初中化学自来水生产的模拟实验方案

初中化学自来水生产的模拟实验方案一、实验主题模拟自来水生产过程，让学生直观了解自来水生产的主要流程及相关化学原理。

二、实验目的1.通过模拟实验，使学生了解自来水生产从原水到可饮用水的基本流程。2.让学生掌握沉淀、过滤、吸附、消毒等净化水的操作方法及其原理。3.培养学生的动手能力、观察能力和团队协作精神，提高学生对化学知识在实际生活中应用的认识。

三、实验器材与药品1.器材：大烧杯（多个）玻璃棒铁架台（带铁圈）漏斗滤纸纱布滴管药匙酒精灯石棉网蒸发皿三脚架塑料瓶（带盖子，模拟沉淀池和过滤池）活性炭包2.药品：河水（或湖水）明矾漂白粉（或二氧化氯消毒剂）

四、实验原理1.沉淀：利用明矾溶于水后生成的胶状物对杂质的吸附，使杂质沉降来达到净水的目的。明矾化学式为$KAl(SO_4)_2·12H_2O$，在水中发生电离：$KAl(SO_4)_2=K^++Al^{3+}+2SO_4^{2}$，$Al^{3+}$水解生成氢氧化铝胶体：$Al^{3+}+3H_2O\rightleftharpoonsAl(OH)_3(胶体)+3H^+$，氢氧化铝胶体具有吸附性，能吸附水中悬浮的杂质形成沉淀。2.过滤：过滤是把不溶于液体的固体物质跟液体分离的一种方法。通过滤纸和漏斗组成的过滤装置，可除去水中的不溶性杂质。3.吸附：活性炭具有疏松多孔的结构，具有很强的吸附性，能吸附水中的色素和异味。4.消毒：加入漂白粉（或二氧化氯消毒剂），利用其氧化性杀死水中的细菌和病毒，达到消毒杀菌的目的。

五、实验步骤

（一）模拟沉淀过程1.在一个大烧杯中加入约500mL河水（或湖水），观察水的浑浊程度，并记录。2.用药匙取少量明矾加入上述烧杯中，用玻璃棒搅拌，使明矾完全溶解。观察溶液的变化，并记录。3.将烧杯静置一段时间（约1015分钟），观察水中杂质的沉降情况。可以看到随着时间推移，水中的悬浮杂质逐渐沉降到烧杯底部，水变得相对澄清一些。

（二）模拟过滤过程1.准备一个过滤装置，将漏斗固定在铁架台上，漏斗下端管口要紧靠烧杯内壁。2.取一张圆形滤纸，对折两次后打开，使其成为圆锥形，放入漏斗中，滤纸边缘要低于漏斗边缘，然后用少量水润湿滤纸，使其紧贴漏斗内壁，赶走滤纸和漏斗壁之间的气泡。3.将静置后的上层液体缓慢倒入漏斗中进行过滤。过滤过程中要注意"一贴、二低、三靠"原则："一贴"：滤纸紧贴漏斗内壁。"二低"：滤纸边缘低于漏斗边缘；漏斗内液面低于滤纸边缘。"三靠"：倾倒液体的烧杯口要紧靠玻璃棒；玻璃棒的末端要轻轻地斜靠在三层滤纸的一边；漏斗下端管口要紧靠承接滤液的烧杯内壁。4.观察过滤后的液体，比较过滤前后液体的清澈程度，并记录。可以看到过滤后的液体变得更加澄清，不溶性杂质被留在了滤纸上。

（三）模拟吸附过程1.在另一个大烧杯中加入适量过滤后的水。2.取一包活性炭，打开后将其放入烧杯中，用玻璃棒搅拌一会儿。3.静置几分钟后，观察水的颜色和气味变化。可以发现水的颜色变浅，异味明显减少，说明活性炭吸附了水中的色素和异味。

（四）模拟消毒过程1.取少量过滤并吸附后的水放入一个小烧杯中。2.用滴管吸取适量的漂白粉溶液（或二氧化氯消毒剂溶液），慢慢滴入小烧杯中，边滴边搅拌，使消毒剂与水充分混合。3.观察消毒前后水的变化。消毒后的水可视为经过初步净化的"自来水"。

（五）对比实验（了解硬水与软水的区别及自来水净化对硬度的影响）1.准备硬水和软水：硬水：向蒸馏水中加入适量氯化钙（$CaCl_2$），搅拌溶解制成硬水。软水：取一部分蒸馏水作为软水。2.分别取等量硬水和软水进行净化：将硬水和软水分别按照上述沉淀、过滤、吸附、消毒的步骤进行处理。净化完成后，分别取少量净化后的硬水和软水于蒸发皿中，用酒精灯加热蒸发。3.观察现象并比较：蒸发过程中，可以看到硬水蒸发后蒸发皿底部会留下较多白色固体，而软水蒸发后留下的白色固体较少。这是因为硬水中含有较多的可溶性钙、镁化合物，经过净化后，虽然大部分杂质被除去，但钙、镁化合物仍然存在，蒸发后会以固体形式析出，从而直观地让学生了解硬水与软水的区别以及自来水净化过程对水硬度的影响。

六、实验现象记录1.沉淀过程加入明矾前河水的浑浊程度：[描述浑浊情况，如浑浊度较高，能看到较多悬浮杂质等]加入明矾并搅拌后的现象：[溶液变浑浊，有白色絮状物质产生等]静置1015分钟后的现象：[水逐渐变澄清，底部有大量沉淀，沉淀颜色为[描述沉淀颜色，如灰白色等]]2.过滤过程过滤前水的清澈程度：[相对沉淀后的水更澄清，但仍有一些细微杂质悬浮]过滤过程中观察到的现象：[液体缓慢通过滤纸，滤纸上逐渐截留了不溶性杂质]过滤后水的清澈程度：[水变得很澄清，几乎看不到明显杂质]3.吸附过程加入活性炭前水的颜色和气味：[水的颜色为[描述颜色，如淡黄色等]，有[描述气味，如淡淡的腥味等]]加入活性炭并搅拌后的现象：[水开始变浑浊，随后颜色逐渐变浅]静置几分钟后的现象：[水的颜色明显变浅，气味明显减轻，水变得澄清]4.消毒过程加入消毒剂前水的外观：[水清澈透明]加入消毒剂并搅拌后的现象：[有少量气泡产生，溶液颜色可能有轻微变化]消毒后水的外观：[水依然清澈透明]5.对比实验（硬水与软水净化）硬水蒸发后留下固体的量：[较多，形成明显的白色固体层]软水蒸发后留下固体的量：[较少，只有少量白色痕迹]

七、实验结论1.通过模拟自来水生产的沉淀、过滤、吸附、消毒等过程，成功地将浑浊的河水（或湖水）净化为相对澄清、无色无味且较为卫生的"自来水"。2.沉淀过程中，明矾起到了凝聚水中悬浮杂质的作用，使杂质沉降，降低了水的浑浊度。3.过滤操作有效地除去了水中的不溶性杂质，进一步提高了水的清澈程度。4.活性炭吸附了水中的色素和异味，改善了水的感官性质。5.消毒过程利用漂白粉（或二氧化氯消毒剂）杀死了水中的细菌和病毒，使水达到了卫生标准。6.通过对比硬水和软水净化前后蒸发留下固体的量，直观地证明了硬水中含有较多可溶性钙、镁化合物，经过净化后这些物质仍然存在，而软水经过净化后残留的杂质较少。

八、注意事项1.实验过程中使用的河水（或湖水）要确保安全卫生，避免使用受到严重污染的水源。2.加入明矾时要注意适量，过多可能会导致后续过滤困难，过少则沉淀效果不佳。3.过滤操作要严格按照"一贴、二低、三靠"原则进行，否则会影响过滤效果，导致滤液仍然浑浊。4.活性炭使用后可回收晾干，以便重复使用。5.消毒过程中使用漂白粉（或二氧化氯消毒剂）要注意其浓度和用量，避免对人体造成伤害。同时，消毒剂具有一定的刺激性气味，操作时应在通风良好的环境下进行。6.实验结束后，要正确处理实验废弃物，如滤纸、沉淀等应放入指定的垃圾桶中，避免随意丢弃造成环境污染。对于剩余的河水（或湖水）以及净化后的水，不要随意倒入下水道，应按照实验室规定进行统一处理。

九、教学建议1.在实验前，教师可以先通过图片、视频等多媒体手段向学生展示自来水生产的真实流程，让学生对整个过程有一个初步的感性认识，然后再进行模拟实验，这样有助于学生更好地理解实验原理和目的。2.在实验过程中，教师要加强巡视指导，及时纠正学生的错误操作，确保实验安全、顺利进行。同时，鼓励学生积极思考，引导学生观察实验现象并分析原因，培养学生的科学思维能力。3.实验结束后，可以组织学生进行讨论，让学生分享自己在实验中的收获和体会，进一步加深对自来水生产过程及相关化学知识的理解。还可以引导学生思考自来水生产过程中可能存在的问题以及如何进一步提高水质等问题，拓展学生的思维。4.为了增强学生的记忆和理解，可以让学生根据实验步骤和现象绘制实验流程图，并标注出每一步的原理和作用。这样不仅有助于学生巩固所学知识，还能培养学生的归纳总结能力。5.可以布置课后作业，让学生回家后观察家里的自来水龙头流出的水，思考经过了哪些处理环节才到达家中，并查阅资料了解当地自来水厂的具体生产工艺，进一步加深对自来水生产的认识。

十、拓展延伸1.让学生设计一个简易的家庭净水器，利用身边常见的材料如塑料瓶、沙子、活性炭等，模拟自来水生产过程中的过滤和吸附环节，对家中的自来水进行进一步净化，比较净化前后水的变化，并与本次实验中的净化效果进行对比。2.引导学生关注水资源保护问题，查阅资料了解当地水资源的现状以及水污染的主要来源和危害。组织学生开展小组讨论，提出一些节约用水和防治水污染的建议，并鼓励学生在日常生活中积极践行。3.介绍一些新型的