2.4跨学科实践活动：学习探究水的组成的科学史并制作分子模型---2025-2026学年九年级化学科粤版（2024）上册

第二单元 空气、物质的构成与组成 2.4跨学科实践活动：学习探究水的组成的科学史 并制作分子模型 1 学科网（北京）股份有限公司 1.探索物质组成与构成的历程。 2.水的组成。 3.探究物质组成的一般思路。 4.动手实践和动脑思考的能力。 5.批判性思维。 1.通过电解水的实验，确定水的组成。 2.培养学生的实验探究及分析推理的能力。 项目活动1 学习探索物质组成与构成的历程 [知识回顾]复习水的净化和纯化，硬水及其软化。 [引言]水如魔术般存在，高温成气，低温成冰；水有时能幻化成朵朵白云，有时能化作绵绵细雨，有时又能变成皑皑白雪。 [讲述]水是我们最熟悉，也是地球上分布最广的物质之一。水的组成又如何呢？今天我们就来研究这个问题。 展示一瓶水，根据生活经验，请学生自己归纳水的物理性质 [板书]一、水的物理性质： 1.无色无味的液体 2.101kPa时，凝固点 0℃ 、沸点 100℃ 3.水在4℃时密度最大，为1g/㎝3 [思考讨论]１.冰能浮在水面上，与水的哪种性质有关？ ２.玻璃瓶中的水结冰后为什么常将瓶子冻裂？ ３.高原地区烧开水为什么要用高压锅？ 二、水的构成 [知识回顾]水的化学式是H2O，水是由水分子构成的，每个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的；水是由氢元素和氧元素组成的。 [过渡]上述结论是怎样得到的呢？下面我们通过学习科学史来体会科学家探索物质的组成与构成的智慧。 水的组成的发现历程 古人认为，水是一种元素，不可再分。 1766年，英国的科学家卡文迪许发现将金属锌加入到硫酸中，会产生一种无色气体，这种气体与空气混合后点燃，发生威力巨大的爆炸，他将这种气体叫做“可燃空气”。同一时期，英国的科学家普利斯特里，也在研究这种“可燃空气”。这种气体密度只有空气的1/11。普利斯特里多次将这种猛烈的爆炸当作魔术在当时的欧洲贵族聚会上进行表演，某一次爆炸表演结束后，他发现玻璃容器的内壁有白雾。随后通过多次反复实验，确认这雾就是水。 1775年，法国科学家拉瓦锡通过实验验证空气不是一种元素，空气是一种混合物，其中氧气约占1/5。 1776年，瑞典科学家舍勒加热硝酸钾获得了比较纯净的氧气。 1781年，卡文迪许改进了原来的实验方案，他用纯净的氧气代替空气，发现“可燃空气”在纯氧中可以安静燃烧，发出蓝色火焰。他还发现1体积氧气和2体积“可燃空气”恰完全反应，生成物只有水，没有别的物质。但卡文迪许未能突破传统观念的来缚，错误地用两种气体里都含有水这种“元素"，来解释所观察到的实验现象。1782年，拉瓦锡将水蒸气通过1000多摄氏度高温金属铁管，获得了“可燃空气”和黑色固体。这个变化可以表示为:铁＋水黑色固体＋可燃空气”。由此他认为水不是一种元素，而是由“可燃空气”和氧结合形成的化合物1787年，拉瓦锡命名这种“可燃空气”为“氢气”，正式提出“氢”是一种元素。1800年英国科学家尼克尔森和卡里斯特尔用“伏打电池”在常温下进行了水的电解实验获得成功，进一步证明了拉瓦锡的结论。 分子概念的形成 1803年，10月18日，道尔顿在曼彻斯特的学会上第一次宣读了他的有关原子论的论文。论文中说了如下几个原子论的要点： 1.元素的最终组成称为简单原子，它们是不可见的，既不能创造，也不能毁灭和再分割，它们在一切化学变化中本性不变。 2.同一元素的原子，其形状、质量及性质是相同的，不同元素的原子则相反。每一种元素以其原子的质量为其最基本的特征（此点乃道原子论的核心）。 3.不同元素的原子以简单数目的比例相结合，形成化合物。化合物的原子称为复杂原子，其质量为所含各元素原子质量的总和。同一种复杂原子，其形状、质量及性质也必然相同。 意大利化学阿伏加德罗（1776—1856）以意大利物理学家盖·吕萨克(1778—1850)的气体化合体积定律为基础，通过合理的概括和推理，引入了分子的概念。 盖·吕萨克在进行大量的气体研究实验的基础上提出:“各种气体在相互发生化学反应时，常以简单体积比相结合。”由于道尔顿的原子学说中没有分子的概念，未能看到单质分子会由双原子或多原子构成。因而，按照道尔顿的学说，在化合物的复杂原子中就会出现“半个原子”的矛盾现象。阿伏加德罗敏锐地看到，只要在物体和原子这两种物质层次之间再引进一个新的关节点新的分割层次——分子，就可以把道尔顿的学说与盖·吕萨克的气体合体积定律顺利地统一起来。对化合物而言，分子即相当于道尔顿的“复杂原子”，对单质来说，同样包含这样-一个层次，只不过是由相同的原子结合成分子。对盖·吕萨克的气体化合体积定律的解释，只要认为相同温度、压强下，同体积的任何气体都含有相同数目的分子，便可以得到圆满的回答;如果认为各种元素的单质都含有两个或多个原子，也就不会出现“半个原子”那样的矛盾了。由于阿伏加德罗的分子概念是对道尔顿原子学说的发展，所以人们把它们统称为原子——分子论。 道尔顿和阿伏加德罗的原子一分子学说的观点是物质是由分子和原子构成的，分子中原子的重新组合是化学变化的基础，这观点奠定了近代化学的基础。 学生实验探究 【实验2-5】水的组成及其变化的探究 提出问题 水由什么元素组成呢? 设计实验 方案1 1.注意观察电极上发生什么现象。（接通电源后，两极上都有气泡产生，且与负极相连电极上产生气泡的速度快。） 2.两支玻璃管内的液面有什么变化？（两支玻璃管里汇集了无色气体，液面降低，其中连接正极一端产生的气体比连接负极一端产生的气体少。片刻后，接负极一端玻璃管内气体的体积大约是接正极一端玻璃管内气体体积的两倍。） 猜测一下电解得到的物质究竟是什么？通过实验鉴定。 1.用一根带火星的木条接近与正极相连的玻璃管尖嘴部分，慢慢开启活塞。 木条复燃——氧气。 2.用一根点燃的火柴接近与负级相连的玻璃管尖嘴部分，慢慢开启活塞。 看到微弱的浅蓝色火焰（或听到爆鸣声）——氢气。 [板书]水氢气+氧气 H2O H2 O2 [讲解]我们知道，氢气是由氢元素组成，氧气是由氧元素组成，化学反应前后，元素的种类不变，所以水是由氢元素和氧元素组成。 [设疑]水的化学式为什么是H2O而不是HO2 或 H2O2 ？ [计算]由实验可知：电解水生成的氢气和氧气的体积比是２：１，又查得氢气和氧气的密度（在标准状况下分别是0.0899g/L和1.429 g/L）,氢和氧的相对原子质量分别为1和16，求水的化学式？（提示：反应前后元素的质量不变。） [过渡]从微观的角度分析，水分子发生怎样的变化呢？ 播放水分子分解动画图解。人们经过大量的实验精密测定，证实1个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成，水的化学式应写成H2O。 以填空题的形式让学生理解水电解的宏观和微观过程。 [板书]1.水是由氢元素和氧元素组成的。 2. 一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成。 3.在化学变化中，分子可分，原子不可再分。 探究物质组成的一般思路 项目活动2 制作分子模型 1.制作模型：请你用橡皮泥或黏土等材料制作分子模型。 2.拼装模型演示电解水的微观过程：请你将制作好的水分子模型按照方案二或三进行拼装，然后根据演示结果画出相应的微观示意图。 交流讨论 1.水电解时，2个水分子可以拆解出2个氧原子和4个氢原子，氧原子和氢原子个数比为1：2。 2.水电解时，2个水分子可以得到1个氧气分子和2个氢气子，氧气分子和氢气分子的个数比为1：2。 3.化学变化中，原子、分子的种类和数目都不变，元素种类不变，化学变化的微观实质是原子的重新组合。 项目活动3 展示“水分子漫游记”情景剧 提示：情景剧可从水的固、液、气三态变化，自然界中的水循环（江河湖泊、云雨雾雪、动植物体等）等角度编写，主角定为“水分子”，让三到五个学生演绎。 [归纳总结]以小组为单位，归纳总结本课题的知识要点。 【典型例题】 1．能准确描述水的物理性质的是(　B　) A．水不能燃烧 B．在101.3 kPa下，水在4 ℃时密度最大 C．水的沸点是100 ℃ D．电解水可得到氢气和氧气 2．下列变化属于化学变化的是(　C　) A．水蒸发 B．水结冰 C．水电解 D．水沸腾 3．从微观上看，电解水发生变化的是(　A　) A．水分子 B．氢原子、氧原子 C．氢元素、氧元素 D．氢分子、氧分子 4.纯净的水是　（　AC　） Ａ．没有颜色、没有气味、没有味道的液体 Ｂ．单质　　Ｃ．化合物　　Ｄ．混合物 5.一个水分子的构成是　　（　D　） Ａ．一个氢分子和一个氧原子　　 Ｂ．两体积氢和一体积氧 Ｃ．氢原子和氧原子　　　　　　 Ｄ．两个氢原子和一个氧原子 6.下列说法正确的是（　D　） Ａ．水中含有氢分子和氧分子，所以通电后能产生氢气和氧气 Ｂ．水分子是由氢元素、氧元素组成的 Ｃ．电解水的实验现象是，通电后，正极产生氧气，负极产生氢气 Ｄ．水是由水分子构成的，每个水分子是由两个氢原子、一个氧原子构成的 略 $$