資源簡介

2.4 跨學科實踐活動：學習探究水的組成的科學史并制作分子模型
第1課時 學習探索物質組成與構成的歷程
素養目標
1.探索物質組成與構成的歷程。
2.探究水的組成。
3.認識探究物質組成的一般思路。
4.培養學生動手實踐和動腦思考的能力。
5.形成批判性思維。
教學重點
學習科學家探索物質組成與構成的歷程。
設計實驗方案探究水的組成及變化。
教學難點
電解水實驗。
教學課時
一課時
教學過程
［問題引入］2022年，我國祝融號火星車發現火星近期水活動跡象。水的組成和構成是怎樣的？下面我們一起來探究物質的組成與構成吧！
項目活動1 學習探索物質組成與構成的歷程
［課件展示］教師利用多媒體設備展示科學家探索物質組成與構成的時間軸圖片。
[教師講解]現代科學已經知道物質是由原子、分子等微觀粒子構成的，通過學習科學史實可以幫助我們體會體會科學家探索物質的組成與構成的智慧。
［課件展示］教師利用多媒體設備展示普里斯特利、卡文迪什、拉瓦錫對水的組成的探究過程。
[交流討論]拉瓦錫通過“鐵和水蒸氣反應”實驗收集到了“可燃空氣(氫氣)”結合普里斯特利、卡文迪什的實驗結果，推理得出結論：水由氫、氧兩種元素組成。你認同嗎？為什么？
[學生回答]認同。在普里斯特利、卡文迪什的實驗中，氫氣和氧氣反應后生成了水，根據化學反應前后元素種類不變可知，水由氫、氧兩種元素組成。在拉瓦錫的實驗中，水蒸氣和紅熱的鐵反應后生成了氫氣,氫氣中的氫元素來自水，進一步證明了水的組成。
[學生閱讀]指導學生閱讀課本P59圖2.4-3 “三位科學家對‘氫氣和氧氣反應’實驗做出的解釋”。
[提出問題]你更贊成道爾頓、蓋-呂薩克、阿伏伽德羅三位中哪一位科學家的觀點，為什么？
[學生回答]更贊成阿伏伽德羅的觀點,分子在化學變化中可分,而原子在化學變化中不可分。
[教師講解]以上這些科學家們探究物質的組成與構成時運用的方法有：實驗法、模型法、分析法和歸納法等。
[復習回顧]水的物理性質：通常狀況下，純凈的水是無色、無氣味的透明液體。在壓強為101.3kPa時，水的凝固點是0℃，沸點是100℃。４℃時，水的密度最大，為１g/cm3；水結冰后，體積膨脹，密度變小。
[過 渡]水在直流電的作用下，會分解生成氫氣和氧氣化學反應可表示為，下面我們就來通過電解水的實驗探究水的組成。
[實驗探究]組織學生分小組完成課本P60【實驗2-5】“設計實驗”部分內容。
[成果展示]組織學生展示完成的實驗裝置設計，并介紹實驗儀器、裝置特點等內容。
方案一：水電解器 方案二：簡易電解水裝置 方案三：簡易電解水裝置
特點：便于檢驗生成氣體 特點：廢物利用，實驗材料廉價易得 特點：裝置簡單、易于操作
[過 渡]電解水實驗結束后，該如何檢驗反應的生成物應呢？
[教師講解]電解水實驗的生成物是氫氣和氧氣。氫氣具有可燃性，可用燃著的木條點燃氣體，并在火焰上方罩一個干冷的燒杯，若觀察到火焰為淡藍色，燒杯內壁有小水珠出現，則證明生成的氣體為氫氣。氧氣具有助燃性，可將燃著的木條靠近氣體，若觀察到木條燃燒更旺，則證明生成的氣體為氧氣。
[學生活動]組織學生分小組完成課本P61【實驗2-5】“進行實驗”部分活動，觀察并做好記錄。
準備工作：分發實驗用品（以方案一為例）：水電解器、直流電源、導線、燒杯、酒精燈、火柴、小木條、蒸餾水、氫氧化鈉溶液(或稀硫酸)等。
進行電解水實驗：
實驗步驟 觀察與記錄
①取約100 mL的水于燒杯中，加入少量氫氧化鈉溶液或稀硫酸（可增強導電性），攪拌
②打開兩支刻度管的活塞，將溶液注入電解器中至兩支刻度管充滿，關閉活塞，連接直流電源。③通電，觀察并記錄電極上和刻度管內的現象。④一段時間后，停止通電 ①通電后，兩個電極的表面都有氣泡放出②電解后，連接電源負極的刻度管內氣體體積較大，連接電源正極的刻度管內氣體體積較小，它們的比約為2:1
（3）檢驗生成物：
實驗步驟 觀察與記錄
⑤用燃著的木條靠近與電源負極相連的刻度管管口，打開活塞，在尖嘴口罩一個干冷的燒杯，觀察并記錄現象 ③與電源負極相連的刻度管內氣體被點燃，產生淡藍色火焰，燒杯內壁出現小水珠
⑥關閉與電源負極相連的刻度管管口活塞。用燃著的木條靠近與電源正極相連的刻度管管口，打開活塞，觀察并記錄現象 ④與電源正極相連的刻度管內氣體使燃著的木條燃燒更旺
（4）收集證據：正極上產生的氣體是氧氣，負極上產生的氣體是氫氣，V正：V負≈1:2。
分析解釋：反應物和生成物的比較：
項目 反應物 生成物
物質種類 水(H20) 氫氣（H2） 氧氣（O2）
元素組成 氫元素（H）和氧元素（O） 氫元素（H） 氧元素（O）
（5）得出結論：根據電解水生成氫氣和氧氣，同時結合氫氣和氧氣反應生成水的實驗事實，得出水是由氫元素和氧元素組成的。
[提出問題]電解水和煮沸水時都有氣泡產生，產生氣泡的原因有何不同
[學生回答]電解水時產生氣泡是因為水分解生成了氫氣和氧氣，發生的是化學變化；煮沸水時產生氣泡是因為水汽化成水蒸氣，發生的是物理變化。
[追 問]以上實驗中有哪些現象和數據能夠說明水不是一種元素，而是由氫、氧兩種元素組成的
[學生回答]水通電后生成了氫氣和氧氣兩種氣體,且二者的體積比約為2:1,由此說明水不是一種元素,而是由氫、氧兩種元素組成的。
[教師講解]注意事項：①刻度管內不可留有空氣,以免點燃氣體時造成爆炸。②控制活塞的開啟速度,使氣體緩慢放出,點燃氣體時必須注意安全，防止爆炸。
誤差分析：若刻度管內收集到的氫氣與氧氣的體積比大于2:1，可能的原因是氧氣在水中的溶解量比氫氣的大或部分氧氣與電極發生了反應等。
[布置任務]請同學們根據以上實驗內容，將課本P61【實驗2-5】“撰寫實驗報告”部分內容補充完整。
[教師講解]探究物質組成的依據是“化學變化前后,元素種類不變”。探究一般思路有兩種：①若能將化合物分解為已知組成的物質，可以通過分析生成物的元素組成來推測該化合物的組成；②若能用已知組成的物質合成化合物，可以通過分析反應物的元素組成來推測該化合物的組成。可用如下流程圖表示：
[教學板書]
2.4 跨學科實踐活動：學習探究水的組成的科學史并制作分子模型
第1課時 學習探索物質組成與構成的歷程
項目活動1
1.學習科學家探索物質組成與構成的科學史
①探索物質的組成的依據：分子在化學變化中可分,而原子在化學變化中不可分。
②化學常用探究方法：實驗法、模型法、分析法和歸納法等。
2.水的組成及變化的探究
（1）水的物理性質。
（2）電解水實驗。
①原理：。
②裝置：
③檢驗生成物的方法：
④現象：正極上產生的氣體是 氧氣 ，負極上產生的氣體是 氫氣 ，
V正：V負≈1:2。
⑤結論：水是由氫元素和氧元素組成的。
⑥注意事項：a.刻度管內不可留有空氣,以免點燃氣體時造成爆炸。
b.控制活塞的開啟速度,使氣體緩慢放出,點燃氣體時必須注意安全，防止爆炸。
⑦誤差分析：若刻度管內收集到的氫氣與氧氣的體積比大于2:1，可能的原因是氧氣在水中的溶解量比氫氣的大或部分氧氣與電極發生了反應等。
3.探究物質組成的一般思路：
課后作業
完成練習冊本課時課后練習。

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