2.4 水的组成和净化 第1课时（教学设计）化学新教材沪教版九年级上册

该初中化学教学设计聚焦水的组成探究，从化学史切入引发认知冲突，通过分析水的三态变化无法研究组成，引出需用化学反应（电解水、氢气燃烧）探究，衔接前序氧气性质等知识，为后续学习铺垫。 特色是双实验双向验证，电解水与氢气燃烧从分解、化合角度共同证明水的元素组成，强化元素守恒化学观念。实验含现象观察、误差分析，问题链驱动证据推理，培养科学思维。视频辅助教学，提升学生探究能力，助教师突破重难点，落实核心素养。

2.4 水的组成和净化 第1课时 探究水的组成 年级 九年级 学科 化学 课型 新授课 教材 新教材沪教版九年级上册 教学目标 1通过水的三态变化、电解水实验，从宏观、微观两个角度认识水的组成，能够准确区分物理变化与化学变化。 2.能根据氢气燃烧、电解水的实验现象与产物，推理出水的元素组成，学会利用实验证据推导物质的元素组成，构建证据推理的思维模型。 3.了解人类探究水组成的化学史实，体会科学认知是不断完善的过程；树立安全实验意识，建立爱护水资源的社会责任意识。 教学重点 氢气的化学性质与燃烧实验；电解水实验的现象、产物检验；通过两个定量实验推导水的元素组成 教学难点 理解电解水与氢气燃烧两个相反实验共同证明水组成的逻辑；电解水实验的误差分析。 教材分析 本节课是第二章《空气与水资源》第四节的第 1 课时，是初中化学中定量研究物质组成的经典实验课。在此之前，学生已经学习了氧气的性质与制备、物质的变化与分类，具备了基本的实验操作与现象分析能力。 本节课以水的组成为核心，通过电解水分解实验、氢气燃烧化合实验，从正反两个角度论证水的元素组成，渗透 “化学反应前后元素种类不变” 的化学思想。 本节内容承接氧气的相关知识，开启水主题的学习，为后续水的净化、溶液、质量守恒定律等核心内容奠定理论与实验基础，是培养学生实验探究能力、证据推理素养的重要载体，兼具实验操作性与思维思辨性。 学情分析 已有基础：学生从生活中熟知水的三态变化，能够区分物理变化与化学变化；掌握氧气的检验方法，具备基本的实验观察和操作能力，对化学实验有较高的探究兴趣。 存在短板：对氢气的性质缺乏认知，对电解水实验的定量原理理解困难；难以理解 “分解 + 化合” 两个实验共同论证水组成的逻辑；对实验误差的原因分析不全面。 认知特点：九年级学生对直观实验现象兴趣浓厚，但抽象逻辑与定量思维仍在发展中，需要依托实验现象、问题链引导逐步推导结论，建立宏观现象与元素组成的关联。 教学过程 教学内容 设计意图 课堂导入 【引入】很长一段时间里，人们曾认为水是一种不可再分的 “元素”。 古代中国五行说、古希腊四元素说都曾把水看作是一种不可拆分的“元素”，直到近代科学家通过实验才揭开了水的组成的奥秘。 【提出问题】水不是一种元素，水由什么组成？ 【讲解】水在自然界中能以液态、固态、气态三种状态同时存在。与大多数物质不同，固态水（冰）的密度比液态水小，可以浮在水面上；气态水无色无味。不同状态的水在一定条件下可以互相转化。 【提出问题】水的三态变化（蒸发、凝结、凝固）能不能用于研究水的组成？ 【学生思考】结合物理变化的特征，分析三态变化不能探究物质组成的原因。 【讲解】水加热煮沸产生水蒸气，水蒸气冷凝又变成液态的水，通过这一系列物理变化可以获得较为纯净的水。日常生活中的水大多不是纯净物，研究水的组成时必须使用纯净的水。利用化学反应在一定条件下使水分解，研究水分解后的产物，可以帮助我们认识水的组成。 【引入课题】研究水的组成，需要通过化学反应让水发生分解，通过研究分解产物来推断水的组成。本节课我们就通过两个经典实验，探究水的元素组成。 1.从化学史切入，制造认知冲突，激发学生的探究欲望。 2.通过问题引导学生从变化类型的角度思考研究方法，自然导入实验探究。 环节一 探究水的组成 问题一 你能提出研究水的组成的实验方案吗？ 【提出问题】要通过化学反应研究水的组成，可以让水在通电条件下发生分解，通过检验生成物来推断水的组成。 【探究】水的组成及变化。如图为电解水的实验装置，一个直流电源，正负极分别连接一个带尖嘴的玻璃管。 【学生活动4】教师演示实验或播放实验视频，学生观看实验视频，记录实验现象。 【操作1】向图2-28 所示的装置中加入纯净的水（为增强溶液的导电性，可向水中加入少量氢氧化钠），接通直流电源，观察实验现象。 【提示】主要从下表所示的角度观察实验现象。 现象 与电源正极 与电源负极 电极附近 玻璃管内 电极附近 玻璃管内 产生气泡 液面下降较慢 产生气泡 液面下降较快 比较两个玻璃管内现象的差异 负极相连的玻璃管内液面下降约为正极玻璃管内的2倍，负极的气体体积是正极的2倍 问题二 观察实验现象，怎么推断电极气体成分？ 【操作2】将一根带火星的木条平放在与电源正极相连的玻璃管的尖嘴处，打开活塞，观察实验现象，并推断气体成分。 【操作3】打开与电源负极相连的玻璃管的活塞，在玻璃管的尖嘴处点燃（或用一支小试管收集生成的气体后移至酒精灯火焰处），观察实验现象，并推断气体成分。 实验内容 检验与电源正极相连的 玻璃管内的气体 检验与电源负极相连的 玻璃管内的气体 现象 木条燃烧更剧烈 气体燃烧，产生淡蓝色火焰 解释 正极产生的气体为氧气 负极产生的气体为氢气 【讲解】我们可以用口诀记忆实验现象：负氢正氧，体积比2:1。注意是体积比不是质量比；另外纯水几乎不导电，实验前会在水中加少量硫酸钠或氢氧化钠，目的是增强水的导电性。 问题三 从实验现象可以推断出什么结论？ 【学生活动】用分解水的方法研究水的组成： （1）水在通电后发生了什么变化? （2）写出水电解反应的文字表达式，分析水的元素组成？ 【解析】（1）经实验验证，水通电后有氧气和氢气两种新物质生成，说明水在通电后发生了化学变化。 （2）依据反应前后元素守恒可知，水是由氢元素和氧元素组成的。 水 → (通电) 氢气 + 氧气 氢元素和氧元素 氢元素 氧元素 【讲解】强调易错点：不能描述为“水由氢气和氧气组成”，水是纯净物，只含有水分子，不含氢分子和氧分子。 【实验总结】水在直流电的作用下，发生化学反应，在正负极分别生成了氧气和氢气，且产生氢气和氧气的体积比约为2:1。化学反应前后元素种类不变，因此水是由氢元素和氧元素组成的。 【提出问题】理论上氢气与氧气的体积比为 2:1，但实际实验中体积比往往大于 2:1，可能的原因是什么？ 【讲解】氧气在水中的溶解能力比氢气强，部分氧气溶解在水中； 氧气化学性质较活泼，可能与电极发生化学反应而被消耗，氢气不与电极反应。 知识总结 1.电解水现象：两极冒泡，正氧负氢，体积比 1:2。 2.产物检验：氧气用带火星木条复燃检验；氢气点燃产生淡蓝色火焰。 3.实验结论：水由氢元素和氧元素组成；电解水属于分解反应。 【例 1】如图为电解水实验。下列对该实验的说法错误的是 （ ） A．b 管产生的气体能使燃着的木条燃烧得更旺 B．该实验证明水由氢元素和氧元素组成 C．实验过程中 c 内液面高度不变 D．a 管与 b 管产生气体的体积比为 2：1，则 a 管连接的是负极 【答案】C 【解析】b 管气体少，是氧气，能使木条燃烧更旺，A 正确； 实验证明水由氢氧元素组成，B 正确； 电解水时两极产生气体，管内压强增大，c 中液面会上升，C 错误； 氢气体积大，连接负极，D 正确。 【变式 1】有关电解水实验的下列叙述中，正确的是（ ） A．在水中加少量稀硫酸可增强导电性 B．与电源正极相连的一端产生氢气 C．可证明水由氢气、氧气组成 D．正、负极产生的气体质量比是 1：2 【答案】A 【解析】加氢氧化钠或稀硫酸可增强水的导电性，A 正确；正极产生氧气，B 错误；水由元素组成，不是由氢气氧气组成，C 错误；体积比 2:1，质量比 1:8，D 错误。 通过完整的实验探究，引导学生经历 “现象 - 检验 - 结论” 的科学推理过程，培养证据推理素养。 通过误差分析深化对实验的理解，突破教学难点，培养严谨的实验思维。 环节二 氢气 问题四 采用什么方法收集氢气？ 【提出问题】电解水产生的氢气，具有哪些物理性质？可以用什么方法收集？ 【讲解】 物理性质：通常状况下，氢气是无色、无臭的气体，密度比空气小，是标准状况下密度最小的气体；难溶于水。 收集方法： 难溶于水→排水法收集； 密度比空气小→向下排空气法收集。 问题五 怎么检验氢气的纯度？ 【讲解】氢气是一种可燃性气体，混有一定量空气或氧气的氢气遇到明火会发生爆炸，所以点燃氢气前一定要检验其纯度。 【教师提问】阅读教材中氢气验纯的操作步骤，思考：验纯的操作要点是什么？如何通过现象判断氢气的纯度？ 【学生思考】 学生1：用排水法收集一试管氢气，用大拇指堵住试管口，管口向下移近酒精灯火焰，松开拇指点火。 学生2：如果听到尖锐的爆鸣声，说明氢气不纯；如果声音很小，说明氢气较纯净。 【讲解】强调：不仅是氢气，所有可燃性气体（比如天然气、一氧化碳等）点燃前都需要验纯，防止发生爆炸危险。 【实验重现】“易燃空气”即氢气，仿照科学家的实验，探究氢气的燃烧。 【实验4-4】教师演示实验或播放实验视频，学生观察并描述实验现象。 【学生展示】氢气燃烧的现象。 【总结】氢气燃烧的实验现象：产生淡蓝色火焰，放出大量热，烧杯内壁凝结有水雾。 【教师引导分析】进一步的实验证实生成的无色液滴就是水。写出上述反应的文字表达式：。 【思考与讨论】氢气由氢元素组成，氧气由氧元素组成，那么根据上述反应你能否推导出水的元素组成呢？ 氢气 + 氧气 → (点燃) 水 氢元素 氧元素 氢元素和氧元素 【拓展视野】利用太阳光分解水制氢 介绍新型制氢技术：以 TiO₂等为催化剂，利用太阳光直接分解水制氢气。氢气是理想的清洁能源，液氢用作航天燃料，产物只有水，无污染可循环。渗透能源可持续发展的观念。 知识总结 1.氢气物理性质：无色无臭气体，密度最小，难溶于水。 2.氢气化学性质：具有可燃性，点燃前必须验纯；燃烧产生淡蓝色火焰，生成水。 3.氢气燃烧实验也能证明水由氢元素和氧元素组成。 【例 2】下列关于 “电解水” 和 “氢气在空气中燃烧” 实验的说法，不正确的是（ ） A．电解水发生了分解反应 B．a 管气体能使带火星木条复燃 C．干冷烧杯内壁有水雾产生 D．两个实验均可证明水的组成 【答案】B 【解析】电解水是分解反应，A 正确； a 管气体体积大，是氢气，不能使带火星木条复燃，B 错误； 氢气燃烧生成水，烧杯内壁有水雾，C 正确； 两个实验分别从分解、化合角度证明水的组成，D 正确。 【变式 2】关于氢气的验纯，下列说法不正确的是（ ） A. 点燃氢气前一定要检验氢气的纯度 B. 验纯的方法是用拇指堵住试管口，试管口向上，移近火焰，松开拇指，点火 C. 检验氢气纯度时，若听到轻微的 “噗” 声，说明气体较纯 D. 实验完成后，应用灯帽盖灭酒精灯 【答案】B 【解析】氢气密度比空气小，验纯时试管口应向下，防止氢气逸出，B 错误；其余选项均正确。 1.系统学习氢气的性质，完善对电解水产物的认知，渗透实验安全意识。 2.通过氢气燃烧实验，从化合反应的角度再次论证水的组成，与电解水形成双向验证，强化 “化学反应前后元素不变” 的核心逻辑。 3.拓展氢能应用，体会化学的应用价值，树立环保与能源意识。 课堂小结 七、板书设计 2.4 水的组成和净化 第1课时 探究水的组成 一、电解水实验 1.现象：正氧负氢，氢二氧一（体积比） 2. 检验：正极→带火星木条复燃（氧气） 负极→点燃，淡蓝色火焰（氢气） 3. 原理：水 → (通电) 氢气 + 氧气 （分解反应） 4. 结论：水由氢元素和氧元素组成 二、氢气 1. 物理性质：无色无臭，密度最小，难溶于水 2. 验纯：点燃前必须验纯 3. 燃烧：氢气 + 氧气 → (点燃) 水 （化合反应） 现象：淡蓝色火焰，烧杯内壁有水雾 结论：证明水由氢、氧元素组成 随堂练习 1．下列关于 “水的沸腾” 和 “电解水” 的说法中，不正确的是（ ） A. 水沸腾发生的是物理变化 B. 电解水发生的是化学变化 C. 水沸腾和电解水的过程中都有能量变化 D. 水沸腾和电解水实验都能证明水的组成 【答案】D 【解析】水沸腾是物理变化，分子种类不变，不能证明水的组成；电解水是化学变化，可证明水的组成，D 错误。 2．如图是实验室电解水的装置图，回答下列问题。 (1) 电解水时，先在水中加入少量氢氧化钠溶液，目的是____________________。 (2) A、B 为电源的正、负两极，通电一段时间后，Ⅰ 玻璃管中出现的实验现象是_________。 (3) 通过现象判断 B 为电源的______极，Ⅰ、Ⅱ 两支玻璃管中产生气体的体积比为________。 (4) 电解水一段时间后，打开 Ⅱ 玻璃管上的活塞，用带火星的木条靠近玻璃管尖嘴口的气体时，出现的现象是_________________________，这种气体是________；打开 Ⅰ 玻璃管上的活塞，用燃着的木条去点尖嘴处的气体，发现该气体能____________，这种气体是________。 【答案】 (1) 增强溶液的导电性 (2) 电极附近有气泡产生，玻璃管中的液面下降 (3) 正；2:1 (4) 带火星的木条复燃；氧气；燃烧；氢气 3．在空气中点燃纯净的氢气，并在火焰上方罩一个干燥的烧杯。纯净的氢气在空气中燃烧，可以观察到现象：产生________色火焰，烧杯内壁有________生成，用手触摸烧杯壁感觉很烫，说明反应放出了________，该反应的文字表达式为________________________。这个实验说明：①氢气具有____________性；②水由______________________组成。 【答案】 淡蓝；水雾；热量；氢气 + 氧气 → (点燃) 水；可燃；氢元素和氧元素 4．电解水实验如图。下列说法不正确的是（ ） A．试管 2 中得到氧气 B．产生氢气与氧气的体积比约为 2:1 C．该实验说明水由氢气和氧气组成 D．该化学反应的条件是通直流电 【答案】C 【解析】电解水实验说明水由氢元素和氧元素组成，不是由氢气和氧气组成，C 错误。 教学反思 本节课作为经典的物质组成探究课，以两个互补实验为核心，整体符合九年级学生的认知规律，实验现象直观，论证逻辑清晰。本课通过电解水分解实验与氢气燃烧化合实验的双向验证，帮助学生建立 “化学反应前后元素种类不变” 的核心观念，有效落实了证据推理与实验探究的化学核心素养。教学全程采用问题链驱动、实验探究与概念建构结合的模式，既强化了核心知识，又渗透了安全意识与能源观念，重难点突出，逻辑清晰。 同时课堂也存在不足。其一，部分学生对实验的定量关系理解不深，容易混淆体积比与质量比；其二，氢气验纯的操作细节学生掌握不扎实，安全意识仍需强化；其三，部分学生难以理解两个实验共同证明水组成的逻辑，对 “元素” 与 “物质” 的概念辨析不清。 针对以上问题，后续教学将针对性优化：设计定量关系专项辨析，明确体积比与质量比的区别；增加氢气验纯的模拟操作训练，强化安全规范；梳理两个实验的论证逻辑，结合反应类型对比，帮助学生理解 “分解与化合共同验证元素组成” 的思维路径，深化对水组成的认知。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $