资源简介

1.5 跨学科实践：设计海水淡化装置（学案）
一、学习目标
1. 能准确说出自然界中云、雨、雪、雾、露、霜、雹七种现象对应的物态变化——云（汽化+液化或凝华，两条并行路径）、雨（液化路径——小水滴合并变大；凝华→熔化路径——冰晶熔化）、雾（液化，悬浮在近地面）、露（液化，附着于物体表面）、霜（凝华，地面附近低于0℃）、雪（凝华，高空低于0℃）、雹（凝固+熔化交替多次）。理解水循环本质上是由蒸发、液化、凝华、熔化等多种物态变化串联构成的大尺度物质循环过程。能区分容易混淆的物态变化对——露vs霜（温度是否低于0℃决定液化还是凝华）、雪vs雹（纯凝华vs凝固熔化交替）。
2. 能解释海水晒盐的物理原理——海水在太阳照射下水蒸发（汽化，液态→气态），水的蒸发导致盐浓度升高→超过溶解极限→盐以固态晶体析出（蒸发结晶）。能说出晒盐需要的四个自然条件——日照充足、气候干燥、地形平坦有广阔滩涂、靠海——并知道我国四大盐场的位置（天津长芦、山东鲁北、江苏淮安、辽宁复州湾）。能说出海水的主要成分——水、盐类（NaCl/Na2SO4/MgCl2/MgSO4等）、溶解气体（O2/N2/CO2）、有机物质。
3. 能说出海水淡化的三种常用方法——冷冻法（利用凝固时冰晶为纯水、盐被分离）、反渗透法（半透膜只让水分子通过）、蒸馏法（加热→汽化→冷凝→液化→收集纯水）。掌握蒸馏法淡化海水的完整物理流程——加热区（海水中的水获得热量→汽化成水蒸气→盐因沸点极高被留在容器内）→蒸汽通道→冷凝区（水蒸气在冷面上遇冷→液化→纯水珠）→收集。能根据蒸馏原理用生活中的常见物品设计并画出简易蒸馏淡化装置示意图——标注加热容器、蒸汽通道、冷凝面、收集器、热源五大要素。能从制作过程和取材难度、淡化效果和可靠性、成本高低和安全性三个维度评价一个蒸馏装置的设计质量。理解晒盐和淡化“目标不同→流程方向不同”的工程思维逻辑——晒盐目标是盐→蒸发后弃水；淡化目标是水→蒸发后收水蒸气并冷凝收集。
二、课前回顾
(1) 第一章已经学过的六种物态变化是——________、________、________、________、________、________。
(2) 海水是咸的，因为海水中含有大量的________（填一种盐的名称）。饮用水是________水。
三、知识预习
任务一：认识自然界的水循环
1. 云的形成有两条并行的路径——第一条——太阳照射使水________→水蒸气上升到气温较低的高空→遇冷________成小水滴（液化成云）。第二条——水________→水蒸气上升到极高且气温低于________的高空→直接________成小冰晶（凝华成云）。
2. 雨的形成——云中的小水滴互相碰撞合并变成________→当空气托不住时便下落形成________。如果云中的小冰晶碰到暖气流→________（固态→液态）成水滴→下落成雨。
3. 雾——空气中的水蒸气遇冷后以空气中的________为核心________成小水珠，这些小水珠________在空中，在________附近形成雾。（物态变化——________）
4. 露——空气中的水蒸气遇冷________成小水珠________在植物叶片等物体表面形成露。（物态变化——________）
5. 霜——地面附近的水蒸气遇到极低温度（________℃）直接________成的小冰晶。霜是________（液态/固态）的。（物态变化——________）注意区别——露是________（物态变化），霜是________（物态变化）。判断依据——温度是否________℃。
6. 雪——如果高空的气温降到________℃以下，水蒸气直接________成小冰晶（六角形雪花），以雪花形式降落到地面。（物态变化——________）
7. 雹的形成过程——云中的水珠被上升气流带到气温________0℃的高空→________成小冰珠→下落经过暖层→外层________成水，与周围冰珠粘合变大→又被上升气流推回高空→表面再________→多次上下循环→冰珠越来越大→最终落到地面。（涉及________和________两种物态变化的反复交替）
任务二：海水晒盐过程中的物态变化
8. 地球上________%以上的水都是海洋里的咸水，淡水仅占地球总水量的________%左右。造成水资源严重缺乏的主要原因是________。
9. 海水的主要成分——(1)________（主体）；(2)________——NaCl（氯化钠/食盐主要成分）、Na2SO4（________）、MgCl2（________）、MgSO4（________）等；(3)________气体——O2、N2、CO2等；(4)________物质——藻类、浮游生物、尸体粪便等。
10. 大量饮用海水会引起人体________，甚至可能危及生命——因为________浓度过高会通过渗透压使人体细胞________。
11. 海水晒盐的核心物态变化是________——海水中的水受太阳照射后由________态变成________态（________）。水蒸发后盐水浓度变大→盐以________态________形式析出——这个过程就是________结晶。
12. 晒盐需要的四个自然条件——(1)________充足；(2)气候________；(3)地势平坦有广阔________；(4)________资源丰富。我国四大盐场——天津________盐场（渤海湾西岸，唐朝始产）、山东________盐场（渤海湾南岸）、江苏________盐场（黄海之滨）、辽宁________湾盐场（辽东半岛西海岸）。
任务三：设计并制作海水淡化装置
13. 海水淡化的三种常用方法——(1)________法——冷冻海水结冰，冰晶为________水，盐被分离出去（利用了________的物态变化）；(2)________法（超过滤法）——利用只允许________透过而不允许________透过的半透膜将盐分离——不涉及________变化；(3)________法——加热海水→水________产生水蒸气（盐留在容器内）→水蒸气遇冷________变成蒸馏水→收集——串联了________（液态→气态）和________（气态→液态）两个物态变化。
14. 蒸馏法淡化海水的完整流程——________区（海水受热→水________→水蒸气，盐因沸点极高被留于________内）→________通道→________区（水蒸气在低温面上________→纯水珠）→________。
15. 简易蒸馏装置必须包含的五个要素——(1)________（装海水+吸热，汽化发生处）；(2)________（水蒸气上升/流转的空间或导管）；(3)________面（温度低于水蒸气→水蒸气________，液化发生处）；(4)________（液化后的蒸馏水________）；(5)________（太阳光或其他）。五要素________——缺少任何一环，装置不构成完整的蒸馏流程。
16. 晒盐与淡化——核心物态变化都是________（蒸发），但目标不同导致流程方向不同。晒盐——目标产物是________→水蒸气是________（弃水），晒盐的流程是蒸发→________。淡化——目标产物是________→水蒸气是原料（必须截获）→冷凝→液化→________。一句话总结——目标反了，________就反了。
任务四：装置评价
17. 评价蒸馏装置的三个指标——(1)________过程和________难度——材料是否易得、制作流程是否简单；(2)________效果和________——产水量和速度、装置稳定性；(3)________高低和________——材料费用、使用中的安全风险。每个指标分为三个等级——________、________、________。
四、课堂探究
探究一：自然界水循环现象与物态变化对照
18. 完成以下水循环现象与物态变化的对照表：
现象 水的初始状态 水的终末状态 物态变化类型
云（水滴云） ________态 ________态 ________
云（冰晶云） ________态 ________态 ________
雨 ________态/固→液 ________态 ________+________
雾 ________态 ________态 ________
露 ________态 ________态 ________
霜 ________态 ________态 ________
雪 ________态 ________态 ________
探究二：露与霜、雪与雹的对比
19. 完成以下对比归纳表：
对比项 露 霜 判断关键
温度条件 气温________（低于/高于）0℃ 气温________（低于/高于）0℃ 以________℃为分界线
物态变化 ________ ________ 一个________化，一个________华
终态物质形态 ________态（湿的） ________态（干的） 用手触摸——湿→露，干→霜
探究三：晒盐与淡化——目标反转对比
20. 完成以下晒盐与淡化的流程对比表：
对比项 海水晒盐 海水淡化（蒸馏法）
目标产物 ________ ________
核心物态变化1 ________（液态→气态） ________（液态→气态）
废弃/副产品 ________（飘走不收集） ________（留在容器中丢弃）
核心物态变化2 ________（NaCl从溶液变固态晶体） ________（气态→液态——水蒸气变蒸馏水）
流程逻辑 蒸发→________→收盐 蒸发→________→液化→________
探究四：实验记录——简易蒸馏装置设计
21. 在下面画出你设计的简易海水淡化蒸馏装置示意图——用生活中的常见物品（塑料瓶、碗、保鲜膜、吸管、冰块、黑色塑料袋等）。标注以下要素——加热容器（汽化发生处）、蒸汽流动方向（用箭头标注）、冷凝面（液化发生处，标注降温措施）、收集器（蒸馏水接收处）。
（请在下方空白处画出设计图）
我的设计用到的材料：____________________________________________________________________________________________
我的设计原理简述（用到了哪些物态变化？分别在装置的哪个位置发生？）：________________________________________________________________________________________________________
22. 用评价表对自己的设计进行评价——请在对应等级栏打√：
评价指标 优秀 合格 待改进
制作过程和取材难度
淡化效果和可靠性
成本高低和安全性
五、课堂练习
练习1
如图是水循环示意图，请填写以下物态变化的名称或吸放热情况。
过程(1)发生的物态变化是________——海洋和陆地上的水变成水蒸气（液态→气态）。
过程(2)中部分水蒸气________形成小冰晶（气态→固态），部分水蒸气________形成小水滴（气态→液态），同时伴随着________热。
过程(3)中温度较高时云中的小冰晶会________成小水滴（固态→液态），同时伴随着________热。
练习2
我国的河流和湖泊呈加速减少之势，水资源缺乏已经成为世界性问题，在一些严重缺水的地域，人们会收集露水使用，因此我们要珍惜每一滴水。露水的形成属于物态变化中的（ ）
A. 熔化 B. 汽化 C. 液化 D. 升华
你的答案：________ 理由：露水是空气中的________在植物枝叶表面遇冷________成小水珠——气态→液态=________。
六、解题脚手架——天气现象→物态变化→吸放热三步判断法
第一步（锁定温度条件）：先看清题目中给出的温度范围——高于0℃还是低于0℃？这是最关键的判断依据，因为0℃是水的凝固点（冰的熔点）。高于0℃——水蒸气降温时优先液化（气态→液态）。低于0℃——水蒸气降温时可以直接凝华（气态→固态，跳过液态）。如果温度跨越0℃（上面的水珠落到下面结冰，低温的冰晶飞到暖区熔化）——那就要用两种物态变化的组合来分析。
第二步（确定初态和终态——水的变形记）：水有三种身份——水蒸气（气态）→液态水→冰/冰晶/雪花（固态）。每一种天气现象本质上是水在三种形态之间的一次或多次“变形”。你要问——这个现象发生之前水是什么形态？发生之后水是什么形态？初态→终态之间画个箭头——对应物态变化类型就很清楚了。例如——霜出现前水是水蒸气（气态），出现后变成地面的冰晶（固态）→气态→固态=凝华。画个箭头就搞定。
第三步（标出吸放热方向）：物态变化有吸热和放热两个方向——熔化（吸）、凝固（放）、汽化（吸）、液化（放）、升华（吸）、凝华（放）。口诀——“熔化汽化升华都吸热，凝固液化凝华都放热”。判断时先定物态变化类型（第二步），再从类型匹配吸放热方向。如果涉及的物态变化不止一种（比如云和雹），每种变化单独标注吸放热——不能笼统地说“云的形成放热”，因为在云形成过程中先汽化（吸热）后液化/凝华（放热）——吸放热都发生了。
七、课堂小结与自我评价
本节课我学会了（请用要点形式整理）：
1. 自然界水循环中的物态变化：________________________________________________________
2. 海水晒盐的原理与自然条件：________________________________________________________
3. 蒸馏法海水淡化的原理与装置设计五要素：________________________________________________________
4. 晒盐与淡化的区别（目标反转）：________________________________________________________
我还不太理解的地方：________________________________________________________________
我觉得这节课最有趣的是：____________________________________________________________
自我评价（在对应星级上打√）：
水循环现象中物态变化的识别：☆☆☆☆☆
海水晒盐原理的理解：☆☆☆☆☆
蒸馏法淡化海水的完整流程：☆☆☆☆☆
简易蒸馏装置的设计能力：☆☆☆☆☆
用评价表客观评估工程方案：☆☆☆☆☆
天气现象→物态变化→吸放热的判断：☆☆☆☆☆
参考答案
二、课前回顾
(1) 熔化、凝固、汽化、液化、升华、凝华
(2) 盐（NaCl/氯化钠）、淡（纯）
三、知识预习
1. 蒸发/汽化、液化、蒸发/汽化、0℃、凝华
2. 大水滴、雨、熔化
3. 尘埃、液化（液化）、悬浮、地面、液化
4. 液化（液化）、附着、液化
5. 低于0℃、凝华、固态、凝华、液化、凝华、低于0
6. 0、凝华、凝华
7. 低于、凝固、熔化、凝固、凝固、熔化
8. 97、2.5、水的污染
9. 水、盐类、硫酸钠、氯化镁、硫酸镁、溶解、有机
10. 脱水、盐、脱水
11. 蒸发（汽化）、液、气、汽化、固、晶体、蒸发
12. 日照、干燥、滩涂、海水、长芦、鲁北、淮安、复州
13. 冷冻、纯、凝固、反渗透、水分子、盐分子、物态、蒸馏、沸腾/汽化、液化、汽化、液化
14. 加热、汽化、容器、蒸汽、冷凝、液化、收集器
15. 加热容器、蒸汽通道、冷凝、液化、收集器、接收/收集、热源、缺一不可
16. 蒸发（汽化）、盐、废弃物、收盐、水（淡水）、收集纯水、流程
17. 制作、取材、淡化、可靠性、成本、安全性、优秀、合格、待改进
四、课堂探究
18. 按表格——云（水滴云）——气态、液态、液化；云（冰晶云）——气态、固态、凝华；雨——液/固态→液态、液化+熔化；雾——气态、液态、液化；露——气态、液态、液化；霜——气态、固态、凝华；雪——气态、固态、凝华
19. 按表格——温度条件——高于0℃、低于0℃、0；物态变化——液化、凝华、液、凝；终态——液态（湿的）、固态（干的）
20. 按表格——目标产物——盐、水/淡水；核心物态变化1——蒸发/汽化、蒸发/汽化；废弃/副产品——水蒸气、盐；核心物态变化2——蒸发结晶/结晶析出、液化；流程逻辑——弃水、截获水蒸气/冷凝、收集纯水/收水
21. 略（根据学生实际设计方案填写）
22. 略（根据学生实际评价结果打√）
五、课堂练习
练习1——(1)汽化；(2)凝华、液化、放；(3)熔化、吸
练习2——C。理由：水蒸气/液化/液化

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