沪教版九年级化学基础实验2 水的组成及变化的探究（教学设计教案）

基础实验2水的组成及变化的探究一、知识目标1.通过实验探究水在直流电作用下的变化；2.通过电解水实验、氢气燃烧实验，认识水的组成；3.学习利用元素守恒思想探究物质组成的方法。二、核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：通过观察电解水实验中两极产生气体、正负极气体体积比约为2:1的宏观现象，辨识水在直流电作用下发生分解；根据气体检验结果，辨识水由氢、氧两种元素组成；通过氢气燃烧实验观察到烧杯内壁出现水雾，从元素视角理解水的生成过程。2.证据推理与模型认知：依据电解水实验（气体性质检验）和氢气燃烧实验（产物验证）的现象，收集证据推理水的元素组成；构建元素守恒模型：通过对比反应物（水）与生成物（氢气、氧气）的元素种类，认知“化学反应前后元素种类不变”的规律，并应用于物质组成的推断（如推断蜡烛含碳元素）。3.科学探究与创新意识：规范完成电解水实验操作（注液、通电、气体收集与检验），探究直流电对水的作用；设计氢气燃烧的产物验证方案（用干燥烧杯检验水生成），创新性改进实验方法（如优化气体收集）；通过氢气验纯操作强化实验安全意识，培养严谨的科学态度。一、教学重点1.观察并描述电解水实验的宏观现象，掌握正负极产生气体的检验方法；2.通过电解水实验和氢气燃烧实验，结合元素守恒思想，得出水由氢元素和氧元素组成的结论。二、教学难点1.用元素守恒思想从电解水生成氢气和氧气、氢气燃烧生成水的实验中，推理水的组成；2.理解电解水加氢氧化钠的作用及氢气验纯的必要性。本实验是初中化学建立物质组成认知的核心载体，直接对应《义务教育化学课程标准（2022年版）》“物质组成与变化”主题中“通过实验认识水的组成”的核心要求。教材将其编排在第一单元《物质的性质与变化》之后，具有承上启下的关键作用：既是对物理变化与化学变化本质差异的深化，又是学生首次系统运用实验手段探究物质组成，为后续化学式、质量守恒定律的学习奠定方法论基础。实验内容以电解水和氢气燃烧两大实证活动为主线，通过宏观现象构建“现象→性质→元素”的逻辑链条，巧妙规避了学生未学分子原子的认知局限，直接建立“水由氢、氧元素组成”的结论，凸显了教材“宏观辨识先行”的设计智慧。教材通过实验操作的闭环设计渗透学科核心思想。电解水环节聚焦证据推理，引导学生从氧气助燃、氢气可燃的性质反推元素组成；氢气燃烧验证环节则通过产物水的生成反向强化结论，形成“分解-重组”的实证循环，首次引入“化学反应前后元素种类不变”的守恒观。问题讨论模块进一步延伸学科思维：氢氧化钠增强导电性的原理渗透了微粒相互作用的雏形；氢气验纯的安全要求关联生活风险案例，将科学探究与安全教育融合；水的三态与分解的本质辨析则深化了物理变化与化学变化的区分标准，为后续学习提供判据。实验的挑战性在于概念进阶的坡度设计。学生需跨越微观直接从宏观性质关联元素，易混淆元素与单质。教材以实验现象为锚点，用干燥烧杯检验水雾、气体体积比定量提示元素比例，通过具象证据化解抽象概念。元素守恒的初步建模则依托反应物（水）与生成物（氢气、氧气）的显性对比，为后续质量守恒定律埋下伏笔。此实验不仅是技能训练（气体检验、验纯操作），更是初中阶段“元素观”与“守恒观”的启蒙基石，其探究范式将延伸至空气成分测定、燃烧产物分析等后续学习，体现了教材“以实验为载体、以观念建构为内核”的设计逻辑。学生首次接触物质组成探究时，虽已具备“元素”概念，但对元素存在的形式及其在化学反应中的转化缺乏直观理解。他们能区分物理变化与化学变化，但尚未建立“元素守恒”的理性认知，易将元素与具体物质混淆。生活经验中，学生知道水可饮用、氢气是清洁能源，却难以将水的宏观性质或氢气的可燃性与元素组成关联。实验操作层面，学生已完成基础实验1，掌握气体收集、检验等技能，但电解水装置和氢气验纯操作是首次接触，对实验安全的理解多停留在“教师要求”层面，尚未内化为自主意识。学生的思维正处于从具象向抽象过渡的关键期。他们能观察并描述实验现象，但需教师引导才能从现象中提炼本质规律——例如，从“负极气体燃烧”推理“水中含氢元素”，从“正极气体助燃”推断“含氧元素”。这一过程存在认知跨度：学生需跳过微观粒子解释，直接建立“宏观性质→元素组成”的逻辑链条，易产生思维断点如“为何气体性质能证明元素存在”。此外，元素守恒的抽象性如“水中的氧元素如何变成氧气”可能引发困惑，需依托具象的对比分析化解。值得注意的是，学生易陷入两个典型误区：一是将“元素”与“单质”等同，如认为“电解水得到氢气和氧气，所以水由氢气和氧气组成”，二是忽视定量关系如气体体积比2:1对推断元素比例的意义。这些误区反映出学生对“元素是同一类原子的总称”的抽象定义尚未消化。因此，教学需强化实验现象的具象锚定，并通过反向验证形成认知闭环。同时，氢气验纯的安全教育需结合生活实例深化理解，避免操作流于形式。总体而言，学生通过本实验需实现三重进阶：从“知道水由元素组成”的结论记忆，转向“通过证据推断组成”的探究实践；从孤立认识物质，初建“元素守恒”的学科观念；从机械执行步骤，发展为安全与证据意识并重的科学思维。这一过程既是技能训练，更是化学核心素养的启蒙奠基。教学环节一新课导入【提问】同学们，水是我们生活中最常见的物质，大家知道水有哪些变化吗？比如冬天湖面结冰，这是水的什么变化？【学生回答】物理变化，因为没有新物质生成。【讲解】没错，水的三态变化属于物理变化。但如果给水电通上直流电，会发生什么呢？这种变化和三态变化一样吗？今天，我们就通过亲手实验探究“水的组成及变化”，看看水在直流电作用下会发生怎样的化学变化，以及它究竟由什么组成。设计意图1.联系生活经验：从学生熟悉的水的三态变化切入，自然区分物理变化，为后续对比化学变化铺垫。2.问题驱动探究：通过“电解水会发生什么”的疑问，激发学生动手实验的兴趣，明确本节课的探究方向。教学环节二实验探究活动一：电解水实验【引入】我们先来亲手操作电解水实验，探究水在直流电作用下的变化。每组会用到水电解器、蒸馏水、氢氧化钠等器材，大家按照步骤操作，仔细观察现象哦。【学生实验】学生分组操作：在水电解器中注入加有少量氢氧化钠的蒸馏水（教师提前演示氢氧化钠的取用量），检查装置气密性后接通直流电源，观察电极和两侧玻璃管内的现象，记录在实验单上。【教师指导】巡视时提醒：注意电极是否有气泡产生，对比两侧玻璃管内气体的体积差异。【提问】各组观察到了什么？两侧玻璃管内的气体体积比大概是多少？【学生回答】（各组分享）电极上有气泡冒出，正极和负极的气体体积比约为1:2。【讲解】很好！氢氧化钠的作用是增强水的导电性，让反应更易发生。这一步说明水在通电时分解产生了两种不同的气体。【学生实验】关闭电源，各组取带火星的木条，放在正极玻璃管尖嘴处，打开活塞，观察现象。【教师指导】强调：木条要靠近尖嘴，动作轻缓，避免气体过快逸出。【提问】木条有什么变化？这种气体可能是什么？【学生回答】带火星的木条复燃了，应该是氧气！【讲解】对，氧气的特性是能使带火星的木条复燃，所以正极产生的是氧气。【学生实验】各组取燃着的木条，放在负极玻璃管尖嘴处，打开活塞，观察现象（教师在旁全程监督，确保安全）。【教师指导】提醒：保持与尖嘴的距离，观察火焰颜色和燃烧情况。【提问】气体能燃烧吗？产生了什么现象？【学生回答】能燃烧！产生了淡蓝色的火焰。【讲解】这种能燃烧的气体是氢气，所以负极产生的是氢气。【板书】电解水的文字表达式：水氢气+氧气设计意图1.强化动手能力：通过分组操作，让学生亲身体验装置组装、现象观察和气体检验，提升实验技能。2.深化现象认知：学生亲手操作后，对“气泡产生”“体积比”“气体性质”的记忆更深刻，为后续推理提供直观体验。3.培养合作意识：分组实验中分工协作（操作、观察、记录），增强团队配合能力。活动二：氢气燃烧实验【引入】我们通过电解水得到了氢气和氧气，反过来，氢气燃烧会生成什么？接下来请大家亲手操作氢气燃烧实验，进一步探究水的组成。【学生实验】各组取少量负极产生的氢气（用小试管收集），按教师示范的方法验纯：用拇指堵住试管口，移近酒精灯火焰，松开拇指（教师巡视，纠正错误操作）。【提问】各组验纯时听到了什么声音？这说明气体是否纯净？【学生回答】有的组声音很小，有的组有尖锐爆鸣声……声音小的应该是纯净的！【讲解】非常好！声音小说明氢气较纯，尖锐爆鸣声说明混有空气。点燃可燃性气体前必须验纯，否则可能发生爆炸，这是实验安全的关键。【学生实验】各组点燃纯净的氢气，在火焰上方罩一个干燥的烧杯，观察现象。【教师指导】强调：点燃后保持烧杯倾斜，避免火焰熄灭，仔细观察烧杯内壁。【提问】烧杯内壁有什么变化？这说明生成了什么物质？【学生回答】烧杯内壁出现了水珠！应该是生成了水。【板书】氢气燃烧的文字表达式：氢气+氧气水设计意图1.落实安全规范：通过亲手验纯和燃烧操作，让学生深刻理解“验纯必要性”，形成安全实验的意识。2.构建闭环认知：从“水分解为氢气和氧气”到“氢气和氧气生成水”，学生通过亲手操作，对“水的组成”的推理更具说服力。教学环节三问题讨论【提问】结合刚才的两次实验操作，我们来讨论几个问题：1.电解水时为什么要在水中加入少量氢氧化钠溶液？2.点燃可燃性气体之前为什么要检验气体的纯度？3.水的三态变化与水的分解的本质区别是什么？4.分析水的分解和生成实验，哪些现象和事实能说明水不只含有一种元素？【学生回答】（各组结合实验体验发言）1.为增强溶液的导电性。2.可燃性气体中如果混有空气，遇到明火就有爆炸的危险，因此点燃可燃性气体之前一定要检验其纯度。试管口放一团棉花：防止高锰酸钾粉末进入导管造成堵塞或污染水槽。3.水的三态变化只是状态的改变，没有新物质生成，属于物理变化；水的分解过程中水分解生成了氢气和氧气，有新物质生成，属于化学变化。4.氢气是由氢元素组成的，氧气是由氧元素组成的，水分解生成了氢气和氧气，氢气和氧气点燃生成水，根据化学反应前后元素种类不变，可以说明水是由氢、氧两种元素组成的。设计意图1.联结实验与原理：基于学生的操作体验，讨论更具针对性，避免空泛记忆，加深对“操作—现象—原理”的关联理解。2.强化方法迁移：引导学生用“元素守恒”推理组成，为后续探究其他物质组成提供可迁移的方法。基础实验2水的组成及变化的探究核心实验1.电解水现象：两极冒气泡，正负极气体体积比1:2；正极气体使带火星木条复燃（氧气），负极气体燃烧（氢气，淡蓝色火焰）结论：水氢气+氧气2.氢气燃烧现象：淡蓝色火焰，烧杯内壁有水珠结论：氢气+氧气水核心结论水由氢元素和氧元素组成（依据：化学反应前后元素种类不变）关键要点加NaOH：增强水的导电性氢气验纯：防爆炸核心方法：元素守恒思想（推断物质组成）1.（2025·重庆·中考真题）“水的组成及变化的探究”为学生必做实验。下列对该实验的说法不正确的是（）A．正极产生的气体能燃烧B．氢气点燃前必须验纯C．该实验证明水由氢元素和氧元素组成D．正极与负极产生气体的体积比为2.（2025·河南·中考真题）电解水的实验装置如图所示。电解一段时间后，可以观察到管a中液面(填“高于”或“低于”)管b中液面；关闭电源，将燃着的木条放在管b尖嘴口，打开活塞，可观察到的实验现象是。3.（2024·河南·中考真题）电解水的简易实验装置如图所示。下列说法不正确的是（）A．甲管中的电极连接的是电源正极B．乙管中的气体能使带火星的木条复燃C．该实验生成的氢气与氧气的质量比为1：8D．该实验可证明水是由氢、氧两种元素组成的4.（2024·四川自贡·中考真题）如图是电解水的实验装置，下列相关说法正确的是（）A．M、N气体体积比为1：2B．点燃N气体产生淡蓝色火焰C．水中含有氢分子和氧分子D．水由氢元素和氧元素组成5.（2024·内蒙古赤峰·中考真题）晓佳为探究不同电压对电解水速率的影响，用如图装置进行多次实验，并记录不同电压下生成20ml氢气所需时间。下列分析正确的是（）A．a管与电源正极相连 B．b管中气体可以燃烧C．a管与b管中气体质量比为2:1 D．该实验中，电压越高电解水的速率越快6.（2024·江西·中考真题）【宏观辨识】根据实验探究水的组成（1）水的合成：在密闭容器中将氢气和氧气的混合气体点燃，根据容器内生成的小水珠可知，水是由组成的化合物。（2）水的分解：电解水一段时间后（如图），观察到管a和管b中气体体积比为，经检验管a中的气体是（填化学式）。7.（2024·新疆·中考真题）宏观角度辨识水的组成在电解水实验中，两个电极上都会产生气泡。如图所示，正、负极产生气体的体积比约为，正极产生的气体能使，说明是氧气，经验证负极产生的气体为氢气。此实验可证明水是由