沪教版九年级化学第4节 水的组成和净化 第2课时（教学设计教案）

第4节水的组成和净化第2课时水的净化、水资源的综合利用一、知识目标1.能运用化学方法对水进行净化，学习物质分离的实验技能；2.能体会化学在自来水生产过程中的重要作用；3.了解地球上水资源概况，认识水是人类不可缺少的宝贵资源；4.通过不同年份用水量比较，认识水资源综合利用对社会可持续发展的意义。二、核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：观察水净化的宏观现象（如浑浊变澄清），辨识杂质存在形式，理解过滤、吸附等方法的微观原理；结合硬水与软水的宏观差异，分析其微观本质（钙、镁离子）。2.证据推理与模型认知：基于自来水生产流程模型，分析各环节作用证据，推理净化后水质达标结论；通过不同年份用水量数据，推理水资源需求与社会可持续发展的关系。3.科学探究与创新意识：通过过滤、区分蒸馏水与氯化钠溶液等实验，掌握分离技能并得出结论；设计海水淡化方案时，结合净化原理提出创新思路。一、教学重点1.能运用化学方法对水进行净化，学习物质分离的实验技能；2.通过不同年份用水量比较，认识水资源综合利用对社会可持续发展的意义。二、教学难点1.能运用化学方法对水进行净化，学习物质分离的实验技能。本节以“水”这一核心物质为载体，构建了从生活经验到化学本质、从基础认知到社会应用的完整知识脉络。教材首先从学生熟悉的自然界水循环切入（如三态变化、水资源分布），引导学生关注水的宏观价值，进而通过电解水实验这一关键探究活动，揭示水的微观组成本质。实验设计层层递进：从观察气体产生现象到产物检验（氢气燃烧、氧气复燃），最终推导出“水由氢、氧元素组成”的结论，并借助表达式（H₂O→H₂+O₂）实现宏观现象、微观粒子与符号表征的三重联系。这一过程深度融合“宏观辨识与微观探析”素养，为学生理解物质组成奠定方法论基础。在科学探究能力培养上，教材突出证据推理与创新思维的融合。电解水实验不仅要求学生严谨操作（如氢气验纯），更引导其依据实验现象推断产物性质，形成“现象→证据→结论”的逻辑链条。同时，拓展栏目引入“光解水制氢”的前沿技术（TiO₂催化、纳米材料应用），将基础实验与科技革新相衔接，激发学生对绿色能源开发的创新意识。这种设计既强化了探究技能的实践性，也凸显了化学学科对社会发展的推动作用。水资源综合利用板块则侧重“模型认知”素养的渗透。教材通过1949-2022年用水量数据的横向对比（农业、工业、生活用水比例变化），引导学生分析社会发展与资源消耗的动态关系，构建“需求增长-结构优化-可持续利用”的认知模型。尤其通过海水淡化技术设计任务，要求学生综合运用分离原理（如过滤、离子交换树脂净水）解决真实问题，将水的净化知识（如絮凝剂作用、过滤操作要点）升华为资源管理的系统思维。这一过程紧密呼应课标“化学与社会发展”主题，培养学生从技术伦理（如能耗、环保）视角审视资源利用的责任意识。教材编排的创新性在于三线交织：知识线（组成→净化→利用）、能力线（实验探究→数据分析→技术设计）、价值线（科学本质→生态责任）。例如，自来水厂工艺流程（沉降→过滤→消毒）的解析，既是对过滤操作（玻璃棒引流、滤纸折叠）的实践延伸，亦为理解“硬水软化”（离子交换树脂）提供工业参照，最终落脚于“绿水青山”的可持续发展理念。这种多维度整合，使学科知识自然融入社会议题，充分体现化学课程的育人价值。学生在学习本节内容前，已通过物理、生物等学科及日常生活经验积累了关于水的直观认知，如水的三态变化、水资源分布不均等常识，并能描述过滤、沉降等简单分离现象。然而，这些认知多停留在宏观经验层面：一方面，学生虽熟悉水的物理性质（如冰浮于水面），却难以从微观角度解释其特殊性（氢键作用超出初中范畴）；另一方面，学生对“水是纯净物”存在普遍误解，常将自来水、矿泉水等同于纯水，尚未建立“混合物-纯净物”的科学分类标准。这种前概念可能阻碍对电解水实验本质的理解——即为何需用纯水探究组成。在实验探究能力上，九年级学生初步具备观察现象、记录数据的基础技能，但证据推理能力仍显薄弱。例如电解水实验中，学生能观察到两极产生气泡，却容易忽略气体体积比（2:1）的定量意义，或混淆氢气验纯（尖锐爆鸣声）与氧气检验（复燃木条）的操作逻辑。同时，面对“用水量数据表”等真实情境证据时，学生倾向孤立比较数值，较难自主构建“工业发展→用水结构变化→可持续对策”的因果模型，需教师引导将数据转化为决策依据。社会应用层面，学生对水资源危机有浅层感知（如节水标语），但缺乏技术解决路径的理性思考。教材中海水淡化、光解水制氢等创新技术虽能激发兴趣，但学生可能因“离子交换树脂”“催化剂”等术语产生畏难心理；对净水工艺（如明矾絮凝）的理解易陷入“步骤记忆”，难以迁移至设计家庭净水方案等实践任务。此外，学生易将“可持续发展”视为口号，需通过硬水软化实例（肥皂水泡沫少）、中国缺水数据（人均水资源占比）等具象案例，推动责任意识向行为转化。教学环节一新课导入【提问】同学们，我们每天都要喝水、用水，大家想一想，生活中我们接触到的水有哪些呢？这些水看起来都是清澈的，它们是纯净的水吗？【学生回答】可能不是，里面可能有杂质/井水看起来干净，但不确定是不是纯水。【讲解】大家说得很有道理。自然界中的水，比如长江、黄河的水，看起来浑浊；即使是井水、泉水，看似清澈，也可能含有我们肉眼看不见的杂质。这些水要变成我们可以安全饮用的水，需要经过一系列处理。今天，我们就来学习“水的净化”，看看如何让水变得更洁净，以及如何更好地利用宝贵的水资源。设计意图1.联系生活实际：从学生熟悉的水入手，引发共鸣，让学生感受到化学知识与日常生活的紧密联系。2.创设问题情境：通过“水是否纯净”的疑问，激发学生的探究欲，为后续学习水的净化方法做铺垫。教学环节二水的净化活动一：水的净化必要性【引入】浙江河姆渡遗址发现了水井遗迹，先秦民歌也有“凿井而饮”的说法。古人为什么要凿井取水呢？【交流讨论】井水看上去比较干净，为什么？井水是否为纯水？【学生回答】井水经过土壤过滤，杂质可能更少；但井水不是纯水，里面可能有可溶性物质。【展示】生活饮用水的标准：1、生活饮用水中不得含有病原微生物；2、生活饮用水中化学物质不得危害人体健康；3、生活饮用水中放射性物质不得危害人体健康；4、生活饮用水的感官性状良好；5、生活饮用水应经消毒处理。【讲解】自然界中几乎不存在纯净的水，水中往往含有悬浮的固体颗粒、可溶性物质或细菌等。生活饮用水不仅要澄清透明，还不能含细菌等对人体有害的物质，只要杂质对人体无害，水就可以作为生活用水；但如果杂质过多，就需要净化。设计意图1.结合历史文化：通过古代取水方式，让学生了解人类利用水资源的智慧，增加知识的趣味性。2.培养分析能力：通过讨论井水的纯度，引导学生思考“干净”与“纯净”的区别，理解水净化的必要性。活动二：沉降【引入】对于只含固体小颗粒的浑浊的水（如泥水），有时用肉眼就可以分辨，可以采用过滤方法加以净化。下面我们通过实验来了解除去水中固体小颗粒的简单方法。【学生实验】在老师的指导下完成下列实验：将一些浑浊的水倒入烧杯中，向烧杯中加入少量明矾，搅拌使明矾溶解，静置，观察现象。【提问】浑浊的水中加入明矾后发生了什么变化？明矾起什么作用？【学生回答】水中的杂质沉淀下来了，水变清了；明矾让悬浮的固体小颗粒聚在一起。【讲解】这种净水方法叫沉降，水中含有的较大颗粒的固体不溶物，静置后会因为重力原因沉到底部；而水中含有悬浮的固体小颗粒，往往不易过滤除去，可以先加入一些试剂使悬浮颗粒发生凝聚而沉降（这些试剂通常称为絮凝剂）。明矾、三氯化铁都是生产生活中常用的絮凝剂。设计意图1.宏观辨识：观察沉降现象，理解絮凝剂的实际效果。2.微观探析：简介胶体吸附原理，建立宏观现象与微观作用的联系。活动三：过滤【引入】固体不溶物沉降后，依然与水混合在一起，要把固体和液体分离开，就需要进行过滤的操作，首先要准备好过滤器。【学生实验】如图所示，取一张圆形滤纸，折叠后剪成合适的大小，再展开放在漏斗中，用水润湿，作为过滤器。再按照下图安装好过滤装置。【讲解】过滤装置：如上图，除滤纸和漏斗外还需要烧杯、铁架台和玻璃棒，其中玻璃棒的作用是引流，防止液体迸溅或冲破滤纸，铁架台用于固定漏斗，烧杯用于盛放过滤物和滤液。【学生实验】将烧杯中的上层液体倒入另一个烧杯中，余下的液体缓慢地沿着玻璃棒注入漏斗中。待液体全部过滤后，取出滤纸，观察滤液和滤纸上的物质。【提问】过滤后，滤液和滤纸上的物质有什么不同？过滤的作用是什么？【学生回答】滤液变澄清了，滤纸上有泥沙等杂质；过滤能除去不溶性固体。【讨论交流】过滤实验中有哪些需要注意的操作要点？【总结】过滤操作要遵循：一贴、二低、三靠。一贴：滤纸紧贴漏斗内壁。二低：滤纸边缘低于漏斗边缘；滤液低于滤纸边缘。三靠：烧杯紧靠玻璃棒；玻璃棒紧靠在三层滤纸的地方；漏斗尖嘴端紧靠烧杯内壁。【讲解】过滤是将不溶于液体的固体物质与液体分离的一种常用方法。过滤的原理在生产生活中有广泛的应用。根据不同场合的用水要求，可选择不同的过滤介质。实验室常用滤纸的孔径是30-50微米，可以除去液体中不溶性的固体小颗粒。【提问】除实验室中用滤纸作过滤介质，在生活中还有哪些可作为过滤介质？【学生回答】捞饺子、吃火锅时用到的漏勺；家用净水器常用过滤膜、活性炭和离子交换树脂等净化水；茶壶中过滤茶叶可采用金属网；喝茶时用茶隔过滤茶叶；口罩可以过滤一些灰尘和病毒。设计意图强化实验技能：通过演示和操作要点讲解，让学生掌握过滤的核心技能，理解实验规范的重要性。直观理解原理：通过观察沉降和过滤的现象，帮助学生建立“杂质分离”的宏观认知，理解净化方法的作用。模型认知迁移：将实验室方法拓展至生活应用，建立通用模型。活动四：自来水的生产过程【引入】随着生活水平不断提高，人们对水质的要求也越来越高。用水分类标准对水中的杂质种类和含量均有明确的规定。居民生活用水的需求量非常大，不仅要求水是洁净的，而且必须安全卫生。当你使用自来水的时候，你是否知道自来水是怎样生产出来的？【展示】自来水生产的一般过程。【讲解】当自来水送到家庭之前，自来水厂通过加入絮凝剂将悬浮的固体沉降、过滤，再用沙子过滤除去水中较小的颗粒物，最后还需通入消毒剂进行消毒杀菌处理。【讨论】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？【学生回答】沉降：使液体中悬浮的固体凝聚而沉降；过滤：除去液体中的不溶性固体；杀菌消毒：消毒、灭杀细菌。【讨论】天然水经处理后得到的自来水是纯净物还是混合物？【学生回答】自来水中还含有可溶性杂质，是混合物。【讲解】大家说得很对，自来水是混合物，自来水厂的净化去除了有害杂质，但还保留了一些可溶性物质比如钙离子、镁离子形成的化合物，消毒后的自来水还会有一些余氯残留，还可能会有颜色和异味。若需更纯的水，需进一步吸附、蒸馏或离子交换处理。设计意图1.证据推理能力：基于流程图推理各环节作用，构建系统净水模型。2.深度辨析概念：通过“自来水非纯净物”的认知冲突，强化混合物本质理解。3.社会应用关联：认识自来水生产的化学贡献，强化“化学服务生活”观念。活动五：吸附与蒸馏【展示】净水器净水滤芯示意图，将第二级颗粒活性炭和第五级后置活性炭圈出，展示每一级的作用。【讲解】有些净水器是利用活性炭吸附除去水中的颜色和异味，达到净水的目的。【展示】活性炭结构的图片。【提问】仔细观察活性炭的结构，思考活性炭如何净化水？【学生回答】活性炭疏松多孔，可以吸附杂质。【讲解】吸附也是常用的一种净水方法，活性炭是一种常见的吸附剂，主要含碳，是一种人造的黑色多孔的固体物质，具有很强的吸附性能，在防毒面具中用来除去某些有毒气体，在工业上可用来脱色、净化溶液等。活性炭经过处理可以重复使用。【演示实验】有两瓶无色透明的液体，其中一瓶是蒸馏水，另一瓶是氯化钠溶液。通过下面的实验，能将它们区别开来吗？从瓶中各取少许液体，用玻璃棒分别蘸取后在酒精灯火焰上灼烧，直至水被蒸干，观察现象。【提问】你观察到了什么现象？可以得出什么结论？【学生回答】灼烧后，一根玻璃棒上没有任何残留，另一根玻璃棒上蒸干后有白色固体；有白色固体析出的是氯化钠溶液，没有的为蒸馏水。【讲解】外观上看起来清澈的水，也可能含有某些可溶性物质。如果某个水样加热蒸干后有固体物质析出，则其一定含有可溶性物质。如需制备更纯净的水，可用蒸馏等方法。【展示】实验室蒸馏装置。【讲解】实验室里，通常采用特定的蒸馏装置，加热水至沸腾，再将水蒸气冷凝，收集得到蒸馏水。【提问】蒸馏水是净化程度最高的水，想想蒸馏为何能得到最纯的水？【学生回答】蒸馏把水蒸发再冷凝，杂质留在原来的装置当中。【讲解】蒸馏是根据物质的沸点不同而分离混合物的一种方法，是一种液体与另一种液体（或固体）分离时常用的方法，发生的一般是物理变化。蒸馏的产物是蒸馏水，属于纯净物，水净化程度最高的净化步骤。实验室常用的净水方法有：沉降、过滤、吸附、蒸馏，净化程度逐渐增强。【拓展】离子交换树脂是一种人工合成的多孔性的新型高分子材料，能够与水中的阴阳离子交换，起到净化水的作用。利用离子交换树脂还可以获得去离子水。离子交换法常用于处理硬水和海水。溶有较多含钙、镁离子的可溶性物质的天然水称为硬水；不含或仅溶有少量含钙、镁离子的可溶性物质的天然水称为软水。当硬水通过软水机内的树脂时，水中的钙、镁离子被树脂交换除去，流出的水即为软水。【展示题目】典例：净化水的方法有：①过滤

②加明矾

③蒸馏

④消毒杀菌。要将有泥沙的天然水净化成生活用的自来水，应选用的方法和顺序为（）A．①②③④ B．②④①③ C．②①④ D．①③④【学生回答】C设计意图1.科学原理深化：通过结构-功能分析（活性炭多孔性、蒸馏相变），理解净化本质。2.技术应用认知：联系硬水软化技术，体会化学在解决实际问题中的价值。教学环节三水资源的综合利用活动一：我国用水需求变化【引入】在漫长的历史中，人类逐水而居，文明傍水而生。人们用水灌溉土地，满足农业生产需要，形成了传统的取水和供水方式。随着我国国民经济的飞速发展，人口数量不断增长，人们对生活质量的要求也逐步提高。在此情况下，人们对于水的需求会发生怎样的变化？【交流讨论】请对下表数据进行多角度的分析，并借助柱状图或折线图等进行比较，你能从中得出哪些有意义的结论？各类用水所占比例发生变化的原因可能是什么？【学生回答】借助柱状图可知，我国用水总量呈现较明显的增加趋势；农业用水比例有明显下降，进入21世纪后基本稳定；工业用水比例不断增加，近些年保持稳定且有下降趋势；生活用水比例持续增加；人工生态环境补水量的比例逐渐升高。可能与工业发展、人口增长、环保意识增强有关。【讲解】分析各类用水所占比例可以发现：农业用水比例有明显下降，进入21世纪后基本稳定；工业用水比例不断增加，这正是我国改革开放后工业快速发展的证明，近些年保持稳定且有下降趋势，反映了工业结构调整和用水效率的提高；生活用水比例持续增加反映了人民生活水平的日益提高。特别值得指出的是，水资源节约意识增强，人工生态环境补水量的比例逐渐升高，这说明我国对生态环境保护的力度逐渐加大，更重视生态环境的可持续发展。设计意图1.历史与现实结合：从“人类逐水而居”的历史背景切入，自然过渡到现代社会对水的需求变化，将水资源问题与人类文明发展相联系，增强知识的人文性和时代感。2.数据探究：引导学生对表格数据进行多角度分析（结合柱状图），自主总结用水总量及各类用水比例的变化趋势，培养数据分析和图表解读能力。3.联系社会发展：通过解读数据变化原因，将用水比例变化与国家发展、民生改善、生态保护相挂钩，帮助学生理解水资源综合利用对社会可持续发展的意义。活动二：人类拥有的水资源状况【展示】全球海水、陆地水储量比：海水占96.53%，陆地淡水仅占2.53%。【交流讨论】分析全球海水、陆地水储量比，说一说人类拥有的水资源状况。【学生回答】地球上总水储量大，但可直接利用的淡水资源极少。【讲解】观察世界人均水量和一些国家的人均水量可知，我国的人均水资源占有量仅为世界人均水平的四分之一，有超过一半的地区处于严重缺水状态。充分利用丰富的海水资源，有望成为解决人类水危机的重要途径。【技术设计】海水淡化的实质是将海水中的盐分与水分离，目前各国采用的方法有多种。请你从减少能源消耗和保护环境的角度，设计一种海水淡化的技术路线，画出草图并说明其工作原理。【讲解】科学家正在探寻新方法和新技术，如反渗透法通过特殊薄膜分离盐分与水，蒸馏法利用太阳能加热蒸发海水，从海水中提取多种物质，对海水进行淡化处理，以提高海水资源综合利用的价值。运用化学方法，不仅可以提高水资源综合利用价值，还能够检测水资源受污染的程度并将其加以净化，实现水资源的重新利用。【展示题目】典例：下列爱护水资源的措施中，合理的是（）A．使用无磷洗衣粉 B．洗手打香皂时不关水龙头C．禁止使用化肥农药 D．抑制水中所有动植物的生长【学生回答】A设计意图1.激发创新思维：通过设计海水淡化方案，鼓励学生将净化知识迁移应用，培养解决实际问题的能力。2.创新意识培养：鼓励节能技术设计，激发解决实际问题的创造力。第4节水的组成和净化（第2课时）一、水的净化沉降（絮凝剂）→过滤（固液分离）→吸附（活性炭