人教版 · 九年级化学 · 第四单元 自然界的水 · 课题2 水的净化

活性炭吸附净水模拟实验

看三件事:它为什么疏松多孔、它靠什么把色素"抓住"、以及——它为什么抓不住水。

1组装装置,动手净化

先在烧杯里配一杯"污水"(红墨水 + 泥沙),再让它通过柱体。切换柱内填充物可以做对照。

① 配制水样
② 选择填充
③ 观察吸附
④ 得出结论
原水 0 mL · 色度 0 · 浊度 0
🔍 点击放大孔道
吸附柱填充:新鲜活性炭
流出液 0 mL · 色度 0
① 配制水样
② 柱内填充物(对照)
③ 操作
实时数据
原水体积0 mL
流出液体积0 mL
体积差(是否被"吸走水")0 mL
吸附位点占用0 / 60
位点占满 = 活性炭饱和失效

2过滤 ≠ 吸附:两回事

这是本课最容易丢分的地方。活性炭除色素靠的是吸附,不是过滤。

过滤(石英砂、滤纸)

靠"筛":颗粒比孔隙大,就被挡住
泥沙 色素照样过

色素已经溶解在水里,尺寸远小于砂粒间的缝隙,筛不住。所以过滤只能除不溶性杂质。

吸附(活性炭)

靠"抓":分子撞上孔壁,被分子间作用力扣住
水穿隙而过

色素分子个头大、与孔壁作用强,被扣在孔里;水分子小、作用弱,直接穿过去。全程没有新物质生成——物理变化。

3放大一百万倍:孔道里发生了什么

活性炭内部是大孔→中孔→微孔三级分支网络:粗的"大孔"是水的通道,水分子又小又快,一路穿过去;从大孔岔出的"中孔"和更细的"微孔"像无数死胡同,色素分子又大又慢,拐进去就被孔壁扣住。(孔径真实相差上百倍,图中未按比例)

水分子 H₂O 直径约 0.3 nm,走大孔,畅通无阻 色素分子 个头大 4~5 倍,拐进中小孔就被吸附 碳骨架 包住三级孔道,微孔贡献 95% 以上表面积
0被吸附的
色素分子
0漏过去的
色素分子
0顺利通过
的水分子
0被吸附的
水分子
色素截留率 — · 水分子截留率 0%(一个都没被抓住)
为什么水不被吸附?水分子直径约 0.3 nm,活性炭的孔隙多在 2 nm 以上,它一路畅通;而色素、异味分子个头大得多,钻进孔道后与孔壁之间的分子间作用力把它们"拽住",出不来。反过来说——要是活性炭真能吸附水,这柱子下面早就一滴不出了,可它一直在滴。
严谨补充(供教师参考)

真实活性炭对水蒸气也存在物理吸附,但在液相净水条件下,对色素、异味等大分子的吸附占绝对主导,水的损失可忽略(实验中表现为器壁与炭层残留,通常不足 1 mL)。初中阶段按"活性炭不吸附水"处理,与教材结论一致。

4四种净水操作,各能除去什么

常考点:活性炭吸附 ≠ 什么都除得掉。

操作不溶性杂质色素、异味可溶性钙镁离子
静置 / 吸附沉淀部分 ✓✗✗
过滤✓✗✗
活性炭吸附✓✓✗(不能软化硬水)
蒸馏✓✓✓(净化程度最高)
活性炭吸附后的水仍然可能是硬水:加肥皂水照样浮渣多、泡沫少。因为它除不掉溶解在水里的钙镁离子——那得靠煮沸或蒸馏。

5当堂小测

点选项即时判分,附解析。