跨学科实践活动1 微型空气质量“检测站”的组装与使用-【勤径学升】2026-2027学年九年级上册化学实验报告册(人教版·新教材)

跨学科实践活动1微型空气质量“检测 站”的组装与使用 图活动目标 结合所学知识，组装一个微型空气质量“检测站”，并检测空气质量。通过实践活动，体会科学、 技术、社会的相互关系。 竖活动设计与实施 任务一认识空气质量检测的意义 1.(1)空气主要污染物 以烟尘(PMo、 )和有害气体（二氧化硫、 、二氧化氮、 )为主， 不同地区的首要污染物不同。 (2)空气污染的影响 严重损害人体健康，加剧人类呼吸道疾病；影响作物生长，导致农产品产量下降；破坏生态 平衡。 2.防治空气污染的具体措施 使用清洁能源，提高新能源汽车比例；加强空气质量监测，建设健全移动源监管系统；工厂废气处 理达标后排放，推进钢铁、水泥行业超低排放改造和玻璃、石油、化工等重点行业企业深度治理； 汽车尾气净化处理，限制柴油货车的尾气排放； 等。 任务二参观与访谈 1.空气质量监测站仪器 【信息检索】 (1)监测仪器及原理 本地监测站 适用污染物 检测技术 常见仪器设备 使用的仪器 PMo、PM2.5 β射线吸收法 Thermo Fisher 5014i 氮氧化物、臭氧 化学发光法 Ecotech EC9810 非分散红外 二氧化碳、甲烷 LI-COR LI-850 (NDIR) 差分吸收光谱 二氧化硫、二氧化氮 OPSIS SM200 (DOAS) 氧化碳、有机物 电化学传感器 Aeroqual S200/S300/S500系列 /20 第二单元空气和氧气 初中实验探究报告册 (2)数据处理（预处理→数据分析→可视化处理） 预处理：处理异常值、填补缺失值、数据标准化等。 数据分析：AQI计算、污染峰值频率等。 可视化处理：AQI颜色分级、污染源贡献饼状图等。 2.本地空气污染物种类 【信息检索】 (1)材料：节选自《2025年黑龙江省生态环境质量状况》 2025年，全省环境空气质量状况良好。全省平均优良天数比例为93.7%，其中采暖期平 均优良天数比例为89.7%，非采暖期为97.7%。 全省PM2.5、PMo、SO2、NO2、CO、O3-8h平均浓度分别为27μg/m3、41g/m3、8g/ m3、16g/m3、0.9mg/m3、108μg/m3,与上年同期相比，除O3一8h浓度同比上升3μg/m3 外，其余5项污染物浓度同比均下降或不变。 (2)影响因素 ①风速：风速>3m/s时，可有效促进污染物水平扩散，降低PM2,s浓度；风速<1.5m/s:静稳 天气下污染物易积聚； ②风向：冬季冷高压会加重黑龙江地区的PM2.5; ③温度：冬季低温需要燃煤取暖，PM2.5和二氧化氮的排放量上升；夏季高温需要空调制冷，二 氧化硫和臭氧的排放量上升。逆温效应也会影响空气质量； ④湿度：湿度过高会导致能见度下降，形成二次气溶胶，加重呼吸道疾病； ⑤降雨：强降雨（日降雨量>20mm)可有效冲刷PMo和PM2.5,但对气态污染物的清除效果 有限；毛毛雨（日降雨量<5mm)无法有效清除污染物，反而增加湿度。 任务三微型空气质量“检测站”的组装 1.根据黑龙江省主要污染物，选择需要的传感器 【信息检索】 (1)材料：节选自《黑龙江省大气污染防治分析报告》 黑龙江省空气质量呈现明显的季节性、区域性特征，空气污染的主要排放源为供暖燃煤、 秸秆焚烧、移动源排放，主要助推因素为不利气象条件和区域传输。 优良天数比率 PM2浓度(ug/m3) 100% 3 30 28.4 96% 93.7% 28.026.8 92.9% 92% 20 88%87.0% 88.1% 10 84% 80% 01 2020年 2025年 2020年 2025年 口全国口黑龙江省 口全国口黑龙江省 “十五五”时期，省生态环境厅将以全面改善空气质量为核心，持续降低PM2.5浓度为主 线，重点聚焦燃煤、秸秆焚烧等影响空气质量改善的主要矛盾及“十五五”大气污染防治重点 任务，靶向施策，攻坚发力。 21/ 初中实验探究报告册 化学九年级上册 (2)常见传感器分类 适用污染物 检测技术 常见仪器设备 优点 缺点 成本低、实时响应、 湿度大时误差 PM1o、PM2.5 激光散射法 攀藤PMS5003 体积小 增大 氮氧化物、一 寿命短，存在交 电化学传感器 Alphasense CO-B4 低功耗，高灵敏度 氧化碳 叉干扰 气态有机物、 金属氧化物半 温湿度敏感，需 Figaro TGS2600 响应快，成本极低 臭氧 导体 要频繁校准 2.设计研究传感器、数据采集器和计算机的连接组装方案 (1)借助常见仪器设备或传感器的工作原理。 (2)确定传输形式（有线/无线）、存储方式（本地/云端）。 (3)确定组装方案。 任务四微型空气质量“检测站”的使用 1.选择地点，检测记录 PM2.5 PM1o O3 二氧化氮 二氧化硫 一氧化碳 地点1 地点2 2.分析评价 通过设备所需的专业软件对数据进行预处理，根据AQI计算（污染物的权重公式）、污染物峰值频 率等方法进行统计分析，最后构建相应模型。 竖展示与安流 1.展示自己组装的微型空气质量“检测站”，做好交流评价。 2.交流处理和显示数据的设备，分析优劣势。 延伸思考 1.为什么要用不同的传感器来测不同的污染物？ 2.组装好检测站后，发现某一天PM2.5数值突然变得特别高，但那天明明是晴天，周围也没有烟囱 或施工。你觉得可能是什么原因导致数据异常？应该怎么验证？ /22 第二单元空气和兼气初中实验探究报告册 3.假如你要为你所在的城市设计一款简易的空气质量检测站，只能装三种传感器，你会选哪三种？ 请说明理由。 剑实践反馈 1.(哈尔滨期中)社会实践小组的同学组装了一个微型空气质量“检测站”，得到了当日学校附近空 气的质量报告如图，下列说法正确的是 ( 150 空气主要污染物(ug/m) A.图中的X代表二氧化碳 100 200 一氧化碳-0.5 B.空气污染只会影响动植物的生长，不会损害人体 AQI X …9 50 健康 250臭氧-…80 35 PM10-35 C.空气质量指数越大，空气质量状况越好 0 300 二氧化硫 6 D.当日首要污染物为臭氧 PM25 24 2.(哈尔滨期中)某校实践小组的同学们在老师的组织下，以空气质量“检测站”为载体，多角度地对 空气污染物的监测、成分、处理等展开了项目化学习。 任务一：网络调查近期黑龙江空气质量 【网络查询】通过黑龙江省生态环境厅查得某日的空气质量如下表所示： 地区 哈尔滨 大庆 双鸭山 牡丹江 鹤岗 齐齐哈尔 七台河 AQI 67 62 70 57 44 62 58 首要污染物 PMio PMIo PMio PMIo PM1o PMio 级别 Ⅱ I Ⅱ Ⅱ Ⅱ 【讨论交流】 (1)空气质量最优的是 地区，空气质量指数(AQI)越 ,空气质量越优。 各地的首要污染物几乎都是 0 任务二：微型空气“检测站”监测空气质量 【调查研究】 微型空气“检测站”可实现对环境中空气污染物、风向、风速、温度、湿度、气压的监测。 【反思评价】 (2)某地每日定时在路面洒水，好处是 任务三：实验探究本地空气中二氧化硫是否存在 【背景研究】 (3)鹤岗能源结构以煤为主，燃煤可能会产生二氧化硫、 (答一条)等空气污染物。 【成果分享】 (4)同学们通过各种方式，认识到了空气质量检测的重要性，学会了微型空气质量“检测站”的使 用。在本次项目化学习活动中，同学们提出了很多合理化的建议。为改善空气质量，作为中 学生，你可以做的是 (答一条)。 23/ 初中实验探究报告册 化学九年级上册 多维评价 跨学科实践活动1微型空气质量“检测站”的组装与使用 班级： 姓名： 组别： 日期： 评价维度（权重） 评价指标（核心要求） 自评 互评 师评 ①能准确阐述空气主要污染物及其来源、对 人体健康和农作物的危害； 1.知识理解(20%) ②能清晰解释我国防治空气污染的具体措 施及其科学原理 ①能根据本地污染特征合理选择传感器，并 设计可行的组装方案； 2.实践能力(25%) ②能独立或在小组内协作完成硬件组装、软 件安装与调试，并解决遇到的技术问题 ①能规范采集多地点、多时段的检测数据， 并如实记录； 3.创新探究(20%) ②能运用图表等方式有效处理数据，并基于 数据进行空气质量分析和评价 ①展示环节能清晰、有条理地介绍“检测站” 的组装方法、使用说明及检测结果； 4.成果展示(20%) ②能客观评价他人的作品，并虚心接受他人 的合理建议 ①在小组合作中积极承担任务，主动参与讨 论与动手操作； 5.情感态度(15%) ②表现出对环境保护的责任感，能联系实际 提出改善空气质量的建议 备注： 得分=自评×20%+互评×30%+师评×50% 满分：100分得分： 综合评价等级：☐优秀（≥90）☐良好(75~89)☐合格(60~74)☐待改进（≤59） 评语（教师/组长简评）： /24初中实验探究报告册 化学九年级上册 (2)H2O2 MnO2H2O+Oz 【实验步骤】(1)不复燃(2)大量气泡 复燃(3)大 量气泡复燃 【注意事项】 1.液体喷溅 2.过氧化氢溶液 二氧化锰 3.氧气受热逸出 氧气 4.温度 探究交流 1.过氧化氢溶液中加入二氧化锰之后，带有火星的木 条复燃，反应停止后重复加入过氧化氢溶液，带有火 星的木条再次复燃，说明二氧化锰保有对过氧化氢 分解的催化作用，进而说明二氧化锰的化学性质 不变。 2.步骤如下：①称量干燥二氧化锰的初始质量，记为 m1;②向试管中加入一定量的过氧化氢溶液，再加 入步骤①中的二氧化锰粉末；③待反应至无气泡冒 出，试管冷却后，过滤收集二氧化锰固体，用蒸馏水 洗涤二氧化锰2~3次；④干燥并称量二氧化锰的最 终质量，记为m2,比较m1与m2的大小。 延伸练习 1.(1)过氧化氢三氧化锰水+氧气(2)不科学 (3)乙、丁（或乙、戊或戊、丁或乙、丁、戊） (4)加入的催化剂的量更多或过氧化氢溶液的浓度 更大（合理即可） 2.(1)C(2)02(或氧气) (3)过氧化氢二氧化锰水十氧气 实验活动1氧气的实验室制取与性质 实验过程 一、【实验原理】 (1)○高锰酸钾加势锰酸钾十二氧化锰+氧气 ②KMhO,加热K,MnO,十MnO,十O, (2)固加热 【实验步骤】装置气密性药匙（或纸槽）棉花 下铁架台均匀 气泡连续并比较均匀地放出 导管酒精灯 【注意事项】 1.气体导出 2.防止加热时试管内的粉末状物质进入导管 3.下5.试管因受热不均而炸裂 6.集气瓶口有大气泡冒出7.正 8.水槽中的水倒吸入试管，使试管因骤然冷却而 炸裂 二、【实验步骤】 缓慢火柴快燃尽 【实验现象】 (1)白变浑浊C+0,点C0, (2)火星四射黑Fe十O,点燃Fe,O, /72 【注意事项】 1.使木炭与氧气充分接触，防止快速插入时因木炭 燃烧放热导致氧气受热逸出，使燃烧不充分 2.(1)聚集热量、提高局部温度，使铁丝更易被点燃 并持续燃烧 (2)引燃铁丝 (3)防止溅落的高温熔融物炸裂集气瓶底 (4)防止因火柴燃烧消耗过多氧气，导致铁丝无 法持续燃烧 探究交流 1.收集前集气瓶内未盛满水（或没有等气泡连续并比 较均匀地放出就开始收集等)。 2.收集的氧气不纯（或未等火柴燃尽就放入集气瓶等）。 延伸练习 1.B2.C 3.(1)铁架台 (2)KMnO,加热K,MnO,十MnO,十 O2(3)D 氧气密度比空气大(4)①③② (5)略 4.(1)酒精灯(2)C (3)KMnO,加热K,Mn0,十MnO,十O,在导管口 b处放一根带有火星的木条，若木条复燃，则收集满 跨学科实践活动1 微型空气质量“检测站”的组装与使用 【活动设计与实施】 任务一 1.(1)PM2.5一氧化碳臭氧 2.植树种草（合理即可） 任务二 1.略（根据实际情况填空） 任务四 1.略（根据实际情况填空） 【延伸思考】 1.示例：不同的污染物有不同的性质。比如PM2.5是 固体小颗粒，需要用激光或者光散射的方法计数；而 二氧化硫是一种气体，需要用化学方法让它发生反 应才能测出来。就像我们用温度计测温度、用刻度 尺量长度一样，每种传感器专门检测一种污染物，这 样才能测得准。如果只用一种传感器，它只能测出 某一种物质，对其他物质没反应，就没办法知道空气 里到底有什么有害物质了。 2.示例：可能的原因有很多，比如：①传感器被灰尘挡 住了（进风口堵塞）；②下雨天湿度太大，影响了激光 传感器的测量；③电池快没电了，电压不稳导致读数 错误；④有小飞虫钻进了传感器内部。 验证方法：先把检测站拿到室外干净通风的地方吹 一吹，再和附近正规气象站或环保部门公布的空气 质量指数(AQ)对比一下。如果相差很多，就需要 清洁传感器或者更换电池。还可以做一个小实验： 在旁边点一根蚊香（注意安全），看数值会不会明显 上升，如果没有明显变化，说明传感器可能坏了。 3.示例：我会选PM2.5传感器、二氧化硫传感器、温湿 度传感器。理由如下：PM2.5是雾霾的主要成分，能 钻进人的肺里，对健康危害最大，冬天尤其需要重点 监测。二氧化硫是工厂和燃煤取暖排出的刺鼻气 体，容易引起咳嗽和哮喘，夏天工厂排放多时需要关 注。温湿度虽然不算“污染物”，但它会影响其他传 感器的读数（比如湿度太高会让PM2.5测量值偏 高)，还能帮助我们判断是不是因为潮湿导致了数据 异常。另外，温度和湿度本身也是舒适度的重要指 标。这样既能抓住主要污染物，又能辅助校准数据， 比较实用。 实践反馈 1.D 2.(1)鹤岗低PM10 (2)降低PM。的浓度 (3)二氧化氮（合理即可） (4)植树种草（合理即可） 第三单元物质构成的奥秘 探究4分子运动现象 实验过程 【实验步骤】 (1)无色不能(2)由无色变为红色能(3)由无 色变为红色不变色挥发变红 【注意事项】 限制氨分子的运动范围，保证短时间内观察到实验 现象 延伸练习 1.(1)分子在不断地运动(2)越小 (3)①不要②立即盖上灯帽 2.(1)abc(2)浓硫酸十氨气→硫酸铵 跨学科实践活动2制作模型并展示 科学家探索物质组成与结构的历程 【活动设计与实施】 任务一 2.不断地运动挥发水无色酚酞溶液 【延伸思考】 1.示例：科学家虽然不能用眼睛直接看到原子，但能通 过很多“蛛丝马迹”证明它存在，就像我们看不见风， 但看到树叶晃动就知道风来了。生活现象：打开香 水瓶，远处就能闻到香味，说明香水分子飘到了我们 鼻子里；糖块放入水中，整杯水变甜，说明糖分子分 散到了水中。物理实验：用显微镜看水中的花粉颗 粒，会发现它们一直在乱动，这是水分子从四面八方 撞击花粉造成的（布朗运动）。化学反应：2份氢气 和1份氧气恰好生成2份水，而且总质量不变，说明 反应是按“一个一个”的粒子进行的，这些粒子就是 参考答案 初中实验探究报告册 分子和原子。所以，原子是科学家通过大量实验推 理出来的真实存在，不是凭空想象的。 2.示例：科学家对原子内部结构的认识，像拼图一样一 步步完善。 道尔顿(1803年)：认为原子像实心的小球，坚硬、不 可再分。这就像把原子看作一个“小钢珠”。 汤姆孙(1904年)：发现原子里面有带负电的电子， 所以提出原子像“葡萄干布丁”一正电荷是布丁， 电子是葡萄干，镶嵌在里面。 卢瑟福(1911年)：用带正电的粒子去轰击金箔，发 现大多数粒子穿过去，少数被弹回。于是他推断：原 子中心有个极小的、带正电的核，外面是空荡荡的空 间，电子绕着核跑，就像“太阳系”。 后来科学家又发现电子不是沿固定轨道转，而是像 “云雾”一样出现在核外各处，称为电子云。 启示：科学认识没有终点，每一个新实验都可能推翻 旧模型；模型是帮助我们想象的“工具”，不是真实 照片。 3.示例：道尔顿认为原子是化学变化中最小的粒子，但 遇到气体反应时就出问题了。比如，2体积氢气和1 体积氧气点燃后生成2体积水蒸气。如果按道尔顿 的想法，氢原子和氧原子直接结合，那么2个氢原子 十1个氧原子只能生成1个“水原子”，但实际生成了 2份水。这就会让每个“水原子”里只能有半个氧原 子，但原子是不能再分的呀！这时候，意大利科学家 阿伏伽德罗提出：气体不是由原子直接组成的，而是 由“分子”组成的。氢分子由2个氢原子组成，氧分 子由2个氧原子组成，水分子由2个氢原子和1个 氧原子组成。这样，2个氢分子(4个氢原子)和1个 氧分子(2个氧原子)反应，生成2个水分子（每个含 2个H和1个O),数量完全对得上。所以，“分子” 是保持物质化学性质的最小粒子，而“原子”是化学 变化中的最小粒子，两者分工不同。 实践反馈 1.c 2.(1)B(2)C(3)③②① (4)碳元素和氧元素 二氧化碳分子 (5)碳原子和氢原子 第四单元 自然界的水 实验2水的净化 实验过程 【实验步骤】 澄清最澄清 【注意事项】 2.(1)滤纸(2)滤纸边缘漏斗内的液体液面 (3)玻璃棒三层滤纸烧杯内壁 3.(2)暴沸(3)陶土网(4)液体沸腾过于剧烈 (5)蒸馏烧瓶的支管口支管口处蒸气 73/