水装置的方案，现在请一组同学来展示他们组的简易净水装置。做的非常好。能说一说你们组实验材料摆放顺序的理由？ 【学生回答】根据除杂顺序，遵循过滤杂质由大到小顺序摆放。 【讲解】非常好。我们要按照杂质大小顺序去摆放，大颗粒难溶性杂质→小颗粒难溶性杂质→可溶性杂质→细菌等微生物这个顺序进行除杂，放置顺序按照塑料瓶口 - 带导管的橡胶塞 - 棉花层 - 活性炭层 - 沙子层 - 小石子层 - 塑料瓶底，从下至上放置顺序。你们组做的很到位。 【提问】那我们在请一组同学来说说各部分材料的作用是什么？ 【学生回答】小石子是初步过滤层，去除水中的较大颗粒杂质，如泥沙、碎屑等，‌沙子比小石头小一些，可以提供更细致的过滤效果，去除更小的颗粒杂质。 【讲解】那还有其他呢？可以根据我们上节课学习的净水内容去思考 【学生回答】活性炭可以吸附色素、异味和部分可溶性杂质，提升水的口感和清澈度；‌棉花是最后过滤层，去除剩余的微小颗粒和杂质，确保出水更清澈。 【讲解】说的非常好，还有要知道‌带导管的橡胶塞‌，用于封闭塑料瓶口，并允许水通过导管进入烧杯；塑料瓶‌可以作为整个净水装置的外壳，提供支撑和容纳空间。 【提问】那我们每一层材料的用量可以随意吗？同学们可以互相看看其他组得到的水的澄清程度一样吗？ 【学生回答】有点不一样，他们组浑浊一些。 【讲解】是的，为了过滤的水更加的澄清，没有异味，每一层的用量应根据塑料瓶的大小和预期的水处理量来确定。 一般来说，棉花层应较薄，小石子层和沙子层应较厚，活性炭层可以根据需要调整厚度。 【学生实验】让学生按照设计的装置图组装并完成水的净化。 【教师活动】教师在教室中巡回指导，确保学生正确使用工具，注意安全。提醒学生在制作过程中保持操作规范。观察学生制作过程中遇到的问题，及时给予帮助。 设计意图 通过小组讨论，明确材料的要求，有助于学生理解材料要求的逻辑，掌握设计与材料匹配的核心方法，培养学生结合场景选择材料的能力，提升设计思维。 活动三：简易净水装置改进措施 【学生实验】等待各小组完成净水器制作后，进行净水测试。取 100mL 有颜色的浑浊天然水，缓慢倒入自制净水器中，用干净的烧杯收集过滤后的水，观察并记录净水效果，组织学生对比不同小组净水器的净水效果，分析产生差异的原因。引导学生从材料的选择、填充顺序、厚度等方面进行思考和讨论。 【讲解】老师刚才看了部分组的成果非常好，拍摄成视频，我们一起来看下。我们想下，不同小组净水器的净水效果有差异有，要怎么办？小组讨论。 【学生回答】可以增加活性炭用量，提高对色素和异味的吸附能力，也可以沙子可以换成石英砂，以提高对细小颗粒的过滤效果。 【讲解】说的非常好。 现在我们有请各小组代表发言，分享本小组实验过程，内容涵盖小组自制净水装置的全过程，包括设计思路、材料选择、制作过程、净水效果以及反思与改进想法。 设计意图 通过小组讨论，明确材料的要求，有助于学生理解材料要求的逻辑，掌握设计与材料匹配的核心方法，培养学生结合场景选择材料的能力，提升设计思维。 活动四：设计净水装置的评价表及小组各成员学习情况的评价表 【提问】每一组同学都有不同的想法，相信你们都觉得自己是最好的，那现在让我们一起设计净水装置的评价表及小组各成员学习情况的评价表，进行交流和研讨。对于净水器，我们可以从哪些角度进行评价？ 【学生回答】净水的速度、干净程度。 【讲解】说的非常好，评价净水器，各小组可以从净水效果、过滤速率、制作工艺等角度进行自评与互评。对于改进净水器，各小组可以对比其他小组的产品，分析自己小组产品的问题，进一步改进净水器。 【提问】那对于小组各成员学习情况的评价表？ 【学生回答】参与度、认不认真的态度。 【讲解】说的很好，我们制作小组各成员学习情况评价表设计‌，可以从‌参与度、‌合作精神、‌问题解决能力、‌学习态度这几方面进行评价，‌参与度‌是指记录成员在设计和制作过程中的活跃程度和贡献。‌合作精神‌是指评估成员在小组合作中的协作和沟通能力。‌问题解决能力‌是指根据成员在面对挑战时提出解决方案的能力进行评分。‌学习态度‌是指考虑成员对任务的认真程度和对新知识的接受速度。现在请同学们进行评价。 设计意图 1.活动评价表：客观衡量活动效果，明确改进方向，保障活动质量。 2. 成员评价表：精准反馈学习表现，促进互助，提升整体学习效率。 教学环节三 生产实际中水的净化与水质监测 活动五：海水淡化的方法 【讲解】对于简易净水装置我们已经有所了解，那接下来让我们一起学习生产实际中水的净化与水质监测，【提问】我们先来看一个资料，我们知道海水资源极其丰富，但淡水资源严重匮乏。为解决淡水不足的问题，人们把海洋中的盐分脱去后，变成可供人们利用的淡水，这个过程叫作海水淡 化。淡化海水的方法有多种。我们有什么办法进行海水淡化，请同学们一起阅读资料，进行总结？ 【学生回答】书本中介绍有冻结法、蒸馏法 和反渗透法。 【讲解】没错，冻结法是指冷冻海水使之结冰，在液态海水变成固态冰的同时，将溶有盐分的水排走，从而将盐分分离出去，剩下的冰就是我们所需要的淡水；太阳能海水淡化装置利用的是蒸馏法。当太阳光透过玻璃顶棚射入盛在黑色石槽中的海水时，海水温度 不断升高，水变成水蒸气，水蒸气在倾斜的玻璃顶棚上凝结成水珠流入水槽，并通过水管被收集。反渗透法又叫超过滤法，是一种利用特殊膜将海水与淡水分离开，从而达到淡化海水目的的方法。这种膜只允许水通过，不允许溶解在水中的物质通过。 设计意图 引导学生阅读资料，整合材料，有助于培养学生信息提取整合能力，提升归纳总结素养，为后续学习奠定基础。 活动六：海水淡化的方法与前面学习水的净化方法的比较 【提问】那对于海水淡化的方法，我们有所了解，现在请同学们思考以下问题：海水淡化的方法与前面学习的水的净化方法有哪些相似之处？利用了物质的哪些性质？ 【学生回答】两者都是去除杂质，利用物质的熔点、沸点，还利用到特殊膜。 【讲解】说的很对，它们的相似之处都涉及到去除杂质的过程，以得到更纯净的水。都利用物理性质来分离和去除不需要的物质。利用物质的性质有所不同，冻结法是利用海水中各成分熔点的不同，‌蒸馏法是利用海水中各成分沸点的不同，‌反渗透法是利用物质渗透性的差异和半透膜的特性。现在请同学们在书本做好笔记。 设计意图 引导学生比较新旧知识，建立知识关联，深化理解，实现旧知迁移与新知内化， 辨析异同，构建知识体系，提升知识应用能力。 活动七：了解水质检测仪检测指标 【提问】海水淡化主要是降低其中盐类物质的含量，可用水质检测仪测试水样。查阅资料了解水质检测仪检测的是水的哪些指标。 【学生回答】‌电导率‌、浊度。‌ 【讲解】还有吗? 【学生回答】‌微生物指标。 【讲解】说对了，请同学们一起看ppt，我们要知道水质检测仪通常检测水的多个指标，包括但不限于：pH值‌：反映水的酸碱度。‌溶解氧‌：表示水中溶解的氧气量。‌电导率‌：反映水中离子的浓度，与盐度有关。‌浊度‌：表示水中悬浮物的含量。‌重金属离子浓度‌：如铅、镉、汞等有害金属离子的含量。‌有机物含量‌：如石油类、农药残留等有机污染物的浓度。‌微生物指标‌：如细菌总数、大肠杆菌数等，反映水的生物污染程度等等。做好关键词笔记。 设计意图 引导学生课前查阅资料，做好充分预习，拓宽知识边界，锻炼信息筛选整合能力，培养自主学习与探索精神。 活动八：海水净化方法的优缺点及解决思路 【提问】我们学习了海水净化的3种方法，之前也让同学回家查阅资料去了解从大规模生产的角度看，以上三种方案的优点与存在的困难都有哪些？你的解决思路是什么？现在请一位同学回答。 【学生回答】蒸馏法，优点‌：技术成熟，适用于各种含盐量的海水淡化。困难‌：能耗高，设备投资大。解决思路：开发更高效的热交换器和蒸馏设备，利用可再生能源（如太阳能）作为热源。冻结法，优点‌：可以得到纯度较高的淡水，同时回收盐分。困难‌：操作复杂，结晶速度慢，设备占地面积大。解决思路：优化结晶条件，如温度、浓度等，开发新型结晶材料和技术。反渗透法，优点‌：能耗相对较低，操作简单，易于维护。困难‌：膜材料成本高，易受污染和损坏。解决思路：研发更耐用、抗污染的膜材料，优化膜分离工艺，提高膜的使用寿命和效率。 【讲解】说的非常好，看来课前查阅资料很认真。 设计意图 引导学生课前查阅资料，做好充分预习，拓宽知识边界，锻炼信息筛选整合能力，培养自主学习与探索精神。 活动九：自来水厂的自来水生产过程 【提问】我们已经了解了海水淡化的几种方法，也知道这些方法的优缺点，但大家知道自来水厂的生产过程吗？现在请同学们一起阅读书本资料。我们一起总结自来水厂的自来水生产过程。 【讲解】饮用水对我们的生活极其重要。饮用水通常来自地表或地下的天然水源，通过自来水厂处理后流进千家万户。以下资料介绍了自来水厂的生产过程，综合利用了沉降、过滤等净水方法，还增加了消毒环节。自来水的生产需要比较复杂的过程和较高的生产成本，看图3-17 自来水厂及自来水的生产流程可以知道，打开水龙头，自来水就会流出。但是自来水其实不“自来”，它的生产需要比较复杂的过程和较高的生产成本。通常的生产流程，首先向天然水中加入絮凝剂，使悬浮在水中的微小颗粒状杂质被吸附凝聚，后在澄清池中沉降分离，除去不溶性杂质，再经过活性炭吸附，除去可溶性杂质，色素、异味，这部分都是物理变化，然后让澄清的水流经过膜处理设备，用ClO2、Cl2杀细菌、病毒，再输送到千家万户，这个步骤是化学变化，当然在出厂之前这些水还要经过严格的检测，达到《生活饮用水卫生标准》质量要求后，才能成为合格的自来水。 设计意图 引导学生阅读资料，整合材料，有助于培养学生信息提取整合能力，提升归纳总结素养，为后续学习奠定基础。 活动十：自来水的卫生标准 【提问】自来水的卫生标准可以随意定吗？ 【学生回答】不能 【讲解】我们要知道饮用水质量关系到人们的身体健康和安全，因此其标准严格，包括物理指标、 化学指标和微生物指标。净化后的水都须依据专门的需求达到一定的质量标准。例如，污水处理厂一般得到“中水”，主要用于灌溉、景观等，不可直接饮用。我们一起看下表3-1 生活饮用水水质部分指标及限值，完成ppt。 【ppt展示】 检测指标 标准要求 色度 即水的颜色，饮用水的色度如大于 15 度时多数人即可察觉。规定饮用水的色度 。 浑浊度 用以表示水的清澈和浑浊的程度，是衡量水质良好程度的最重要指标之一，也是考核水处理设备净化效率和评价水处理技术状态的重要依据。饮用水的浑浊度 。 臭和味 公共供水正常臭味的改变可能是原水水质改变或水处理不充分的信号。饮用水 。              肉眼可见物 主要指水中存在的、能以肉眼观察到的颗粒或其他悬浮物质。饮用水 。 游离氯 是指水经加氯消毒，接触一定时间后，余留在水中的氯量。游离氯在水中具有持续的杀菌能力，可防止供水管道的自身污染，保证供水水质。饮用水游离氯不低于 。 细菌总数 水中含有的细菌，来源于空气、土壤、污水、垃圾和动植物的尸体，其中包括病原菌。饮用水的标准为 1 mL 水中的细菌总数不超过个 。 总大肠菌群 是一个粪便污染的指标菌，可以表示水中是否有粪便污染及其污染程度。在水的净化过程中，通过消毒处理后，总大肠菌群指数如能达到饮用水标准的要求，说明其他病原体、病原菌也基本被杀灭。饮用水标准是在检测中 。 【学生回答】不应超过 15 度、不超过 1 度、不得有臭味、异味、不得含有肉眼可见物、0.3 mg/L、100 、不应检出 【讲解】回答正确，本节课的学习内容到此为止，我们一起来总结本节课的学习内容。 设计意图 引导学生阅读资料，整合材料，有助于培养学生信息提取整合能力，提升归纳总结素养，为后续学习奠定基础。 1、 自制简易净水装置 1. 除杂顺序 2. 放置顺序 2、 海水淡化 1. 冻结法 2. 蒸馏法 3. 反渗透法（超过滤法） 3、 自来水生产 河水- 絮凝剂 -澄清池（排出沉淀物）-滤水池（排出残渣）-活性炭吸附 -清水池-经膜处理设备- 消毒 - 用户 1.项目式学习小组制作的简易净水器（如图），下列说法正确的是（　　） A．该装置能对水进行杀菌消毒 B．该装置能除去水中颜色和异味 C．该装置能把硬水转化为软水 D．该装置能除净水中可溶性杂质 2.如图为简易净水器，其中小卵石、石英砂的作用是（　　） A．过滤 B．沉降 C．吸附 D．蒸馏 3.下列不属于自来水厂使用的净水方法是（　　） A．沉降 B．过滤 C．吸附 D．蒸馏 4.某地著名湿地公园——彩云湖旁修建了一座污水处理厂，该厂可将生活污水净化处理，以下有关净水过程的说法正确的是（　　） A．过滤可以除去污水中所有杂质 B．用活性炭吸附可以除去污水中的异味及色素 C．自来水厂用明矾消毒杀菌 D．自来水厂的净水步骤：沉淀→过滤→吸附→消毒→蒸馏 5.海水淡化是缓解淡水资源短缺的有效途径之一，如图所示为一种海水淡化简易原理，下列有关说法错误的是（　　） A．太阳能作用下，水分子运动速度加快 B．液态水变为水蒸气，分子间隔大 C．海水变为淡水，水分子化学性质不变 D．水蒸气冷凝为水，水分子本身变小 在本次教学中，通过实验探究和问题引导，将知识应用到生活中，实操激发学习兴趣，学生对水的净化知识理解更深，对自制简化净水装置有了更深刻理解。但部分学生对水的净化原理理解不够深导致认知的误区，分组合出现小组分工乱等问题，后续需优化材料与示范，细化原理和分工。在今后教学中，对于抽象概念应多引入生活实例，帮助学生理解。实验环节可进一步优化，增加学生动手操作机会，提高学生参与度和探究能力。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$