王新新老师带你动手做实验系列之“污水”奶茶反思

　　你还记得吗？2018年，温州市教育局发布《关于进一步推进高中阶段学校考试招生制度改革的实施细则》，在科学学科方面有重要调整，即逐步开展科学实验测试，从2018级学生开始将科学实验测试作为初中学生综合素质评价的一个维度，以等第形式纳入综合素质评价体系；从2020级学生开始将科学实验测试以10分的分值计入初中学业水平考试总分；从2020级初中新生起，科学总分将从180分调整为190分，增加的10分为科学实验测试分值。

　　根据《细则》，可以看出，未来教育必将以学生发展核心素养为重点，加强试题与社会实际与学生生活的联系。

　　温州翔宇中学就有这么一位科学老师，具有超前眼光和教育情怀，早在2015年就开始了学生动手实验的探索，她每个周末都会布置一个科学实验的作业，要求孩子，结合当前所学的知识点，利用家里能够找到的一切东西做实验，并将实验原理、实验材料、实验过程、实验反思等整理成文字稿，以此提高学生的动手能力和科学语言表达能力，及培育学生探索求知的学习习惯，她就是学校初中部科学老师王新新。从本期开始，我们将系列报道王老师的学生作业，感受科学探索带来的无穷乐趣。
　　
　　今天，我们将首先介绍由王新新老师指导的，学生陈温靓、胡琼若、蒋一蔓、李炫志等同学合作完成的科学小实验——“污水”奶茶。（实验视频请关注“温州翔宇中学”官方微信公众号）
　　
　　前言

　　水是生命之源。在世界许多地方，人们对水的需求已经超过水资源的负荷，正面临着水资源利用不平衡这一严峻问题。因此，近些年来我省大力推进“五水共治”措施，秉承“治污水、防洪水、排涝水、保供水、抓节水”五大理念，对“著名水乡”——浙江的水资源管控日渐严格。为此，我们决定进行自制污水净化器（并检验其净水程度）的实验，研究如何最大化利用水资源以及净化污水的现实意义。

　　实验原理
　　
　　污水进入过滤装置中，先经过由纱布包裹住的洁净沙砾和细沙，除去污水中的大部分颗粒物，而水中的致浊杂质有大有小，细小的悬浮杂质沉降极慢，甚至近于不沉。胶粒在水中保持分散，不能沉降。所以使水流入加入的凝聚剂，使水中细小悬浮物或胶体微粒互相吸附而成尺寸较大、肉眼可见、易沉易滤的絮体，从水中分离出来。污水被凝聚剂二次处理后，进入棉花，更彻底地将杂质与液体分离。从瓶盖处的吸管进入特制烧杯中，将水另通入加热装置中，并切换加热装置紧贴在烧杯底部。水与氧化钙反应释放大量的热量，使特制烧杯内的水温快速上升。通过氧化钙与水反应放出大量能使水沸腾的热量使水温达到100摄氏度。这是因为水中有各种细菌、病毒，还有大量对人体有害的可溶解性钙镁氧化物。水温达到100摄氏度后，将加热装置切换成冷却装置，使特制烧杯中的水温下降。待水完全冷却后，将调味包中的果汁粉、椰果加入，制成美味的奶茶果汁。

　　实验材料
   
　　矿泉水瓶、小砂石和细沙、凝聚剂、纱布、棉花、氧化钙（即生石灰）、干冰、玻璃管、吸管、玻璃杯。

　　实验过程（详细可见视频）
　　
　　1.搭建过滤装置。将矿泉水瓶截去下半部分，瓶口塞有大团棉花，瓶盖扎孔插入吸管用两片纱布分别包裹住凝聚剂、小砂石和细沙，将其压成饼状，先后放入矿泉水瓶中。给矿泉水瓶盖紧瓶盖。
　　2.与沸腾装置和冷却装置相连接。把与瓶盖相接的吸管放入口径大于它自身口径的特制烧杯中，并使其恰好固定，该特制烧杯底部有两个可自由切换的加热装置和冷却装置。其中加热装置底部呈有较多的氧化钙。在整个实验结束后可用于中和酸性土壤。冷却装置底部呈有冰袋。当经过冷却装置降温的水已是煮沸杀菌后的液体。再将此液体通入装有果汁粉、椰果肉等的调味装置中，在特制烧杯内的就是可以安心食用，冰爽可口的奶茶了。

　　实验反思

　　第一次实验就最初设想来说是有太多不足的，但实验本身还是非常成功的。

　　1.装置的纱布与纱布之间压的并不严实，中间存在许多空隙，使污水未充分得到过滤时仍有“漏网之鱼”影响实验结果。这点可以从流入特制烧杯的水流速度过快以及后期加热时仍有一层悬浊残留在液体上表面看出。（改进：压实每一层纱布和石英砂，使层层紧密）
　　2.生石灰加热的时间过长但水仍不沸腾，说明该加热方式达不到水的沸点，未完全沸腾的水导致水的安全性仍要打一个问号。（未完全沸腾有两个原因：①玻璃传递热量的过程中损失了一部分的热量，使温度无法达到预期。②生石灰与水反应，也就是说水浴加热，而水的沸点在一个标准大气压下最高只有100摄氏度，当加热装置中的水也达到100摄氏度时就无法继续传递热量，导致过滤后水的无法沸腾。）
　　3.钙镁化合物无法完全去除，属于可溶于水的杂质，这对我们来说是一大难题。由于仍有这些杂质的存在，导致经过过滤装置的滤液静置后上层出现悬浊。（但这只会出现在当水中矿物质较多时，也就是俗说的硬水，所以当矿物质减少到一定之后，剩余少部分杂质仍无法被去除。并且悬浮在上方的一层悬浮物还需多次过滤之后清除，步骤较繁琐。）
　　4.就整个净化装置而言，成本并不很低。如过滤装置中的纱布、膨松棉和石英砂等需定期更换，不具有持久性。
　　5.现在的初步实验装置较不符合实际，因为玻璃管仍需定制尺寸，且一次实验所能净化的污水量也是极其有限的。
　　6.生石灰与水反应后剩余的溶液的溶质主要成分为氢氧化钙，可用于中和酸性土壤。也是本实验节约资源的体现之一。
　　7.污水净化器在家庭使用中越来越普及，具有发展前景，需实践者的不断改进、修整。我们始终相信科学需要努力，前路需要摸索。我们应该合理利用每一滴水源，坚持节约节省有限资源的方针，对大自然的未来负责。

　　附文
　　
　　虽然净水装置是科学教本中的知识点，但通过随机询问中学生发现大家仍对户外净水存在质疑与好奇。我们初步制作的净水装置所净化的水仍然存在不可靠性，但通过亲身实验得知摄取少量并未出现异常身体状况。初步制作所得的水没有达到国家的饮用水要求，这也是我们要改进的方向。