第2章 跨学科实践活动2自制净水器导学案-2026-2027学年九年级化学沪教版上册

跨学科实践活动2 自制净水器 导学案 沪教版 初中化学 九年级上册 第2章 空气与水资源 一、学习目标（四维核心素养） 【化学观念】通过自制净水器实践，认识水的净化是利用物质性质差异进行物理分离的过程，形成物质可分、方法可控、分层递进的物质分离观念。 【科学思维】对比分析各层净水材料的作用与匹配关系，运用比较、归纳和系统分析方法设计净水流程，发展工程设计与逻辑推理能力。 【科学探究】经历查阅资料、设计方案、组装装置、测试效果与迭代改进的完整探究过程，学会控制变量进行净水效果对比评价。 【科学态度与责任】体会淡水资源的珍贵与水污染治理的现实意义，树立节水护水的社会责任感，培养严谨求实、合作创新的科学态度。 二、学习重难点 【学习重点】理解净水器中各层材料的作用原理，能根据颗粒大小和吸附性能合理选择并排列净水材料，独立完成简易净水器的设计与制作。 【学习难点】依据净水效果评估装置优劣并提出改进方案，理解各层材料顺序不可颠倒的原因，将工程实践与化学原理有机结合。 三、课前预习案 （一）选择题 1．下列自然水中，属于混合物的是（ ） A．蒸馏水 B．冰水共存物 C．河水 D．水蒸气 2．下列净水方法中，净化程度最高的是（ ） A．静置沉淀 B．过滤 C．吸附 D．蒸馏 3．在自制简易净水器中，活性炭层的主要作用是（ ） A．除去水中不溶性杂质 B．吸附水中色素和异味 C．杀死水中的细菌 D．将硬水软化 4．过滤操作时，不需要使用的仪器是（ ） A．烧杯 B．漏斗 C．玻璃棒 D．蒸发皿 5．下列关于水的说法中，错误的是（ ） A．水是生命活动不可缺少的物质 B．澄清透明的水不一定是纯净物 C．我国淡水资源非常丰富，无需节约用水 D．工业废水必须处理达标后才能排放 （二）填空题 6．自然界中的水通常含有多种杂质，通过__________、__________、__________等方法可以使水得到不同程度的净化。 7．在自制净水器中，从上到下通常依次放置：小卵石、__________、__________、__________和棉花等材料。 8．过滤操作中要注意一贴二低三靠，其中一贴是指__________要紧贴漏斗内壁；二低是指滤纸边缘低于__________，液面低于__________；三靠是指烧杯紧靠玻璃棒，玻璃棒轻靠__________处，漏斗下端紧靠__________。 9．含有较多可溶性钙、镁化合物的水叫做__________，不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水叫做__________。生活中常用__________的方法降低水的硬度。 （三）判断题 10．（ ）经过沉淀、过滤、吸附后得到的水是纯净物。 11．（ ）活性炭可以吸附水中所有杂质，使水变成纯水。 12．（ ）过滤可以除去水中的不溶性固体杂质。 13．（ ）长期饮用蒸馏水对人体健康最有利。 14．（ ）地球上的淡水资源取之不尽、用之不竭。 （四）预习思考题 15．你在生活中见过哪些净水设备或净水用品？它们分别利用了什么原理来净化水？请列举两到三例。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 16．如果让你用一个空饮料瓶自制净水器，你会选择哪些材料？请简要写出你设想的装置结构（用文字描述各层从上到下的排列顺序及材料名称）。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 四、课中探究案 【探究活动一】认识水资源与水污染 1．阅读下列材料，回答问题。 材料一：地球表面约百分之七十一被水覆盖，但其中可供人类直接利用的淡水资源仅占总水量的极小比例，主要分布在江河湖泊和浅层地下水中。 材料二：某环保小组对一条河流进行水质调查，发现上游水质清澈、水生生物丰富；中游沿岸有工厂和居民区，河水出现浑浊和异味；下游水色发黑、鱼虾绝迹。 （1）从材料一可以看出，地球上可供人类直接利用的淡水资源有什么特点？ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ （2）结合材料二分析，造成该河中下游水质恶化的可能原因有哪些？请至少写出三条。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ （3）为保护水资源，我们可以采取哪些合理措施？请从工业、农业和生活三个角度各写一条。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 【探究活动二】净水材料的选择与作用探究 2．实验室提供以下材料：小卵石、石英砂、活性炭、纱布、蓬松棉、明矾。请完成下列探究任务。 （1）将上述材料按颗粒由大到小的顺序排列：________________________________。 （2）小卵石和石英砂在净水中主要起什么作用？为什么要把颗粒大的材料放在上面、颗粒小的放在下面？ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ （3）活性炭为什么能够除去水中的色素和异味？这一过程属于物理变化还是化学变化？ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ （4）加入明矾后，水中悬浮的小颗粒杂质会发生什么变化？明矾在此过程中起什么作用？ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ （5）纱布和蓬松棉在装置中分别起什么作用？如果省略纱布会出现什么问题？ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 3．某同学设计了如下净水材料分层方案（从上到下）：活性炭层、小卵石层、石英砂层、蓬松棉层。 （1）你认为这个方案是否合理？请说明理由。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ （2）请你写出正确的材料从上到下排列顺序，并说明这样排列的科学依据。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 【探究活动三】净水器的制作与效果测试 4．根据以下实验步骤，完成自制净水器的探究。 实验器材：矿泉水瓶（剪去底部、倒置）、纱布、小卵石、石英砂、活性炭、蓬松棉、烧杯、浑浊的河水样品。 （1）制作步骤： ① 将矿泉水瓶截去底部，瓶口朝下倒置，瓶口处先放入一小团蓬松棉； ② 由下向上依次铺设纱布、活性炭层、纱布、石英砂层、纱布、小卵石层； ③ 每层之间用纱布隔开，确保材料不混合； ④ 取浑浊河水从装置上方缓缓倒入，用烧杯在瓶口处接取流出的水。 （2）观察与记录： ① 流入净水器前的水样外观是怎样的？ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ② 经过净水器流出后的水外观发生了哪些变化？请从颜色、浑浊度、气味三方面描述。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ③ 比较流入前和流出后的水，你认为净水器除去了哪些类型的杂质？ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ （3）思考与讨论： ① 净化后的水是否属于纯净物？为什么？ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ② 如果要将净化后的水进一步变成纯净水，可以采用什么方法？ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ③ 你制作的净水器还有哪些不足？请提出至少两条改进建议。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 【探究活动四】净水效果对比与方案优化 5．某小组同学设计了A、B两个净水器方案进行对比实验。 方案A（从上到下）：小卵石→石英砂→活性炭→蓬松棉 方案B（从上到下）：石英砂→小卵石→活性炭→蓬松棉 将等量的浑浊水样分别通过两个净水器，观察并记录出水情况。 （1）你预计哪个方案的净水效果更好？请说明判断理由。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ （2）如果要比较两个方案的净水效果，需要控制哪些变量保持相同？请写出至少两条。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ （3）实验中观察到方案A出水中仍有少量细小黑色颗粒，可能是什么原因？应如何解决？ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ （4）除了材料排列顺序，你认为还有哪些因素会影响净水效果？请至少写出三条。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 【探究活动五】跨学科拓展应用 6．阅读下列情境，回答相关问题。 情境一：野外探险活动中，队员们携带的饮用水用完了，附近只有一条浑浊的山溪。 情境二：某社区开展节水护水宣传活动，需要向居民普及家庭净水常识。 （1）结合本课所学知识，请为情境一中的队员设计一套利用身边物品获取可饮用清水的简易方案，写出所需材料和净水步骤。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ （2）情境二中，如果请你向居民介绍自来水为什么不能直接饮用和家用净水器的基本原理，你会怎样用简明的语言说明？请各写一段话。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ （3）有同学提出，自制净水器得到的水可以直接饮用。你是否同意这个观点？请结合所学知识说明理由，并提出安全饮水的建议。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 7．综合实践题： 学校将举办校园节水护水主题活动，请你以化学课代表的身份完成以下任务。 （1）为本次活动设计三条宣传标语（每条不超过二十字）。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ （2）设计一份家庭净水小调查问卷，需要包含至少四个调查问题，了解家庭用水习惯和净水方式。 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 五、板书设计 自制净水器 ┌──────────────────────────────────┐ │ 一、水的净化方法 │ │ 沉淀 → 过滤 → 吸附 → 蒸馏 │ ├──────────────────────────────────┤ │ 二、自制净水器结构（从上到下） │ │ 小卵石 → 石英砂 → 活性炭 → 蓬松棉 │ │ （大颗粒） （中颗粒）（吸附）（把关）│ ├──────────────────────────────────┤ │ 三、各层作用 │ │ 小卵石：除去较大不溶性杂质 │ │ 石英砂：除去较小不溶性杂质 │ │ 活性炭：吸附色素和异味 │ │ 蓬松棉：阻挡炭粒，精细过滤 │ ├──────────────────────────────────┤ │ 四、水的保护 │ │ 节约用水 · 防治污染 · 人人有责 │ └──────────────────────────────────┘ 六、参考答案 （一）选择题 1．C 2．D 3．B 4．D 5．C （二）填空题 6．沉淀；过滤；吸附（或蒸馏） 7．石英砂；活性炭；蓬松棉 8．滤纸；漏斗边缘；滤纸边缘；三层滤纸；烧杯内壁 9．硬水；软水；煮沸 （三）判断题 10．× 11．× 12．√ 13．× 14．× （四）预习思考题 15．参考示例：家用饮水机滤芯利用过滤和吸附原理除去杂质；自来水厂通过沉淀、过滤、消毒等工艺净化水；鱼缸中放置活性炭可除去水中异味。（言之有理即可） 16．参考方案：从饮料瓶瓶口（下方）到底部（上方）依次放置蓬松棉、纱布、活性炭、纱布、石英砂、纱布、小卵石，每层之间用纱布隔开，防止材料混合。（合理即可） 【探究活动一】 1．（1）淡水资源非常有限，可直接利用的淡水占总水量比例极小，且分布不均。 （2）工业废水未经处理直接排入河中；生活污水和生活垃圾污染水体；农业化肥农药随雨水冲刷进入河流等。（合理即可） （3）工业：废水处理达标后排放；农业：合理使用化肥农药，推广生态农业；生活：污水集中处理，垃圾分类投放，节约用水。 【探究活动二】 2．（1）小卵石＞石英砂＞活性炭＞蓬松棉（按颗粒由大到小排列合理即可） （2）小卵石和石英砂主要起过滤作用，除去水中不溶性固体杂质。颗粒大的材料放在上面，可以先截留较大颗粒，防止堵塞下层细小孔隙，使水流更顺畅，同时提高整体过滤效率。 （3）活性炭具有疏松多孔的结构，表面积很大，能够吸附水中的色素和异味。该过程没有新物质生成，属于物理变化。 （4）明矾溶于水后形成的胶状物会吸附水中悬浮的小颗粒杂质，使之聚集形成较大颗粒而沉降。明矾起絮凝剂的作用。 （5）纱布用于分隔不同材料层，防止材料混合；蓬松棉放在最下方阻挡细小颗粒随水流出。如果省略纱布，各层材料会混合在一起，失去分层过滤的效果。 3．（1）不合理。活性炭放在最上面，未经初步过滤的浑浊水直接接触活性炭，会使活性炭孔隙被不溶性杂质快速堵塞，降低吸附效果，且活性炭容易随水流流失。 （2）正确顺序（从上到下）：小卵石→石英砂→活性炭→蓬松棉。依据：先大颗粒过滤除去大杂质，再小颗粒过滤除去细小杂质，然后利用活性炭吸附色素和异味，最后用蓬松棉精细把关阻挡炭粒，遵循先粗后细、先滤后吸的原则。 【探究活动三】 4．（2）① 浑浊河水呈黄褐色、不透明，可见悬浮颗粒，可能带有泥沙气味。 ② 流出的水变得澄清透明，颜色明显变浅，浑浊度降低，气味明显减弱。 ③ 除去了水中的不溶性悬浮杂质和部分色素、异味物质。 （3）① 不是纯净物。因为净水器只能除去不溶性杂质和部分有颜色、有气味的物质，水中仍含有可溶性矿物质和微生物等。 ② 可以采用蒸馏的方法，将水加热汽化再冷凝收集，得到纯净水。 ③ 改进建议：在活性炭层前增加一层细沙以增强过滤效果；增加材料层数延长过滤路径；在瓶口处增加滤纸或多层纱布进一步精细过滤；定期更换活性炭以保持吸附能力等。（合理即可） 【探究活动四】 5．（1）方案A更好。方案A按颗粒由大到小排列，先由小卵石截留大颗粒杂质，再由石英砂截留小颗粒杂质，水流顺畅且各层分工明确。方案B把小卵石放在石英砂下面，大颗粒杂质会直接堵塞石英砂层，影响过滤效果和水流速度。 （2）需要控制的变量：水样的浑浊程度和用量相同；净水器中各材料的用量和厚度相同；倒入水的速度相同；接水容器相同等。（写出两条即可） （3）可能原因：活性炭颗粒细小，从纱布缝隙中随水流出。解决方法：在活性炭层上下多加几层纱布，或在最下方增加一层蓬松棉以阻挡炭粒。 （4）影响因素：各层材料的厚度和用量；材料颗粒大小是否均匀；倒入水样的速度；装置放置是否竖直；纱布层数多少；活性炭是否充分清洗等。（写出三条即可） 【探究活动五】 6．（1）参考方案：材料可选用矿泉水瓶（去底倒置）、细沙、小石子、木炭（敲碎代替活性炭）、纱布、棉布等。步骤：①将矿泉水瓶截去底部倒置；②从瓶口向上依次放入棉布、纱布、木炭层、纱布、细沙层、纱布、小石子层；③将浑浊山溪水分批缓缓倒入，收集流出的清水；④如有条件，将所得清水煮沸后再饮用。 （2）① 自来水在输送过程中可能携带管道中的杂质和微生物，且含有消毒残留物，虽然达到自来水标准，但煮沸后饮用更安全。② 家用净水器通常采用多级滤芯，先通过PP棉滤除泥沙等大颗粒，再通过活性炭吸附色素和异味，有的还配有超滤膜进一步去除微小杂质和细菌，最终得到更洁净的饮用水。 （3）不同意。自制净水器只能除去不溶性杂质和部分有颜色、有气味的物质，无法除去水中的可溶性细菌和病毒等有害微生物，直接饮用存在健康风险。建议：自制净水器得到的水应煮沸后再饮用；如需直接饮用，还需经过消毒杀菌处理。 7．（1）宣传标语示例：①节约用水，从点滴开始；②保护水资源，生命真永远；③水清人欢，节水有责。（合理即可） （2）调查问卷示例： 问题一：您家庭日常用水主要用于哪些方面？（可多选） 问题二：您家是否安装了家用净水设备？如果有，是哪种类型？ 问题三：您家日常生活中是否有一水多用的习惯？请举例说明。 问题四：您认为当地自来水水质如何？是否存在异味或浑浊现象？ （问题设计合理即可） 学科网（北京）股份有限公司 $