基于化學史的《水的組成》教學設計

鄧潔

摘 要：本教學設計通過對氫氣燃燒和水的電解實驗現象的觀察，初步了解利用化學反應來研究純凈物組成的方法，初步了解科學家探究水的組成的過程和方法。同時，了解人類認識物質世界的過程和方法，體會化學家在研究過程中的科學精神，滲透學科思想方法。

關鍵詞：初中化學；教學設計；教學過程

中圖分類號：G633.8文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2016）17-083-1

教學過程

【引入提問】 這是一瓶普通的不能再普通的水。那么大家對這個普通的水有哪些了解呢？

【學生回答】 純凈的水是無色無味透明的液體。在1013KPa時，水的凝固點是0℃，沸點是100℃。水在0℃～4℃之間有反常膨脹現象（即熱縮冷脹）。

【過渡】 看來大家對水還是非常了解的。那大家知道水是由哪些元素組成的嗎？知道科學家是怎么發現水的組成的嗎？

【板書】 4.3 水的組成

【講述】 在很長一段時間里，人們都認為水是由一種元素組成的。一直到了1766年，對水的認識開始有了轉機。

【講述】 1766年，卡文迪許用鋅或鐵與稀硫酸或稀鹽酸反應制得氫氣。1774年，普利斯特里發現氧氣。1781年某天，普利斯特里突發奇想，他將氫氣通入一個含有空氣的玻璃瓶中點燃。

【過渡】 大家知道發生了什么嗎？下面我就來模擬一下這個實驗，看看到底發生了什么？

【實驗演示】 現在我利用卡文迪許發現的方法來制取氫氣。

【提問】 已經有氣泡產生，根據現象氫氣有什么物理性質？

【學生回答】 無色無味的氣體。

【講述】 我在試管里留了裝了一些水，然后再用排水法收集氣體，這就像普利斯特里做的那樣。

【提問】 能用排水法收集，說明氫氣有什么性質？

【學生回答】 能溶于水，不與水反應？

【講述】 我現在已經收集好了，我用大拇指堵住試管口，試管口朝下（因為氫氣的密度小于空氣）然后移向酒精燈火焰，松開大拇指，請大家注意聽（發出尖銳的爆鳴聲）。

……

【板書】 一、氫氣的燃燒

【實驗演示】 點燃氫氣。

【講解】 氫氣燃燒火焰顏色實質上是淡藍色的，但由于玻璃中成分的干擾，才顯黃色。

【演示實驗】 出示干燥的燒杯，把燒杯罩在火焰上方，出現水霧，說明反應生成了水，用手觸摸燒杯外壁，發熱，說明反應放熱。

【提問】 寫出反應文字表達式。根據該反應，水是由什么元素組成的？

【學生回答】 依據化學反應前后元素種類不變，水是由氫元素和氧元素組成的。

【講述】 你怎么知道水就一定是氫氣與氧氣反應產生的，而不是與空氣中的其它物質反應呢？氧氣有阻燃性，這是老師告訴你的，對于當時的人們來說是不知道的。所以當時卡文迪也許有了這個疑問，他用純氧代替空氣，也得到了相同的現象，知道了的確是氧氣在與氫氣反應。

【過渡】 有人認為這些實驗已經可以證明水不是由一種元素組成的，但也有人有不同的意見，一直到，1783年，我們偉大的化學家拉瓦錫才徹底解決了這個問題。他用一種逆向思維的過程，如果氫氣和氧氣能反應生成水，那是不是水也能反應生成氧氣或氫氣，或者兩者都有呢？他設計了一個實驗，讓水蒸氣通過一根燒紅槍管，他得到了氫氣。17年后，1800年，隨著科技的發展，電出現了，尼科爾森和卡里斯特爾嘗試著，將直流電的兩個電極放到水中。大家知道發生了什么嗎？

【板書】 二、水的電解

【講述】 電解水時，我們選擇的是正極和負極不會改變的直流電。我現在接通電源，大家看兩個玻璃管剛開始時裝滿了水，為了增強水的導電性，要在里面加入氫氧化鈉或硫酸或者硫酸鈉。大家的左邊電極與電源的負極相連，大家右邊的電極與電源正極相連，請大家仔細觀察現象。

【提問】 由實驗現象可以知道兩極產生的是什么氣體？

【學生回答】 正極產生的氣體可以使燃著的木條燃燒的更旺，說明正極產生的氣體是氧氣。負極產生的氣體可以燃燒，說明負極產生的氣體是氫氣。

【交流討論】 略。

【過渡】 經過漫長的時間人們終于認識了水的組成，是由氫氧兩種元素組成的。隨著科技的發展，到了現代，科學家不光從宏觀方面研究物質是由什么元素組成的，還會從微觀角度研究物質是由什么構成的。比如從宏觀方面水是由氫氧元素組成，微觀方面水是由水分子構成的。（展示模型）

【練習】 氧氣、氫氣的組成和構成情況。（展示模型）

【講述】 水分解的微觀解釋：當水分子分解時，生成了氫原子和氧原子，2個氫原子結合成1個氫分子，很多氫分子聚集成氫氣；2個氧原子結合成1個氧分子，很多氧分子聚集成氧氣。

【過渡】 討論：H2、O2、H2O屬于純凈物還是混合物？

【講述】 是的，它們都屬于純凈物，只有純凈物才有固定的組成，才能用專門的化學符號來表示。

【提問】 H2、O2和H2O雖然都屬于純凈物，但是它們在組成元素的種類上有什么不同？

【思考】 H2O、CO2、P2O5、SO2這四個物質的共同點？

【學生回答】 兩種元素，一種是氧元素，化合物。

【講解】 它們都是由兩種元素組成，且其中一種元素為氧元素，這樣的化合物稱之為氧化物。

【思考】 下列物質哪些屬于氧化物？O2 KMnO4 HCl H2O2 KClO3 Fe3O4

【提問】 展示分子模型，判斷能否為氧化物。

【總結】 這節課，我們通過重溫歷史，再現了科學家從水的生成和分解兩方面分析出了水的組成，并在此基礎上學習了純凈物的分類。