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2024·北京西城区期末 跨学科·化学与资源 兴趣小组同学在制作简易净水器过程中，为研究净水效果，进行了下列几组实验。
资料：Ⅰ. 明矾是一种常见的混凝剂，溶于水后能够吸附水中悬浮物并发生沉降，从而达到净水目的。
Ⅱ. 浑浊度用于表示浑浊程度，浑浊度越低代表水质越好。
【进行实验】
实验1：分别用等量不同材料装填入装置（如图1所示），对100 mL河水（预先滴入1滴红墨水）进行净化。实验记录如下：
|实验序号|净水材料|净水效果|
| ---- | ---- | ---- |
|1-1|小卵石|净化速度快，水样浑浊，仍为红色|
|1-2|石英砂|净化速度较慢，水样较澄清，仍为红色|
|1-3|活性炭|净化速度很慢，水样澄清，一段时间后，呈浅红色|
实验2：分别将相同流量河水注入填充等量活性炭的净化装置。实验记录如下：
|实验序号|2-1|2-2|
| ---- | ---- | ---- |
|实验装置|河水活性炭层
净化后收集|河水活性炭层 净化后收集|
|河水通过活性炭层的方式|自上而下|自下而上|
|净水效果|实验2-2比2-1净化后的水更清澈|
实验3：取100 mL河水，测定初始水样的浑浊度为670 NTU。采用不同的方法分别对水样进行处理，测定水样的浑浊度。实验
记录如下：
|实验序号|3-1|3-2|3-3|3-4|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|操作|静置1 h|加入明矾|使用滤纸进行过滤|使用自制净水器(见图2)处理|
|浑浊度/NTU|256|143|55|43|
【解释与结论】
（1）实验1的目的是
（2）实验1-3中，活性炭的作用是
（3）由实验2可以得到的结论是
（4）实验3-2中，加入明矾后水样的浑浊度低于670NTU的原因是
【反思与评价】
（5）依据实验数据，能得出“其他条件相同时，使用自制净水器处理等量水样比使用滤纸进行过滤净化效果更好”的结论，其证据是
（6）如图3为某同学设计的一款简易净水器，为了得到更好的净水效果，入水口应为
资料：Ⅰ. 明矾是一种常见的混凝剂，溶于水后能够吸附水中悬浮物并发生沉降，从而达到净水目的。
Ⅱ. 浑浊度用于表示浑浊程度，浑浊度越低代表水质越好。
【进行实验】
实验1：分别用等量不同材料装填入装置（如图1所示），对100 mL河水（预先滴入1滴红墨水）进行净化。实验记录如下：
|实验序号|净水材料|净水效果|
| ---- | ---- | ---- |
|1-1|小卵石|净化速度快，水样浑浊，仍为红色|
|1-2|石英砂|净化速度较慢，水样较澄清，仍为红色|
|1-3|活性炭|净化速度很慢，水样澄清，一段时间后，呈浅红色|
实验2：分别将相同流量河水注入填充等量活性炭的净化装置。实验记录如下：
|实验序号|2-1|2-2|
| ---- | ---- | ---- |
|实验装置|河水活性炭层
净化后收集|河水活性炭层 净化后收集||河水通过活性炭层的方式|自上而下|自下而上|
|净水效果|实验2-2比2-1净化后的水更清澈|
实验3：取100 mL河水，测定初始水样的浑浊度为670 NTU。采用不同的方法分别对水样进行处理，测定水样的浑浊度。实验
记录如下：
|实验序号|3-1|3-2|3-3|3-4|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|操作|静置1 h|加入明矾|使用滤纸进行过滤|使用自制净水器(见图2)处理|
|浑浊度/NTU|256|143|55|43|
【解释与结论】
（1）实验1的目的是
在净水材料用量、河水体积等条件相同时，比较不同净水材料的净化效果
。（2）实验1-3中，活性炭的作用是
吸附色素
。（3）由实验2可以得到的结论是
在河水流量、活性炭用量等其他条件相同时，水自下而上通过活性炭层比自上而下通过活性炭层净水效果好
。（4）实验3-2中，加入明矾后水样的浑浊度低于670NTU的原因是
明矾溶于水后能够吸附水中悬浮物并发生沉降
。【反思与评价】
（5）依据实验数据，能得出“其他条件相同时，使用自制净水器处理等量水样比使用滤纸进行过滤净化效果更好”的结论，其证据是
初始水样的浑浊度相同，实验3-4比3-3中净化后的水样浑浊度低
。（6）如图3为某同学设计的一款简易净水器，为了得到更好的净水效果，入水口应为
B
（填“A”或“B”）。答案
（1）在净水材料用量、河水体积等条件相同时，比较不同净水材料的净化效果
（2）吸附色素
（3）在河水流量、活性炭用量等其他条件相同时，水自下而上通过活性炭层比自上而下通过活性炭层净水效果好
（4）明矾溶于水后能够吸附水中悬浮物并发生沉降
（5）初始水样的浑浊度相同，实验3-4比3-3中净化后的水样浑浊度低
（6）B
【点拨】（1）在实验1中，净水材料用量、河水体积等条件相同，不同净水材料的净化效果不同。（2）活性炭具有吸附性，能吸附色素。（3）由实验2净水的效果可知，在河水流量、活性炭用量等其他条件相同时，水自下而上通过活性炭层比自上而下通过活性炭层净水效果好。（4）在实验3-2中，加入明矾后水样的浑浊度低于670 NTU的原因是明矾溶于水后能够吸附水中悬浮物并发生沉降。（5）依据实验数据和净水的效果可知，其他条件相同时，使用自制净水器处理等量水样比使用滤纸进行过滤净化效果更好，其证据是初始水样的浑浊度相同，实验3-4比3-3中净化后的水样浑浊度低。（6）为了得到更好的净水效果，入水口应为B，水流速率慢，净化效果更好。
（2）吸附色素
（3）在河水流量、活性炭用量等其他条件相同时，水自下而上通过活性炭层比自上而下通过活性炭层净水效果好
（4）明矾溶于水后能够吸附水中悬浮物并发生沉降
（5）初始水样的浑浊度相同，实验3-4比3-3中净化后的水样浑浊度低
（6）B
【点拨】（1）在实验1中，净水材料用量、河水体积等条件相同，不同净水材料的净化效果不同。（2）活性炭具有吸附性，能吸附色素。（3）由实验2净水的效果可知，在河水流量、活性炭用量等其他条件相同时，水自下而上通过活性炭层比自上而下通过活性炭层净水效果好。（4）在实验3-2中，加入明矾后水样的浑浊度低于670 NTU的原因是明矾溶于水后能够吸附水中悬浮物并发生沉降。（5）依据实验数据和净水的效果可知，其他条件相同时，使用自制净水器处理等量水样比使用滤纸进行过滤净化效果更好，其证据是初始水样的浑浊度相同，实验3-4比3-3中净化后的水样浑浊度低。（6）为了得到更好的净水效果，入水口应为B，水流速率慢，净化效果更好。
解析
【分析】
要解决本题，需结合实验设计的控制变量原则、净水材料的作用及实验数据逐一分析：
1. 实验目的判断：需明确实验中的变量，实验1中仅净水材料不同，其他条件（河水体积、材料用量等）相同，因此目的是对比不同净水材料的净化效果；
2. 活性炭的作用：活性炭具有吸附性，可吸附色素和异味，实验1-3中红墨水颜色变浅，说明其吸附了色素；
3. 实验2结论：实验2的变量是水通过活性炭层的方向，2-2净化效果更好，可得出方向对净水效果的影响；
4. 明矾的作用：根据资料，明矾溶于水后吸附悬浮物沉降，使浑浊度降低；
5. 对比实验证据：需满足初始条件相同，找净化后浑浊度的对比数据；
6. 简易净水器入水口：为使水与净水材料充分接触，水流速率需慢，入水口应在下方。
【解析】
（1）实验1控制了河水体积、净水材料用量等条件一致，仅改变净水材料种类，因此目的是在净水材料用量、河水体积等条件相同时，比较不同净水材料的净化效果；
（2）活性炭具有疏松多孔的结构，有吸附性，可吸附水中的色素，因此实验1-3中活性炭的作用是吸附色素；
（3）实验2中，河水流量、活性炭用量相同，仅改变水通过活性炭层的方向，结果是自下而上的2-2净化效果更好，因此结论为：在河水流量、活性炭用量等其他条件相同时，水自下而上通过活性炭层比自上而下通过活性炭层净水效果好；
（4）根据资料，明矾溶于水后能吸附水中悬浮物并发生沉降，减少水中悬浮物，因此浑浊度低于初始的670NTU；
（5）要证明自制净水器比滤纸过滤效果好，需初始浑浊度相同，实验3中初始浑浊度均为670NTU，实验3-4（自制净水器）浑浊度43NTU，实验3-3（滤纸）为55NTU，因此证据是初始水样的浑浊度相同，实验3-4比3-3中净化后的水样浑浊度低；
（6）简易净水器中，水自下而上通过（入水口为B）时，水流速率慢，与净水材料接触时间长，净化效果更好，因此入水口选B。
【答案】
（1）在净水材料用量、河水体积等条件相同时，比较不同净水材料的净化效果
（2）吸附色素
（3）在河水流量、活性炭用量等其他条件相同时，水自下而上通过活性炭层比自上而下通过活性炭层净水效果好
（4）明矾溶于水后能够吸附水中悬浮物并发生沉降
（5）初始水样的浑浊度相同，实验3-4比3-3中净化后的水样浑浊度低
（6）B
【知识点】
水的净化方法、实验探究的控制变量法
【点评】
本题以简易净水器为载体，结合跨学科实验探究，考察净水材料的作用、实验结论的分析，需要学生掌握控制变量的实验思维，难度适中，贴近生活实际，体现了化学与资源利用的联系。
【难度系数】
0.6
要解决本题，需结合实验设计的控制变量原则、净水材料的作用及实验数据逐一分析：
1. 实验目的判断：需明确实验中的变量，实验1中仅净水材料不同，其他条件（河水体积、材料用量等）相同，因此目的是对比不同净水材料的净化效果；
2. 活性炭的作用：活性炭具有吸附性，可吸附色素和异味，实验1-3中红墨水颜色变浅，说明其吸附了色素；
3. 实验2结论：实验2的变量是水通过活性炭层的方向，2-2净化效果更好，可得出方向对净水效果的影响；
4. 明矾的作用：根据资料，明矾溶于水后吸附悬浮物沉降，使浑浊度降低；
5. 对比实验证据：需满足初始条件相同，找净化后浑浊度的对比数据；
6. 简易净水器入水口：为使水与净水材料充分接触，水流速率需慢，入水口应在下方。
【解析】
（1）实验1控制了河水体积、净水材料用量等条件一致，仅改变净水材料种类，因此目的是在净水材料用量、河水体积等条件相同时，比较不同净水材料的净化效果；
（2）活性炭具有疏松多孔的结构，有吸附性，可吸附水中的色素，因此实验1-3中活性炭的作用是吸附色素；
（3）实验2中，河水流量、活性炭用量相同，仅改变水通过活性炭层的方向，结果是自下而上的2-2净化效果更好，因此结论为：在河水流量、活性炭用量等其他条件相同时，水自下而上通过活性炭层比自上而下通过活性炭层净水效果好；
（4）根据资料，明矾溶于水后能吸附水中悬浮物并发生沉降，减少水中悬浮物，因此浑浊度低于初始的670NTU；
（5）要证明自制净水器比滤纸过滤效果好，需初始浑浊度相同，实验3中初始浑浊度均为670NTU，实验3-4（自制净水器）浑浊度43NTU，实验3-3（滤纸）为55NTU，因此证据是初始水样的浑浊度相同，实验3-4比3-3中净化后的水样浑浊度低；
（6）简易净水器中，水自下而上通过（入水口为B）时，水流速率慢，与净水材料接触时间长，净化效果更好，因此入水口选B。
【答案】
（1）在净水材料用量、河水体积等条件相同时，比较不同净水材料的净化效果
（2）吸附色素
（3）在河水流量、活性炭用量等其他条件相同时，水自下而上通过活性炭层比自上而下通过活性炭层净水效果好
（4）明矾溶于水后能够吸附水中悬浮物并发生沉降
（5）初始水样的浑浊度相同，实验3-4比3-3中净化后的水样浑浊度低
（6）B
【知识点】
水的净化方法、实验探究的控制变量法
【点评】
本题以简易净水器为载体，结合跨学科实验探究，考察净水材料的作用、实验结论的分析，需要学生掌握控制变量的实验思维，难度适中，贴近生活实际，体现了化学与资源利用的联系。
【难度系数】
0.6
