初中化学新科粤版九年级上册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教案2025秋

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第1课时学习探索物质组成与构成的历程【素养目标】1.探索物质组成与构成的历程。2.探究水的组成。3.认识探究物质组成的一般思路。4.培养学生动手实践和动脑思考的能力。5.形成批判性思维。【教学重点】学习科学家探索物质组成与构成的历程。设计实验方案探究水的组成及变化。【教学难点】电解水实验。【教学课时】一课时【教学过程】［问题引入］2022年，我国祝融号火星车发现火星近期水活动迹象。水的组成和构成是怎样的？下面我们一起来探究物质的组成与构成吧！项目活动1学习探索物质组成与构成的历程［课件展示］教师利用多媒体设备展示科学家探索物质组成与构成的时间轴图片。[教师讲解]现代科学已经知道物质是由原子、分子等微观粒子构成的，通过学习科学史实可以帮助我们体会体会科学家探索物质的组成与构成的智慧。［课件展示］教师利用多媒体设备展示普里斯特利、卡文迪什、拉瓦锡对水的组成的探究过程。[交流讨论]拉瓦锡通过“铁和水蒸气反应”实验收集到了“可燃空气(氢气)”结合普里斯特利、卡文迪什的实验结果，推理得出结论：水由氢、氧两种元素组成。你认同吗？为什么？[学生回答]认同。在普里斯特利、卡文迪什的实验中，氢气和氧气反应后生成了水，根据化学反应前后元素种类不变可知，水由氢、氧两种元素组成。在拉瓦锡的实验中，水蒸气和红热的铁反应后生成了氢气,氢气中的氢元素来自水，进一步证明了水的组成。[学生阅读]指导学生阅读课本P59图2.4-3“三位科学家对‘氢气和氧气反应’实验做出的解释”。[提出问题]你更赞成道尔顿、盖-吕萨克、阿伏伽德罗三位中哪一位科学家的观点，为什么？[学生回答]更赞成阿伏伽德罗的观点,分子在化学变化中可分,而原子在化学变化中不可分。[教师讲解]以上这些科学家们探究物质的组成与构成时运用的方法有：实验法、模型法、分析法和归纳法等。[复习回顾]水的物理性质：通常状况下，纯净的水是无色、无气味的透明液体。在压强为101.3kPa时，水的凝固点是0℃，沸点是100℃。４℃时，水的密度最大，为１g/cm3；水结冰后，体积膨胀，密度变小。[过渡]水在直流电的作用下，会分解生成氢气和氧气化学反应可表示为，下面我们就来通过电解水的实验探究水的组成。6 [实验探究]组织学生分小组完成课本P60【实验2-5】“设计实验”部分内容。[成果展示]组织学生展示完成的实验装置设计，并介绍实验仪器、装置特点等内容。方案一：水电解器方案二：简易电解水装置方案三：简易电解水装置特点：便于检验生成气体特点：废物利用，实验材料廉价易得特点：装置简单、易于操作[过渡]电解水实验结束后，该如何检验反应的生成物应呢？[教师讲解]电解水实验的生成物是氢气和氧气。氢气具有可燃性，可用燃着的木条点燃气体，并在火焰上方罩一个干冷的烧杯，若观察到火焰为淡蓝色，烧杯内壁有小水珠出现，则证明生成的气体为氢气。氧气具有助燃性，可将燃着的木条靠近气体，若观察到木条燃烧更旺，则证明生成的气体为氧气。[学生活动]组织学生分小组完成课本P61【实验2-5】“进行实验”部分活动，观察并做好记录。准备工作：分发实验用品（以方案一为例）：水电解器、直流电源、导线、烧杯、酒精灯、火柴、小木条、蒸馏水、氢氧化钠溶液(或稀硫酸)等。进行电解水实验：实验步骤观察与记录①取约100mL的水于烧杯中，加入少量氢氧化钠溶液或稀硫酸（可增强导电性），搅拌②打开两支刻度管的活塞，将溶液注入电解器中至两支刻度管充满，关闭活塞，连接直流电源。③通电，观察并记录电极上和刻度管内的现象。④一段时间后，停止通电①通电后，两个电极的表面都有气泡放出②电解后，连接电源负极的刻度管内气体体积较大，连接电源正极的刻度管内气体体积较小，它们的比约为2:1（3）检验生成物：实验步骤观察与记录⑤用燃着的木条靠近与电源负极相连的刻度管管口，打开活塞，在尖嘴口罩一个干冷的烧杯，观察并记录现象③与电源负极相连的刻度管内气体被点燃，产生淡蓝色火焰，烧杯内壁出现小水珠⑥关闭与电源负极相连的刻度管管口活塞。用燃着的木条靠近与电源正极相连的刻度管管口，打开活塞，观察并记录现象④与电源正极相连的刻度管内气体使燃着的木条燃烧更旺（4）收集证据：正极上产生的气体是氧气，负极上产生的气体是氢气，V正：V负≈1:2。分析解释：反应物和生成物的比较：项目反应物生成物物质种类水(H20)氢气（H2）氧气（O2）6 元素组成氢元素（H）和氧元素（O）氢元素（H）氧元素（O）（5）得出结论：根据电解水生成氢气和氧气，同时结合氢气和氧气反应生成水的实验事实，得出水是由氢元素和氧元素组成的。[提出问题]电解水和煮沸水时都有气泡产生，产生气泡的原因有何不同?[学生回答]电解水时产生气泡是因为水分解生成了氢气和氧气，发生的是化学变化；煮沸水时产生气泡是因为水汽化成水蒸气，发生的是物理变化。[追问]以上实验中有哪些现象和数据能够说明水不是一种元素，而是由氢、氧两种元素组成的?[学生回答]水通电后生成了氢气和氧气两种气体,且二者的体积比约为2:1,由此说明水不是一种元素,而是由氢、氧两种元素组成的。[教师讲解]注意事项：①刻度管内不可留有空气,以免点燃气体时造成爆炸。②控制活塞的开启速度,使气体缓慢放出,点燃气体时必须注意安全，防止爆炸。误差分析：若刻度管内收集到的氢气与氧气的体积比大于2:1，可能的原因是氧气在水中的溶解量比氢气的大或部分氧气与电极发生了反应等。[布置任务]请同学们根据以上实验内容，将课本P61【实验2-5】“撰写实验报告”部分内容补充完整。[教师讲解]探究物质组成的依据是“化学变化前后,元素种类不变”。探究一般思路有两种：①若能将化合物分解为已知组成的物质，可以通过分析生成物的元素组成来推测该化合物的组成；②若能用已知组成的物质合成化合物，可以通过分析反应物的元素组成来推测该化合物的组成。可用如下流程图表示：【板书设计】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第1课时学习探索物质组成与构成的历程项目活动11.学习科学家探索物质组成与构成的科学史①探索物质的组成的依据：分子在化学变化中可分,而原子在化学变化中不可分。②化学常用探究方法：实验法、模型法、分析法和归纳法等。2.水的组成及变化的探究（1）水的物理性质。（2）电解水实验。①原理：。②装置：③检验生成物的方法：6 ④现象：正极上产生的气体是氧气，负极上产生的气体是氢气，V正：V负≈1:2。⑤结论：水是由氢元素和氧元素组成的。⑥注意事项：a.刻度管内不可留有空气,以免点燃气体时造成爆炸。b.控制活塞的开启速度,使气体缓慢放出,点燃气体时必须注意安全，防止爆炸。⑦误差分析：若刻度管内收集到的氢气与氧气的体积比大于2:1，可能的原因是氧气在水中的溶解量比氢气的大或部分氧气与电极发生了反应等。3.探究物质组成的一般思路：【课后作业】完成练习册本课时课后练习。第2课时制作分子模型与展示【素养目标】1.制作分子模型，加深对分子、原子等微观粒子的认识。2.用模型演示电解水的微观过程，加深对化学反应的微观实质的认识。3.展示水分子在自然界中的转化过程，从微观角度认识物质的化学变化和物理变化过程。4.培养学生动手实践和动脑思考的能力。【教学重点】制作模型。拼装模型演示电解水的微观过程。【教学难点】电解水的微观过程。【教学课时】一课时【教学过程】［复习回顾］前面我们学习了电解水的反应，在这个反应中，分别涉及了哪几种物质、分子和原子呢？[学生回答]涉及的物质有水、氢气和氧气三种；分子有水分子、氢气分子和氧气分子；原子有氢原子和氧原子。[引入新课]今天我们就一起来制作分子模型，认识一下物质的微观组成与构成吧。项目活动2制作分子模型[教师讲解]模型建构是化学科学研究的基本方法。通过模型拼装可以从微观视角认识物质的组成与构成。[课件展示]教师利用多媒体课件展示几种常见物质的构成原子或分子。[学生活动]组织学生分组用橡皮泥或黏土等材料制作6种分子模型。6 制作方法：①用４种不同颜色的橡皮泥或黏土，按照体积从小到大的顺序，制作若干个分别代表氢原子、氧原子、氮原子、碳原子的圆球。②按照分子的结构，用短牙签连接各圆球。制作要求：制作出２个氢分子、１个氮分子、２个氧分子、１个二氧化碳分子、１个氨分子和不少于６个的水分子。[成果展示]组织学生分组展示各自制作的模型，教师注意鼓励学生相互评价与交流。[学生阅读]指导学生阅读课本P64“拼装模型演示电解水的微观过程”中的方案一。[学生活动]组织学生分组将制作好的水分子模型按照方案二或三进行拼装、演示电解水的微观过程。[演示记录]根据演示结果画出相应的微观示意图。方案二：用4个水分子模型演示方案三：用6个水分子模型演示[提出问题]方案一、二、三中水分子模型拆分后分别得到多少个氢原子和氧原子？氢原子和氧原子的个数比是多少？[学生回答]方案一水分子模型拆分后得到4个氢原子和2个氧原子，方案二水分子模型拆分后得到8个氢原子和4个氧原子，方案三水分子模型拆分后得到12个氢原子和6个氧原子，氢原子和氧原子的个数比是2:1。[思考]方案一、二、三中氢原子和氧原子重新组合后分别得到多少个氢分子和氧分子？水分子、氢分子和氧分子的个数比是多少？[回答总结]方案一中氢原子和氧原子重新组合后得到2个氢分子和1个氧分子，方案二中氢原子和氧原子重新组合后得到4个氢分子和2个氧分子，方案三中氢原子和氧原子重新组合后得到6个氢分子和3个氧分子，水分子、氢分子和氧分子的个数比均为2:2:1。[交流讨论]化学变化中原子、分子的种类和数目以及元素的种类是否发生了变化？[学生回答]化学变化中原子的种类和数目不变，分子的种类和数目改变，元素的种类没有改变。[提出问题]所有化学反应中都是这样吗？[学生回答]是/不是。[教师讲解]在化学反应中，原子的种类和数目一定不变，分子的种类一定改变，数目可能改变，元素的种类一定不变。[学生练习]请同学结合该实验，轮流陈述化学变化的微观实质是什么。[陈述内容]化学变化的微观实质是分子分解成原子，原子重新组合成新分子，构成新物质。[学生活动]组织学生分组进行“物质的分类”活动，将所制作和拼装后得到的模型进行分类，分别放进三个标有“单质”“化合物”和“氧化物”的筐中。[活动记录]项目活动3展示“水分子漫游记”情景剧[课件展示]多媒体课件展示水分子在自然界进行转移和变化的过程，教师进行过程讲解。6 [提出问题]水的蒸发过程、云的形成与降雨过程、植物对水的吸收和释放过程三个过程中主要进行的是物理变化还是化学变化？[学生回答]水的蒸发过程、云的形成与降雨过程主要是物理变化，植物对水的吸收和释放过程中既有物理变化也有化学变化。[布置任务]请同学们学生分组讨论，描述并补充以上三种水的变化过程情景。情景１:水的蒸发。液态的水接受阳光的照射，温度升高，水分子之间的间隔增大，当水分子之间的间隔增大到一定程度，就成为水蒸气。情景２:云的形成与降雨。当空气中的水蒸气达到一定的浓度，水分子就会聚集在空气中的微尘周围，由此液化产生的水滴或凝华产生的冰晶将阳光散射到各个方向，就观察到云。云中的小水滴或小冰晶都很小，而且都很轻，被空气中的上升气流托在空中。如果云体内的水气能源源不断得到供应和补充，使云滴表面经常处于过饱和状态，那么，这种凝结过程将会继续下去，使云滴不断增大，成为雨滴，从而降落形成降雨。情景３:植物对水的吸收和释放植物的根从土壤中吸收水分，根系吸水通过细胞吸水进行。吸收的土壤水一部分沿根→茎→叶运输，最后通过蒸腾作用散失于大气之中；另一部分被运输到植物的叶内，在叶肉细胞中通过光合作用合成有机物，有机物通过呼吸作用分解后重新生成水，再进入到到大气中。[学生活动]教师将课堂成员分为三个小组，分别挑选一个“水分子漫游”情景进行情景剧设计。[成果展示]组织学生以小组为单位，使用活动二中制作的分子模型进行情景剧展示。【板书设计】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第2课时制作分子模型与展示项目活动2制作分子模型1.制作模型制作方法：①用４种不同颜色的橡皮泥或黏土，按照体积从小到大的顺序，制作若干个分别代表氢原子、氧原子、氮原子、碳原子的圆球。②按照分子的结构，用短牙签连接各圆球。2.瓶装木星岩石电解水的微观过程。反应中氢原子和氧原子的个数比：2:1。反应前后水分子、氢分子和氧分子的个数比：2:2:13.物质的分类单质：氢气、氮气、氧气。化合物：水、二氧化碳、氨气。氧化物：水、二氧化碳。项目活动3展示“水分子漫游记”情景剧水在自然界的转化主要有水的蒸发、云的形成与降雨、植物对水的吸收和释放三种方式。【课后作业】完成练习册本课时课后练习。6