第2节 化学研究什么 第2课时（教学设计）化学沪教版2024九年级上册

第2节 化学研究什么 第2课时 化学研究物质的组成和结构、用途与制法 一、知识目标 1.能初步认识物质的多样性，知道物质的性质与组成、结构、用途的关系； 2.能初步学会应用科学的方法观察化学实验、描述现象； 3.能感受化学是推动人类社会可持续发展的重要力量。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：通过金刚石与石墨性质差异的实例，认识物质宏观性质的多样性与其微观结构的关系，建立“结构决定性质”的化学观念。 2.证据推理与模型认知：基于实验现象（葡萄糖、砂糖、面粉燃烧实验），分析物质组成（如碳元素的存在）、变化本质（物理变化与化学变化），归纳“性质决定用途”的推理模型（如金刚石切割玻璃、石墨导电）。 3.科学探究与创新意识：结合化学史（如我国科学家制备金刚石的突破），感悟化学创新对解决资源、能源问题的价值，增强可持续发展意识。 一、教学重点 1.能初步认识物质的多样性，知道物质的性质与组成、结构、用途的关系。 二、教学难点 1.能初步学会应用科学的方法观察化学实验、描述现象。 本课时聚焦化学学科核心，进一步拓展学生对化学研究范畴的认知，在学科知识体系中承上启下。课程标准要求学生认识物质多样性，理解性质与组成、结构、用途的关系，本课时正是这一要求的具体落实。 在研究物质的组成和结构方面，通过灼烧葡萄糖、砂糖、面粉得到黑色碳的实验，引导学生认识不同物质可能含相同元素，初步构建元素组成物质的观念。以金刚石和石墨为例，阐述二者因碳原子排列方式不同导致性质差异，让学生体会物质结构对性质的决定性影响，为从微观角度理解化学反应埋下伏笔。 在研究物质的用途与制法时，教材联系生活实际，以金刚石制作钻石、切割玻璃，石墨制作铅笔芯、用作电极等实例，直观呈现 “性质决定用途，用途反映性质” 的化学思想。同时介绍以煤、石油、天然气为原料通过化学工艺制造药物、合成材料等，凸显化学创造新物质、满足社会需求的价值，激发学生学习兴趣，为后续学习物质制备方法和工业流程铺垫。 从知识基础看，九年级学生在小学科学和日常生活中已对常见物质用途有初步认知，如金刚石可切割玻璃，但对 “元素”“微观结构” 等抽象概念缺乏系统理解。在灼烧葡萄糖等实验中，学生能观察到黑色固体生成，却难以自主关联 “不同物质含相同元素” 的本质，需通过实验现象引导其建立 “元素组成物质” 的宏观认知框架。 在认知能力方面，学生正处于从形象思维向抽象思维过渡阶段，对金刚石与石墨的性质差异，易停留在 “外观不同” 的表面认知，难以理解 “原子排列方式决定结构” 的微观本质。“性质—用途—制法”的逻辑推理中，生活实例（如石墨作电极）较易理解，但对煤、石油转化为合成材料的工业流程，缺乏具象认知，需借助模型、视频等直观手段降低理解难度。 学习兴趣上，学生对 “物质用途与生活的联系” 兴趣浓厚，如金刚石切割玻璃的应用场景能激发探究欲，但对抽象的元素概念、微观结构理论兴趣较低。此外，前一课时已学 “物质变化与性质”，为本课时“组成—结构—用途”的逻辑建构奠定了一定基础，但需注意新旧知识的衔接，避免因微观概念抽象导致认知断层。 在实验技能方面，学生具备基本的观察能力，但从实验现象推导结论的逻辑思维能力较弱，需通过问题链引导（如“黑色物质是什么→如何证明不同物质含同种元素”），帮助其形成科学推理习惯。 教学环节一 新课导入 【提问】同学们，想象一下，如果用一把热的勺子分别去触碰牛奶、软糖、棉花糖、蜂蜜，会发生什么现象呢？ 【学生回答】牛奶可能会结块/起皮；软糖可能会融化/变粘；棉花糖可能会融化/焦化；蜂蜜可能会变稀/冒泡等。 【播放视频】实验视频《当热勺子邂逅牛奶、软糖、棉花糖、蜂蜜》，用热勺子分别接触牛奶、小熊软糖、棉花糖和蜂蜜，观察到不同物质遇热后出现熔化、碳化等现象。 【提问】为什么不同物质遇热会有不同反应？这些现象背后与物质的组成和结构有何关联？ 【学生回答】可能提到物质成分不同、受热分解等。 【讲解】这些我们熟悉的物质在受热时表现出不同的变化。那么，为什么不同的物质会有不同的性质？它们是由什么构成的？内部的奥秘又是什么？化学，就是一门研究物质组成、结构、性质、变化规律以及用途的科学。今天，我们就跟随化学的视角，深入探究物质世界的奥秘，开启“化学研究什么”的第二课时学习。 设计意图 1.创设情境，激发兴趣： 利用学生熟悉的食物（牛奶、软糖等）和日常现象（热勺子触碰）作为切入点，贴近生活，易于引发共鸣和好奇。 2.聚焦问题，明确主题： 通过观察物质受热变化的不同，自然引出核心问题“物质为何不同？其内在奥秘是什么？”，明确本节课“化学研究物质的组成、结构、用途与制法”的主题。 教学环节二 化学研究物质的组成和结构 活动一：物质组成的实验探究 【演示实验】取少量葡萄糖、砂糖和面粉，分别放在燃烧匙中，在酒精灯上加热，直至完全烧焦，观察发生的现象。试讨论上述现象说明了什么。 【提问】大家观察到了什么共同的现象？ 【学生回答】都产生了黑色残渣。 【提问】黑色残渣可能是什么？这个现象说明了这三种物质在组成上有什么共同点？ 【学生回答】推测黑色残渣为碳，得出三种物质都含碳元素。 【实验记录】 实验现象 解释与结论 都有黑色残渣生成 这些物质中均含有碳元素 【讲解】人们不断地探索物质的组成，发现世间万物仅由 90 多种元素组成，有些物质仅由一种元素组成，如氧气由氧元素组成，氮气由氮元素组成，金刚石、石墨均由碳元素组成。更多的物质由两种或更多种元素组成，如二氧化碳由碳和氧两种元素组成，碳酸氢铵由碳、氢、氧、氮四种元素组成。 设计意图 1. 培养实证思维：通过灼烧实验的直观现象（黑色残渣），引导学生识别关键证据，并基于已有知识（炭黑等）进行逻辑推理，得出“含碳元素”的结论，落实“实验观察→证据识别→逻辑推理→结论形成”的科学方法，并最终建立“物质由元素组成”的核心概念。 2. 建立元素概念： 从具体物质（糖类）的实验中抽象出“元素”的概念，理解物质由元素组成。 3. 深化元素认识： 将实验得出的具体结论（含碳元素）置于更广阔的知识背景下，系统介绍物质的元素组成分类（单质、化合物），建立“万物由有限元素组成”的宏观概念。 活动二：物质结构的微观探析 【展示模型】展示沙子和水的宏观图片，并对应展示二氧化硅（SiO₂）分子模型和水（H₂O）分子模型。 【讲解】在研究物质组成的同时，科学家还用各种方法和手段深入研究物质的微观结构。经过长期的探索，人们发现物质都是由肉眼看不见的、极小的微观粒子构成的，各种纯净物质都具有一定的组成和结构。从宏观上看，这是我们肉眼可以见到的沙子和非常熟悉的水，那在分子层次，他们却是一个个微观粒子构成的，这是构成沙子的二氧化硅的分子模型，这是构成水的水分子的模型。物质组成和结构的不同导致了物质性质的差异，使得我们周围的物质世界丰富多彩。 【展示模型】呈现金刚石和石墨的微观结构模型（金刚石：空间网状立体结构；石墨：层状结构），并对比二者显著的宏观性质差异：金刚石是自然界最坚硬的物质，可用于切割、钻探；石墨则质软、滑腻，可用于制铅笔芯。 【提问】金刚石和石墨都由碳元素组成，为什么它们的性质（如硬度）却如此截然不同？ 【学生回答】学生可能意识到“结构不同”，但难以具体描述原子排列方式的差异及其与性质的具体联系。 【讲解】（结合模型重点讲解）物质的微观结构（特别是原子或分子的排列、连接方式）决定了它的性质！金刚石中碳原子以坚固的四面体空间网状结构连接，因此异常坚硬；石墨中碳原子排列成层状，层间作用力弱，容易滑动，所以质软、有滑腻感。这个经典实例深刻揭示了化学的一个核心观念：物质的结构决定物质的性质，性质是结构的反映。 设计意图 1.聚焦核心观念：通过对比宏观现象（沙子、水）与微观模型（分子结构）、以及同素异形体（金刚石/石墨）的微观结构差异与宏观性质差异，创设强烈的认知冲突（组成相同，性质迥异），引导学生将目光聚焦到“结构”上，深刻理解并建立“结构决定性质”这一化学学科最核心的基本观念之一。 2.利用模型突破难点： 微观结构抽象，通过可视化的结构模型对比（空间网状 vs 层状），清晰展示原子排列方式的根本差异，帮助学生理解结构如何具体地决定宏观性质（硬度）。 3.深化组成与结构关系： 明确“组成相同”的物质也可能因“结构不同”而性质天差地别，完善对物质本质的认识层次（组成→结构→性质）。 教学环节三 化学研究物质的用途与制法 活动一：性质与用途的关联分析 【交流讨论】下列有关物质用途的表述，分别利用了金刚石或石墨的哪些性质？ 1. 制作钻石 2. 用作电池电极 3. 制造铅笔芯 4. 切割玻璃 【学生回答】1.金刚石是无色透明晶体，具有特殊的光学性质；2.石墨能导电；3.石墨是灰黑色质软的固体；4.金刚石硬度大。 【总结】物质的用途是由其性质决定的！金刚石的硬度大决定了它能用于切割、钻探；其璀璨的光学性质决定了它能作为装饰品。石墨的导电性决定了它能做电极；其质软、灰黑色决定了它能做铅笔芯，由此我们可知，物质的性质决定物质的用途，用途是性质的体现。而物质的性质，正如我们刚才所学，归根结底是由其结构决定的。因此，结构决定性质，性质是结构的反映，而性质决定用途，用途是性质的体现。 设计意图 1.建立性质—用途关联： 通过具体的、学生熟悉的物质用途实例（钻石、铅笔芯、切割玻璃、电极），引导学生分析其背后的性质依据，深刻理解“性质决定用途”这一重要关系。 2.整合核心概念链： 将本环节的“用途←性质”与前环节的“性质←结构”整合起来，形成完整的“结构→性质→用途”概念链条，构建系统的化学认知框架。 活动二：物质制法的实际应用 【案例分析】展示我国科学家制备金刚石的成果： 1.1988 年钱逸泰团队用四氯化碳和钠制得纳米金刚石； 2.2019 年中科院利用化学气相沉积法以甲烷为原料 “种” 出金刚石。 【提问】为什么要研究人造金刚石？这体现化学制法的什么价值？ 【学生回答】可能提到资源利用、成本控制等。 【讲解】化学制法可突破天然物质限制，不仅合成金刚石，还能生产各种各样的新物质。地壳里蕴藏的煤、石油和天然气，长期以来作为燃料，为生产生活提供热能。后来人们发现，直接燃烧储量有限的煤、石油和天然气，不仅浪费了宝贵的资源，而且会带来较为严重的环境污染。化学还能将化石燃料等原料转化为价值更高的产品，如药物、合成纤维、塑料、橡胶等，极大地丰富了我们的物质生活，并减少了对天然资源的过度依赖和环境污染。 【展示题目】典例：下列关于常见物质的性质与使用或贮存关联错误的是（ ） A. 酒精具有可燃性，可作为燃料 B. 金刚石非常坚硬，可用于切割玻璃 C. 碳酸氢铵受热易分解，应保存在阴凉干燥处 D. 石墨为灰黑色质软的固体，所以可用作电池的电极 【学生回答】D 设计意图 1.认识化学制法的意义： 通过人造金刚石这一具体案例，特别是我国科学家的重大贡献，让学生理解化学合成在弥补自然资源不足、满足社会需求方面的重要作用。 2.体会化学的社会价值： 通过对比直接燃烧化石燃料的弊端和化学工艺将其转化为高附加值产品的优势，让学生认识到化学在资源高效利用、环境保护和创造新物质方面的重要价值，感受“化学是推动人类社会可持续发展的重要力量”。 3.渗透思政与爱国教育： 介绍钱逸泰院士等我国科学家的成就，增强学生的民族自豪感和科技自信，激发学习热情。 第2节 化学研究什么 二、化学研究物质的组成和结构、用途与制法 物质组成 → 元素（如碳元素组成金刚石、石墨） ↓ 物质结构 → 微观粒子排列（如金刚石立体结构） ↓ 物质性质 → 硬度、导电性（决定用途） ↓ 物质用途 → 切割玻璃、电极（反映性质） ↓ 物质制法 → 化学工艺（如人造金刚石） 1.下列哪一项研究内容主要属于化学对物质“结构”的探索？（ ） A. 测定空气中氧气约占总体积的21% B. 分析氯化钠晶体中钠离子(Na⁺)和氯离子(Cl⁻)的排列方式 C. 研究铁在潮湿空气中容易生锈的原因 D. 利用石油分馏得到汽油、柴油等产品 2.“物质的用途与其性质密切相关”这一说法最能体现在以下哪个实例中？（ ） A. 利用活性炭吸附性制作冰箱除味剂 B. 通过电解水大规模生产氢气 C. 使用质谱仪测定未知化合物的相对分子质量 D. 研究金刚石和石墨都是由碳元素组成 3.下列描述中，准确对应“物质的组成”研究的是（ ） A. 水由氢元素和氧元素组成 B. 水分子呈V形结构，是极性分子 C. 水在常温常压下是无色无味的液体 D. 水通电可以分解生成氢气和氧气 4.物质的“用途”主要受以下哪项因素的决定（ ） A. 物质的来源是否容易获得 B. 物质的生产成本高低 C. 物质的性质（包括由其结构决定的化学性质和物理性质） D. 物质被发现的历史长短 5.下列关于“组成”与“结构”关系的描述，正确的是（ ） A. 组成相同的物质，其结构一定相同 B. 结构决定了物质的性质，而组成对性质没有影响 C. 组成相同的物质，可能因结构不同而具有截然不同的性质（如同素异形体） D. 研究物质的组成比研究其结构更为重要 6.化学家设计新物质以满足特定需求时，最核心的考虑因素是（ ） A. 首先确保该物质的生产成本最低 B. 优先考虑该物质的原料是否容易获得 C. 基于目标用途所需性质，设计并构建具有相应结构的分子或材料 D. 主要关注该物质是否具有新颖的名称和外观 本节课通过“灼烧实验推导元素组成”和“金刚石/石墨结构对比”两大核心活动，有效落实了“实验→证据→结论”的科学方法与“结构决定性质”的学科观念，学生能初步建立“组成→结构→性质→用途”的逻辑链条。亮点在于：①生活化导入（热勺子实验）有效激发兴趣；②模型可视化突破微观认知难点；③我国科学家案例自然融入思政教育。需改进的是：部分学生对“结构差异影响性质”的微观机制理解仍显抽象，后续可增加动态模拟或学生动手拼装模型活动；习题环节对“性质与用途精准对应”（如石墨导电性）的辨析需强化针对性训练。整体上，教学目标基本达成，但微观到宏观的思维转化仍需更多脚手架支撑。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$