基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)2水的組成及變化的探究一、知識目標(biāo)1.通過實(shí)驗(yàn)探究水在直流電作用下的變化；2.通過電解水實(shí)驗(yàn)、氫氣燃燒實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識水的組成；3.學(xué)習(xí)利用元素守恒思想探究物質(zhì)組成的方法。二、核心素養(yǎng)目標(biāo)1.宏觀辨識與微觀探析：通過觀察電解水實(shí)驗(yàn)中兩極產(chǎn)生氣體、正負(fù)極氣體體積比約為2:1的宏觀現(xiàn)象，辨識水在直流電作用下發(fā)生分解；根據(jù)氣體檢驗(yàn)結(jié)果，辨識水由氫、氧兩種元素組成；通過氫氣燃燒實(shí)驗(yàn)觀察到燒杯內(nèi)壁出現(xiàn)水霧，從元素視角理解水的生成過程。2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：依據(jù)電解水實(shí)驗(yàn)（氣體性質(zhì)檢驗(yàn)）和氫氣燃燒實(shí)驗(yàn)（產(chǎn)物驗(yàn)證）的現(xiàn)象，收集證據(jù)推理水的元素組成；構(gòu)建元素守恒模型：通過對比反應(yīng)物（水）與生成物（氫氣、氧氣）的元素種類，認(rèn)知“化學(xué)反應(yīng)前后元素種類不變”的規(guī)律，并應(yīng)用于物質(zhì)組成的推斷（如推斷蠟燭含碳元素）。3.科學(xué)探究與創(chuàng)新意識：規(guī)范完成電解水實(shí)驗(yàn)操作（注液、通電、氣體收集與檢驗(yàn)），探究直流電對水的作用；設(shè)計(jì)氫氣燃燒的產(chǎn)物驗(yàn)證方案（用干燥燒杯檢驗(yàn)水生成），創(chuàng)新性改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法（如優(yōu)化氣體收集）；通過氫氣驗(yàn)純操作強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)安全意識，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。一、教學(xué)重點(diǎn)1.觀察并描述電解水實(shí)驗(yàn)的宏觀現(xiàn)象，掌握正負(fù)極產(chǎn)生氣體的檢驗(yàn)方法；2.通過電解水實(shí)驗(yàn)和氫氣燃燒實(shí)驗(yàn)，結(jié)合元素守恒思想，得出水由氫元素和氧元素組成的結(jié)論。二、教學(xué)難點(diǎn)1.用元素守恒思想從電解水生成氫氣和氧氣、氫氣燃燒生成水的實(shí)驗(yàn)中，推理水的組成；2.理解電解水加氫氧化鈉的作用及氫氣驗(yàn)純的必要性。本實(shí)驗(yàn)是初中化學(xué)建立物質(zhì)組成認(rèn)知的核心載體，直接對應(yīng)《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》“物質(zhì)組成與變化”主題中“通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識水的組成”的核心要求。教材將其編排在第一單元《物質(zhì)的性質(zhì)與變化》之后，具有承上啟下的關(guān)鍵作用：既是對物理變化與化學(xué)變化本質(zhì)差異的深化，又是學(xué)生首次系統(tǒng)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段探究物質(zhì)組成，為后續(xù)化學(xué)式、質(zhì)量守恒定律的學(xué)習(xí)奠定方法論基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以電解水和氫氣燃燒兩大實(shí)證活動為主線，通過宏觀現(xiàn)象構(gòu)建“現(xiàn)象→性質(zhì)→元素”的邏輯鏈條，巧妙規(guī)避了學(xué)生未學(xué)分子原子的認(rèn)知局限，直接建立“水由氫、氧元素組成”的結(jié)論，凸顯了教材“宏觀辨識先行”的設(shè)計(jì)智慧。教材通過實(shí)驗(yàn)操作的閉環(huán)設(shè)計(jì)滲透學(xué)科核心思想。電解水環(huán)節(jié)聚焦證據(jù)推理，引導(dǎo)學(xué)生從氧氣助燃、氫氣可燃的性質(zhì)反推元素組成；氫氣燃燒驗(yàn)證環(huán)節(jié)則通過產(chǎn)物水的生成反向強(qiáng)化結(jié)論，形成“分解-重組”的實(shí)證循環(huán)，首次引入“化學(xué)反應(yīng)前后元素種類不變”的守恒觀。問題討論模塊進(jìn)一步延伸學(xué)科思維：氫氧化鈉增強(qiáng)導(dǎo)電性的原理滲透了微粒相互作用的雛形；氫氣驗(yàn)純的安全要求關(guān)聯(lián)生活風(fēng)險(xiǎn)案例，將科學(xué)探究與安全教育融合；水的三態(tài)與分解的本質(zhì)辨析則深化了物理變化與化學(xué)變化的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)學(xué)習(xí)提供判據(jù)。實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)性在于概念進(jìn)階的坡度設(shè)計(jì)。學(xué)生需跨越微觀直接從宏觀性質(zhì)關(guān)聯(lián)元素，易混淆元素與單質(zhì)。教材以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為錨點(diǎn)，用干燥燒杯檢驗(yàn)水霧、氣體體積比定量提示元素比例，通過具象證據(jù)化解抽象概念。元素守恒的初步建模則依托反應(yīng)物（水）與生成物（氫氣、氧氣）的顯性對比，為后續(xù)質(zhì)量守恒定律埋下伏筆。此實(shí)驗(yàn)不僅是技能訓(xùn)練（氣體檢驗(yàn)、驗(yàn)純操作），更是初中階段“元素觀”與“守恒觀”的啟蒙基石，其探究范式將延伸至空氣成分測定、燃燒產(chǎn)物分析等后續(xù)學(xué)習(xí)，體現(xiàn)了教材“以實(shí)驗(yàn)為載體、以觀念建構(gòu)為內(nèi)核”的設(shè)計(jì)邏輯。學(xué)生首次接觸物質(zhì)組成探究時(shí)，雖已具備“元素”概念，但對元素存在的形式及其在化學(xué)反應(yīng)中的轉(zhuǎn)化缺乏直觀理解。他們能區(qū)分物理變化與化學(xué)變化，但尚未建立“元素守恒”的理性認(rèn)知，易將元素與具體物質(zhì)混淆。生活經(jīng)驗(yàn)中，學(xué)生知道水可飲用、氫氣是清潔能源，卻難以將水的宏觀性質(zhì)或氫氣的可燃性與元素組成關(guān)聯(lián)。實(shí)驗(yàn)操作層面，學(xué)生已完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)1，掌握氣體收集、檢驗(yàn)等技能，但電解水裝置和氫氣驗(yàn)純操作是首次接觸，對實(shí)驗(yàn)安全的理解多停留在“教師要求”層面，尚未內(nèi)化為自主意識。學(xué)生的思維正處于從具象向抽象過渡的關(guān)鍵期。他們能觀察并描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但需教師引導(dǎo)才能從現(xiàn)象中提煉本質(zhì)規(guī)律——例如，從“負(fù)極氣體燃燒”推理“水中含氫元素”，從“正極氣體助燃”推斷“含氧元素”。這一過程存在認(rèn)知跨度：學(xué)生需跳過微觀粒子解釋，直接建立“宏觀性質(zhì)→元素組成”的邏輯鏈條，易產(chǎn)生思維斷點(diǎn)如“為何氣體性質(zhì)能證明元素存在”。此外，元素守恒的抽象性如“水中的氧元素如何變成氧氣”可能引發(fā)困惑，需依托具象的對比分析化解。值得注意的是，學(xué)生易陷入兩個(gè)典型誤區(qū)：一是將“元素”與“單質(zhì)”等同，如認(rèn)為“電解水得到氫氣和氧氣，所以水由氫氣和氧氣組成”，二是忽視定量關(guān)系如氣體體積比2:1對推斷元素比例的意義。這些誤區(qū)反映出學(xué)生對“元素是同一類原子的總稱”的抽象定義尚未消化。因此，教學(xué)需強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的具象錨定，并通過反向驗(yàn)證形成認(rèn)知閉環(huán)。同時(shí)，氫氣驗(yàn)純的安全教育需結(jié)合生活實(shí)例深化理解，避免操作流于形式?？傮w而言，學(xué)生通過本實(shí)驗(yàn)需實(shí)現(xiàn)三重進(jìn)階：從“知道水由元素組成”的結(jié)論記憶，轉(zhuǎn)向“通過證據(jù)推斷組成”的探究實(shí)踐；從孤立認(rèn)識物質(zhì)，初建“元素守恒”的學(xué)科觀念；從機(jī)械執(zhí)行步驟，發(fā)展為安全與證據(jù)意識并重的科學(xué)思維。這一過程既是技能訓(xùn)練，更是化學(xué)核心素養(yǎng)的啟蒙奠基。教學(xué)環(huán)節(jié)一新課導(dǎo)入【提問】同學(xué)們，水是我們生活中最常見的物質(zhì)，大家知道水有哪些變化嗎？比如冬天湖面結(jié)冰，這是水的什么變化？【學(xué)生回答】物理變化，因?yàn)闆]有新物質(zhì)生成?！局v解】沒錯(cuò)，水的三態(tài)變化屬于物理變化。但如果給水電通上直流電，會發(fā)生什么呢？這種變化和三態(tài)變化一樣嗎？今天，我們就通過親手實(shí)驗(yàn)探究“水的組成及變化”，看看水在直流電作用下會發(fā)生怎樣的化學(xué)變化，以及它究竟由什么組成。設(shè)計(jì)意圖1.聯(lián)系生活經(jīng)驗(yàn)：從學(xué)生熟悉的水的三態(tài)變化切入，自然區(qū)分物理變化，為后續(xù)對比化學(xué)變化鋪墊。2.問題驅(qū)動探究：通過“電解水會發(fā)生什么”的疑問，激發(fā)學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)的興趣，明確本節(jié)課的探究方向。教學(xué)環(huán)節(jié)二實(shí)驗(yàn)探究活動一：電解水實(shí)驗(yàn)【引入】我們先來親手操作電解水實(shí)驗(yàn)，探究水在直流電作用下的變化。每組會用到水電解器、蒸餾水、氫氧化鈉等器材，大家按照步驟操作，仔細(xì)觀察現(xiàn)象哦。【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】學(xué)生分組操作：在水電解器中注入加有少量氫氧化鈉的蒸餾水（教師提前演示氫氧化鈉的取用量），檢查裝置氣密性后接通直流電源，觀察電極和兩側(cè)玻璃管內(nèi)的現(xiàn)象，記錄在實(shí)驗(yàn)單上。【教師指導(dǎo)】巡視時(shí)提醒：注意電極是否有氣泡產(chǎn)生，對比兩側(cè)玻璃管內(nèi)氣體的體積差異?！咎釂枴扛鹘M觀察到了什么？兩側(cè)玻璃管內(nèi)的氣體體積比大概是多少？【學(xué)生回答】（各組分享）電極上有氣泡冒出，正極和負(fù)極的氣體體積比約為1:2?！局v解】很好！氫氧化鈉的作用是增強(qiáng)水的導(dǎo)電性，讓反應(yīng)更易發(fā)生。這一步說明水在通電時(shí)分解產(chǎn)生了兩種不同的氣體。【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】關(guān)閉電源，各組取帶火星的木條，放在正極玻璃管尖嘴處，打開活塞，觀察現(xiàn)象?！窘處熤笇?dǎo)】強(qiáng)調(diào)：木條要靠近尖嘴，動作輕緩，避免氣體過快逸出?！咎釂枴磕緱l有什么變化？這種氣體可能是什么？【學(xué)生回答】帶火星的木條復(fù)燃了，應(yīng)該是氧氣！【講解】對，氧氣的特性是能使帶火星的木條復(fù)燃，所以正極產(chǎn)生的是氧氣?！緦W(xué)生實(shí)驗(yàn)】各組取燃著的木條，放在負(fù)極玻璃管尖嘴處，打開活塞，觀察現(xiàn)象（教師在旁全程監(jiān)督，確保安全）?！窘處熤笇?dǎo)】提醒：保持與尖嘴的距離，觀察火焰顏色和燃燒情況?！咎釂枴繗怏w能燃燒嗎？產(chǎn)生了什么現(xiàn)象？【學(xué)生回答】能燃燒！產(chǎn)生了淡藍(lán)色的火焰?！局v解】這種能燃燒的氣體是氫氣，所以負(fù)極產(chǎn)生的是氫氣。【板書】電解水的文字表達(dá)式：水氫氣+氧氣設(shè)計(jì)意圖1.強(qiáng)化動手能力：通過分組操作，讓學(xué)生親身體驗(yàn)裝置組裝、現(xiàn)象觀察和氣體檢驗(yàn)，提升實(shí)驗(yàn)技能。2.深化現(xiàn)象認(rèn)知：學(xué)生親手操作后，對“氣泡產(chǎn)生”“體積比”“氣體性質(zhì)”的記憶更深刻，為后續(xù)推理提供直觀體驗(yàn)。3.培養(yǎng)合作意識：分組實(shí)驗(yàn)中分工協(xié)作（操作、觀察、記錄），增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)配合能力?；顒佣簹錃馊紵龑?shí)驗(yàn)【引入】我們通過電解水得到了氫氣和氧氣，反過來，氫氣燃燒會生成什么？接下來請大家親手操作氫氣燃燒實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步探究水的組成?！緦W(xué)生實(shí)驗(yàn)】各組取少量負(fù)極產(chǎn)生的氫氣（用小試管收集），按教師示范的方法驗(yàn)純：用拇指堵住試管口，移近酒精燈火焰，松開拇指（教師巡視，糾正錯(cuò)誤操作）?！咎釂枴扛鹘M驗(yàn)純時(shí)聽到了什么聲音？這說明氣體是否純凈？【學(xué)生回答】有的組聲音很小，有的組有尖銳爆鳴聲……聲音小的應(yīng)該是純凈的！【講解】非常好！聲音小說明氫氣較純，尖銳爆鳴聲說明混有空氣。點(diǎn)燃可燃性氣體前必須驗(yàn)純，否則可能發(fā)生爆炸，這是實(shí)驗(yàn)安全的關(guān)鍵。【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】各組點(diǎn)燃純凈的氫氣，在火焰上方罩一個(gè)干燥的燒杯，觀察現(xiàn)象。【教師指導(dǎo)】強(qiáng)調(diào)：點(diǎn)燃后保持燒杯傾斜，避免火焰熄滅，仔細(xì)觀察燒杯內(nèi)壁。【提問】燒杯內(nèi)壁有什么變化？這說明生成了什么物質(zhì)？【學(xué)生回答】燒杯內(nèi)壁出現(xiàn)了水珠！應(yīng)該是生成了水。【板書】氫氣燃燒的文字表達(dá)式：氫氣+氧氣水設(shè)計(jì)意圖1.落實(shí)安全規(guī)范：通過親手驗(yàn)純和燃燒操作，讓學(xué)生深刻理解“驗(yàn)純必要性”，形成安全實(shí)驗(yàn)的意識。2.構(gòu)建閉環(huán)認(rèn)知：從“水分解為氫氣和氧氣”到“氫氣和氧氣生成水”，學(xué)生通過親手操作，對“水的組成”的推理更具說服力。教學(xué)環(huán)節(jié)三問題討論【提問】結(jié)合剛才的兩次實(shí)驗(yàn)操作，我們來討論幾個(gè)問題：1.電解水時(shí)為什么要在水中加入少量氫氧化鈉溶液？2.點(diǎn)燃可燃性氣體之前為什么要檢驗(yàn)氣體的純度？3.水的三態(tài)變化與水的分解的本質(zhì)區(qū)別是什么？4.分析水的分解和生成實(shí)驗(yàn)，哪些現(xiàn)象和事實(shí)能說明水不只含有一種元素？【學(xué)生回答】（各組結(jié)合實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)發(fā)言）1.為增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性。2.可燃性氣體中如果混有空氣，遇到明火就有爆炸的危險(xiǎn)，因此點(diǎn)燃可燃性氣體之前一定要檢驗(yàn)其純度。試管口放一團(tuán)棉花：防止高錳酸鉀粉末進(jìn)入導(dǎo)管造成堵塞或污染水槽。3.水的三態(tài)變化只是狀態(tài)的改變，沒有新物質(zhì)生成，屬于物理變化；水的分解過程中水分解生成了氫氣和氧氣，有新物質(zhì)生成，屬于化學(xué)變化。4.氫氣是由氫元素組成的，氧氣是由氧元素組成的，水分解生成了氫氣和氧氣，氫氣和氧氣點(diǎn)燃生成水，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后元素種類不變，可以說明水是由氫、氧兩種元素組成的。設(shè)計(jì)意圖1.聯(lián)結(jié)實(shí)驗(yàn)與原理：基于學(xué)生的操作體驗(yàn)，討論更具針對性，避免空泛記憶，加深對“操作—現(xiàn)象—原理”的關(guān)聯(lián)理解。2.強(qiáng)化方法遷移：引導(dǎo)學(xué)生用“元素守恒”推理組成，為后續(xù)探究其他物質(zhì)組成提供可遷移的方法。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)2水的組成及變化的探究核心實(shí)驗(yàn)1.電解水現(xiàn)象：兩極冒氣泡，正負(fù)極氣體體積比1:2；正極氣體使帶火星木條復(fù)燃（氧氣），負(fù)極氣體燃燒（氫氣，淡藍(lán)色火焰）結(jié)論：水氫氣+氧氣2.氫氣燃燒現(xiàn)象：淡藍(lán)色火焰，燒杯內(nèi)壁有水珠結(jié)論：氫氣+氧氣水核心結(jié)論水由氫元素和氧元素組成（依據(jù)：化學(xué)反應(yīng)前后元素種類不變）關(guān)鍵要點(diǎn)加NaOH：增強(qiáng)水的導(dǎo)電性氫氣驗(yàn)純：防爆炸核心方法：元素守恒思想（推斷物質(zhì)組成）1.（2025·重慶·中考真題）“水的組成及變化的探究”為學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)。下列對該實(shí)驗(yàn)的說法不正確的是（）A．正極產(chǎn)生的氣體能燃燒B．氫氣點(diǎn)燃前必須驗(yàn)純C．該實(shí)驗(yàn)證明水由氫元素和氧元素組成D．正極與負(fù)極產(chǎn)生氣體的體積比為2.（2025·河南·中考真題）電解水的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。電解一段時(shí)間后，可以觀察到管a中液面(填“高于”或“低于”)管b中液面；關(guān)閉電源，將燃著的木條放在管b尖嘴口，打開活塞，可觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是。3.（2024·河南·中考真題）電解水的簡易實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。下列說法不正確的是（）A．甲管中的電極連接的是電源正極B．乙管中的氣體能使帶火星的木條復(fù)燃C．該實(shí)驗(yàn)生成的氫氣與氧氣的質(zhì)量比為1：8D．該實(shí)驗(yàn)可證明水是由氫、氧兩種元素組成的4.（2024·四川自貢·中考真題）如圖是電解水的實(shí)驗(yàn)裝置，下列相關(guān)說法正確的是（）A．M、N氣體體積比為1：2B．點(diǎn)燃N氣體產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰C．水中含有氫分子和氧分子D．水由氫元素和氧元素組成5.（2024·內(nèi)蒙古赤峰·中考真題）曉佳為探究不同電壓對電解水速率的影響，用如圖裝置進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，并記錄不同電壓下生成20ml氫氣所需時(shí)間。下列分析正確的是（）A．a(chǎn)管與電源正極相連 B．b管中氣體可以燃燒C．a(chǎn)管與b管中氣體質(zhì)量比為2:1 D．該實(shí)驗(yàn)中，電壓越高電解水的速率越快6.（2024·江西·中考真題）【宏觀辨識】根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究水的組成（1）水的合成：在密閉容器中將氫氣和氧氣的混合氣體點(diǎn)燃，根據(jù)容器內(nèi)生成的小水珠可知，水是由組成的化合物。（2）水的分解：電解水一段時(shí)間后（如圖），觀察到管a和管b中氣體體積比為，經(jīng)檢驗(yàn)管a中的氣體是（填化學(xué)式）。7.（2024·新疆·中考真題）宏觀角度辨識水的組成在電解水實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)電極上都會產(chǎn)生氣泡。如圖所示，正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的體積比約為，正極產(chǎn)生的氣體能使，說明是氧氣，經(jīng)驗(yàn)證負(fù)極產(chǎn)生的氣體為氫氣。此實(shí)驗(yàn)可證明水是由