第4節(jié)水的組成和凈化第1課時探究水的組成一、知識目標1.通過水的分解和合成反應(yīng)實驗探究水的組成。二、核心素養(yǎng)目標1.宏觀辨識與微觀探析：學生通過觀察電解水實驗中兩極產(chǎn)生氣泡、氫氣與氧氣體積比約為2:1的宏觀現(xiàn)象，以及氫氣燃燒時產(chǎn)生淡藍色火焰并生成水霧的實驗事實，辨識水的分解與合成反應(yīng)的宏觀特征，建立“水由氫、氧元素組成”的微觀認知，形成宏觀現(xiàn)象與微觀粒子變化的關(guān)聯(lián)思維。2.證據(jù)推理與模型認知：基于電解水時負極產(chǎn)生的氣體能燃燒（氫氣）、正極產(chǎn)生的氣體能使帶火星木條復(fù)燃（氧氣），以及氫氣燃燒生成水等實驗證據(jù)，結(jié)合“化學反應(yīng)前后元素種類不變”的規(guī)律，推理得出水的組成；構(gòu)建“通過物質(zhì)分解或合成的化學反應(yīng)，依據(jù)產(chǎn)物組成推斷原物質(zhì)元素組成”的認知模型。3.科學探究與創(chuàng)新意識：通過參與電解水、氫氣燃燒等實驗的觀察與分析，體驗“提出問題—實驗探究—收集證據(jù)—得出結(jié)論”的科學探究過程，掌握氫氣驗純等實驗安全規(guī)范；結(jié)合“利用太陽光和催化劑分解水”等拓展知識，激發(fā)對水分解實驗的改進思路和創(chuàng)新意識，認識科學技術(shù)在物質(zhì)組成探究中的重要作用。一、教學重點1.通過水的分解和合成反應(yīng)實驗探究水的組成。二、教學難點1.通過電解水實驗，觀察兩極產(chǎn)生的氣體體積比、驗證氣體成分，學會運用“現(xiàn)象→證據(jù)→結(jié)論”的科學探究方法，培養(yǎng)實驗觀察、記錄和分析能力。本節(jié)以“水”這一核心物質(zhì)為載體，構(gòu)建了從生活經(jīng)驗到化學本質(zhì)、從基礎(chǔ)認知到社會應(yīng)用的完整知識脈絡(luò)。教材首先從學生熟悉的自然界水循環(huán)切入（如三態(tài)變化、水資源分布），引導(dǎo)學生關(guān)注水的宏觀價值，進而通過電解水實驗這一關(guān)鍵探究活動，揭示水的微觀組成本質(zhì)。實驗設(shè)計層層遞進：從觀察氣體產(chǎn)生現(xiàn)象到產(chǎn)物檢驗（氫氣燃燒、氧氣復(fù)燃），最終推導(dǎo)出“水由氫、氧元素組成”的結(jié)論，并借助表達式（H?O→H?+O?）實現(xiàn)宏觀現(xiàn)象、微觀粒子與符號表征的三重聯(lián)系。這一過程深度融合“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)，為學生理解物質(zhì)組成奠定方法論基礎(chǔ)。在科學探究能力培養(yǎng)上，教材突出證據(jù)推理與創(chuàng)新思維的融合。電解水實驗不僅要求學生嚴謹操作（如氫氣驗純），更引導(dǎo)其依據(jù)實驗現(xiàn)象推斷產(chǎn)物性質(zhì)，形成“現(xiàn)象→證據(jù)→結(jié)論”的邏輯鏈條。同時，拓展欄目引入“光解水制氫”的前沿技術(shù)（TiO?催化、納米材料應(yīng)用），將基礎(chǔ)實驗與科技革新相銜接，激發(fā)學生對綠色能源開發(fā)的創(chuàng)新意識。這種設(shè)計既強化了探究技能的實踐性，也凸顯了化學學科對社會發(fā)展的推動作用。水資源綜合利用板塊則側(cè)重“模型認知”素養(yǎng)的滲透。教材通過1949-2022年用水量數(shù)據(jù)的橫向?qū)Ρ龋ㄞr(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活用水比例變化），引導(dǎo)學生分析社會發(fā)展與資源消耗的動態(tài)關(guān)系，構(gòu)建“需求增長-結(jié)構(gòu)優(yōu)化-可持續(xù)利用”的認知模型。尤其通過海水淡化技術(shù)設(shè)計任務(wù)，要求學生綜合運用分離原理（如過濾、離子交換樹脂凈水）解決真實問題，將水的凈化知識（如絮凝劑作用、過濾操作要點）升華為資源管理的系統(tǒng)思維。這一過程緊密呼應(yīng)課標“化學與社會發(fā)展”主題，培養(yǎng)學生從技術(shù)倫理（如能耗、環(huán)保）視角審視資源利用的責任意識。教材編排的創(chuàng)新性在于三線交織：知識線（組成→凈化→利用）、能力線（實驗探究→數(shù)據(jù)分析→技術(shù)設(shè)計）、價值線（科學本質(zhì)→生態(tài)責任）。例如，自來水廠工藝流程（沉降→過濾→消毒）的解析，既是對過濾操作（玻璃棒引流、濾紙折疊）的實踐延伸，亦為理解“硬水軟化”（離子交換樹脂）提供工業(yè)參照，最終落腳于“綠水青山”的可持續(xù)發(fā)展理念。這種多維度整合，使學科知識自然融入社會議題，充分體現(xiàn)化學課程的育人價值。學生在學習本節(jié)內(nèi)容前，已通過物理、生物等學科及日常生活經(jīng)驗積累了關(guān)于水的直觀認知，如水的三態(tài)變化、水資源分布不均等常識，并能描述過濾、沉降等簡單分離現(xiàn)象。然而，這些認知多停留在宏觀經(jīng)驗層面：一方面，學生雖熟悉水的物理性質(zhì)（如冰浮于水面），卻難以從微觀角度解釋其特殊性（氫鍵作用超出初中范疇）；另一方面，學生對“水是純凈物”存在普遍誤解，常將自來水、礦泉水等同于純水，尚未建立“混合物-純凈物”的科學分類標準。這種前概念可能阻礙對電解水實驗本質(zhì)的理解——即為何需用純水探究組成。在實驗探究能力上，九年級學生初步具備觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)技能，但證據(jù)推理能力仍顯薄弱。例如電解水實驗中，學生能觀察到兩極產(chǎn)生氣泡，卻容易忽略氣體體積比（2:1）的定量意義，或混淆氫氣驗純（尖銳爆鳴聲）與氧氣檢驗（復(fù)燃木條）的操作邏輯。同時，面對“用水量數(shù)據(jù)表”等真實情境證據(jù)時，學生傾向孤立比較數(shù)值，較難自主構(gòu)建“工業(yè)發(fā)展→用水結(jié)構(gòu)變化→可持續(xù)對策”的因果模型，需教師引導(dǎo)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為決策依據(jù)。社會應(yīng)用層面，學生對水資源危機有淺層感知（如節(jié)水標語），但缺乏技術(shù)解決路徑的理性思考。教材中海水淡化、光解水制氫等創(chuàng)新技術(shù)雖能激發(fā)興趣，但學生可能因“離子交換樹脂”“催化劑”等術(shù)語產(chǎn)生畏難心理；對凈水工藝（如明礬絮凝）的理解易陷入“步驟記憶”，難以遷移至設(shè)計家庭凈水方案等實踐任務(wù)。此外，學生易將“可持續(xù)發(fā)展”視為口號，需通過硬水軟化實例（肥皂水泡沫少）、中國缺水數(shù)據(jù)（人均水資源占比）等具象案例，推動責任意識向行為轉(zhuǎn)化。教學環(huán)節(jié)一新課導(dǎo)入【引入】同學們，自然界中的水以液態(tài)、固態(tài)、氣態(tài)廣泛存在，江河湖海、雨雪冰霜都是水的不同形態(tài)。水是一切生命賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)?！咎釂枴磕隳芰信e生活中哪些地方需要用水嗎？這些水來自哪里？【學生回答】生活飲用、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)等，水可能來自河流、水庫等?！局v解】水的用途廣泛，我們每天都在接觸水，但你是否想過：水到底是由什么組成的呢？今天我們就通過實驗來揭開“水的組成”之謎。設(shè)計意圖1.結(jié)合自然現(xiàn)象：從學生熟悉的自然界水的形態(tài)切入，聯(lián)系文檔中“自然界中的水”描述，引發(fā)共鳴。2.緊扣目標：通過提問引出水的組成的核心問題，呼應(yīng)學習目標中“探究水的組成”的要求。教學環(huán)節(jié)二探究水的組成活動一：水的三態(tài)變化【展示】自然界水循環(huán)圖片（冰川、河流、云層等）【提問】水有哪些存在形態(tài)？固態(tài)水和液態(tài)水的密度關(guān)系有什么特殊性？【學生回答】液態(tài)、固態(tài)、氣態(tài)；冰能浮在水面上說明密度比水小?！局v解】水在自然界中能以液態(tài)、固態(tài)、氣態(tài)三種狀態(tài)同時存在。固態(tài)水（冰）的密度比液態(tài)水小，可以浮在水面上，氣態(tài)水無色無味。不同狀態(tài)的水在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化。水加熱到一定程度會沸騰，沸騰時液態(tài)的水會變成水蒸氣，水蒸氣冷凝又變成液態(tài)的水，降低到一定溫度還可以變?yōu)楣虘B(tài)的冰?！咎釂枴克娜龖B(tài)變化屬于什么變化，這種變化能用于研究水的組成嗎？為什么？【學生回答】屬于物理變化，不能，因為物理變化沒有新物質(zhì)生成，無法體現(xiàn)物質(zhì)的組成?！咎釂枴磕隳芴岢鲅芯克慕M成的實驗方案嗎？【學生回答】把水分解，看看生成什么產(chǎn)物，或者用其他知道組成的物質(zhì)去合成水?！局v解】沒錯，大家說得很正確，要探究水的組成，需通過化學變化。本節(jié)課我們將通過水的分解和合成反應(yīng)實驗，揭開水的組成之謎。設(shè)計意圖1.聯(lián)系生活經(jīng)驗：視覺化呈現(xiàn)三態(tài)共存現(xiàn)象（冰川/河流/云層），具象化抽象概念，降低理解門檻。2.引發(fā)認知沖突：引導(dǎo)學生自主得出“物理變化無法揭示元素組成”的結(jié)論，破除“形態(tài)變化即組成變化”的迷思概念，自然導(dǎo)出化學變化的必要性，實現(xiàn)從宏觀現(xiàn)象到微觀本質(zhì)的探究轉(zhuǎn)向。3.訓練科學思維：開放性問題激發(fā)學生設(shè)計實驗（分解法/合成法），滲透化學研究的兩大范式，為后續(xù)電解水（分解）和氫氣燃燒（合成）實驗做思維鋪墊，學生回答“把水分解”或“合成水”，初步形成“通過產(chǎn)物反推組成”的逆向推理意識?；顒佣弘娊馑畬嶒炋骄俊疽搿咳粘Ｉ钪械乃蠖嗖皇羌儍粑?，研究水的組成時必須使用純凈的水。利用化學反應(yīng)在一定條件下使水分解，研究水分解后的產(chǎn)物，可以幫助我們認識水的組成。接下來，我們通過電解水實驗來探究?！狙菔緦嶒灐扛鶕?jù)如下步驟進行水的電解實驗，觀察現(xiàn)象并思考：向如圖所示的裝置中加入純凈的水（為增強溶液的導(dǎo)電性，可向水中加入少量氫氧化鈉），接通直流電源，觀察實驗現(xiàn)象。將一根帶火星的木條平放在與電源正極相連的玻璃管的尖嘴處，打開活塞，觀察實驗現(xiàn)象，并推斷氣體成分。打開與電源負極相連的玻璃管的活塞，在玻璃管的尖嘴處點燃，觀察實驗現(xiàn)象，并推斷氣體成分。【提問】你觀察到哪些現(xiàn)象？【學生回答】電源兩極玻璃管均有氣體產(chǎn)生，負極與正極氣體體積比約為2:1，正極產(chǎn)生的氣體可以使帶火星的木條復(fù)燃，負極產(chǎn)生的氣體可以燃燒。【講解】與電源正極相連的玻璃管內(nèi)生成的氣體能使帶火星的木條復(fù)燃，這種氣體是氧氣。與電源負極相連的玻璃管內(nèi)生成的氣體能在空氣中燃燒，這種氣體是氫氣?！咎釂枴扛鶕?jù)以上實驗現(xiàn)象你可以推斷出什么結(jié)論？【學生回答】水在通電的條件下能發(fā)生分解反應(yīng)，生成氫氣和氧氣。氫氣由氫元素組成，氧氣由氧元素組成，所以水是由氫、氧元素組成?！局v解】電解水表達式為：水氫氣+氧氣，化學反應(yīng)前后元素種類不變，因此水由氫、氧元素組成?！咎釂枴克谥蠓羞^程中會變成水蒸氣，水蒸氣在一定條件下可以部分分解產(chǎn)生氫氣和氧氣。上述兩個過程各發(fā)生了什么變化？【學生回答】水在煮沸過程中會變成水蒸氣，沒有產(chǎn)生新物質(zhì)，是物理變化；水蒸氣在一定條件下可以部分分解產(chǎn)生氫氣和氧氣，產(chǎn)生了新物質(zhì)，是化學變化?！局v解】20世紀70年代，科學家通過大量研究表明，用TiO2等物質(zhì)作為催化劑，利用太陽光可以直接將水分解為氫氣和氧氣。近年來，中國科學技術(shù)大學研究人員的一系列研究表明，采用納米級的硅、石墨烯等材料作為催化劑，在太陽光下分解水的效果良好，這為水分解實現(xiàn)工業(yè)化制氫提供了新思路。一旦解決了氫氣制取、氫氣分離和安全儲運等瓶頸問題，就能真正打開“氫能時代”的大門，實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展。【展示題目】典例：我國科學家已成功開發(fā)出海水電解制氫技術(shù)。在這個領(lǐng)域走在了世界前列。下列有關(guān)說法不正確的是（）A．電解水時正極產(chǎn)生氫氣B．此技術(shù)需要克服海水對設(shè)備的腐蝕問題C．此技術(shù)需要考慮海水中的鹽分及雜質(zhì)對電解水的干擾D．可以利用風力發(fā)電、太陽能發(fā)電等綠電技術(shù)為電解海水提供能源【學生回答】A設(shè)計意圖1.滲透科學方法：通過“現(xiàn)象→證據(jù)→結(jié)論”邏輯鏈，培養(yǎng)實證思維。2.突破重難點：直觀呈現(xiàn)氣體體積比與檢驗方法，強化“元素守恒”觀念。3.安全規(guī)范教育：演示氣體檢驗操作，為后續(xù)氫氣實驗鋪墊。教學環(huán)節(jié)三氫氣活動一：氫氣的物理性質(zhì)【提問】在電解水實驗中，負極產(chǎn)生了氫氣，結(jié)合剛才的實驗現(xiàn)象和生活經(jīng)驗，說說氫氣有哪些物理性質(zhì)？【學生回答】結(jié)合剛才電解水的實驗可知，氫氣常溫下是無色無味的氣體，難溶于水，結(jié)合生活中的氫氣球往上飛的現(xiàn)象，可知氫氣密度比空氣小?！局v解】大家的推理很正確，標準狀況下，氫氣的密度為0.089g/L，是密度最小的氣體?！咎釂枴扛鶕?jù)氫氣的性質(zhì)，推測氫氣可以用什么方法收集？【學生回答】氫氣密度比空氣小，可用向下排空氣法收集，氫氣難溶于水，可以用排水法收集。設(shè)計意圖1.關(guān)聯(lián)實驗與生活：結(jié)合電解水實驗中氫氣的顏色、狀態(tài)、溶解性等現(xiàn)象，以及生活中氫氣球上升的經(jīng)驗，引導(dǎo)學生自主總結(jié)氫氣的物理性質(zhì)，體現(xiàn)“從現(xiàn)象到性質(zhì)”的認知邏輯。2.強化性質(zhì)與收集方法的關(guān)聯(lián)：通過提問讓學生根據(jù)氫氣密度小、難溶于水的性質(zhì)，推導(dǎo)其收集方法，落實“依據(jù)物質(zhì)性質(zhì)選擇收集方法”的實驗思路，培養(yǎng)知識遷移能力。活動二：氫氣燃燒實驗【演示實驗】在空氣中點燃純凈的氫氣，并在火焰上方罩一個干燥的燒杯，觀察實驗現(xiàn)象?！咎釂枴磕阌^察到什么現(xiàn)象？【學生回答】產(chǎn)生淡藍色火焰，放出大量熱，燒杯內(nèi)壁凝結(jié)有水霧。【提問】根據(jù)以上實驗現(xiàn)象你可以推斷出什么結(jié)論？【學生回答】燒杯內(nèi)壁凝結(jié)有水霧，說明氫氣燃燒生成了水?！局v解】氫氣燃燒表達式為：氫氣+氧氣水，氫氣含氫元素，氧氣含氧元素，化學反應(yīng)前后元素種類不變，因此也可以證明水由氫、氧元素組成。【安全警示】點燃氫氣前必須驗純：聲音很小說明氣體較純，發(fā)出尖銳爆鳴聲說明氣體不純?！咎釂枴奎c燃氫氣前為什么必須驗純？【學生回答】氫氣不純時可能會發(fā)生爆炸，有安全隱患?！局v解】當氫氣與氧氣或者空氣混合達到一定比例時，會發(fā)生爆炸，所有的可燃性氣體與氧氣或空氣混合時，都有爆炸的風險，所以可燃性氣體點燃前都必須驗純?！菊故绢}目】典例：中科院贛江創(chuàng)新研究院等開發(fā)出的高儲氫密度和放氫速率的合金儲氫材料，能延長手持氫氣火炬的續(xù)航時間。下列關(guān)于氫氣的說法不正確的是(

)A.氫氣燃燒產(chǎn)生淡藍色火焰B.氫氣燃燒不會產(chǎn)生污染物C.點燃氫氣發(fā)出爆鳴聲說明氫氣不純D.氫氣燃燒實驗不能用于探究水的組成【學生回答】D設(shè)計意圖1.雙重驗證認知：通過合成反應(yīng)反向印證水的組成，強化“元素種類不變”的觀念，形成知識閉環(huán)。2.培養(yǎng)安全意識：突出氫氣操作的規(guī)范性，強化實驗室安全理念。第4節(jié)水的組成和凈化（第1課時）一、探究水的組成水的組成┌───────────┴───────────┐分解法：水氫氣+氧氣化合法：氫氣+氧氣水└─────────元素守恒────────┘結(jié)論：水是由氫、氧元素組成的化合物氫氣1.物理性質(zhì)：常溫下無色無味氣體，難溶于水，密度比空氣小2.化學性質(zhì)：可燃性（點燃前要驗純）1.某同學進行水的組成及變化的探究，其中操作錯誤的是（）A．檢驗氧氣 B．氫氣驗純C．

點燃氫氣 D．

熄滅酒精燈2.H2的燃燒和水的電解實驗如圖所示。下