分段式戶外水凈化演示裝置

一、問題的提出

“自來水的凈化”是初中化學教材中的重要內容，但各版本教材只展示了自來水的生產過程，學生僅能依靠肉眼觀察水樣顏色的變化，無法對自來水凈化流程和凈化程度進行整體感知。因此，我設計了“分段式戶外水凈化演示裝置”，方便學生更直觀地認識“自來水的凈化”。

二、裝置設計

1.實驗材料

本實驗利用廢舊礦泉水瓶（含瓶蓋）、可拆卸組合的奶粉盒、脫脂棉、活性炭、針頭過濾器、TDS值測試儀等材料，如圖1所示。

其中，分段式奶粉盒是家庭常用奶粉盒，單個奶粉盒采用密封螺旋開口設計，可獨立使用，也可通過螺旋口將多個奶粉盒組合，密封性良好。針頭過濾器內置由混合纖維素組成的濾膜，起過濾作用。濾膜孔徑為0.22 μm，可直接過濾水中的細菌和微生物。脫脂棉能過濾水中的難溶性雜質。活性炭能吸附色素和異味。

2.裝置拼接

先用熱熔膠槍將礦泉水瓶蓋粘在奶粉盒底部，接著用打孔器在奶粉盒蓋和礦泉水瓶蓋上打孔，以保證水流暢通，然后在奶粉盒中分別加入脫脂棉、活性炭。裝置如圖2所示。

3.設計原理

實驗時，先將戶外水倒入礦泉水瓶中，再通過擠壓礦泉水瓶讓戶外水依次經過奶粉盒中的脫脂棉、活性炭、針頭過濾器，這就分別對應了自來水廠的“過濾—吸附—殺菌消毒”三步凈水流程。

4.實驗過程

為了更直觀地展示分段式凈化裝置的效果，我們取TDS值為333×103 mg/L的戶外水進行實驗，該水肉眼可見為黃色，其中含有大量泥沙和懸浮物。利用TDS值測試儀對不同組合凈化后的水質進行測量、對比，結果見表1。（TDS為水中溶解性固體物質總量，測量單位為mg/L，TDS值越小，說明水中含有的溶解物越少，水質越好。）

三、創新點

1. 取材方便、操作簡單。學生可自己動手組裝裝置，感受化學實驗與生活的聯系。

2. 現象直觀，靈活多用。裝置透明，可通過實驗現象和TDS值的變化直觀展示水過濾的效果，還能根據需要進行拆裝、組合。〔本文系山東省教育科學規劃創新素養專項課題“初中化學遞進式實驗教學培養學生創新素養的實踐研究”（課題編號：2022CYB079）階段性成果〕