【大单元教学】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 课件--科粤版（2024）化学九年级上册

(共57张PPT)
第二单元 空气、物质的构成与组成
课题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
（科粤版）九年级
上
01
教学目标
内容总览
02
新知导入
03
探究新知
04
课堂练习
05
课堂总结
06
板书设计
教学目标
了解水的组成的探究历程，理解科学家的研究方法和思路，能依据实验事实推理水的元素组成。
01
02
掌握电解水实验的操作方法，能正确检验水分解的产物，通过实验得出水由氢、氧元素组成的结论。
03
学会制作水分子等分子模型，从微观角度理解物质的构成，能运用模型解释化学变化的实质。
新知导入
本节聚焦
探索物质组成与构成的历程；水的组成；探究物质组成的一般思路；动手实践和动脑思考的能力；批判性思维。
问题探讨
新知导入
2022年，我国祝融号火星车发现火星近期水活动迹象。
新知导入
制作分子模型，展示“水分子漫游记”的情景剧。
项目任务
项目任务
◆ 探索物质组成与构成的历程：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。
◆ 制作分子模型：选取适合的材料制作分子模型，拆分和组合模型演示电解水的微观过程。
◆ 展示“水分子漫游记”情景剧：编写、展示“水分子漫游记”情景剧。
模块一 项目活动 1 学习探索物质
组成与构成的历程
英国：道尔顿
建立原子学说
意大利：阿伏伽德罗
（A. Avogadro，1776—1856）
提出分子学说
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
18 世纪末
法国：拉瓦锡“分解水”获得“可燃空气”
公元前 5世纪前后
古希腊：德谟克利特（约公元前 460—约公元前 370）创立“原子论”
法国：盖－吕萨克
（J.L. Gay-Lussac，1778—1850）
提出气体化合体积定律
19 世纪初
公元前10世纪前后
中国：阴阳说、五行说等
古印度：朴素元素论
科学家探索物质组成与构成的时间轴
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
古希腊亚里士多德的“四元素论(冷、热、干、湿)
中国“五行之说”
(金、木、水、火、土)
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
1781年，英国科学家普里斯特利（J.J. Priestley，1733—1804）、卡文迪什（H. Cavendish，1731—1810）分别将“可燃空气（氢气）”与空气或“脱燃素空气（氧气）”混合后点燃爆炸，发现有水生成。
普里斯特利
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
拉瓦锡听说这一发现后，认为水不可能是由一种元素组成的。他利用自制的装置，将玻璃曲颈甑中的蒸馏水加热，水蒸气进入用陶瓷密封的红热铁管后，在试管中收集到了“可燃空气（氢气）”。
铁和水蒸气的反应装置
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
讨论与交流
1. 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？
氢气 + 氧气 水
点燃
铁 + 水蒸气 四氧化三铁+氢气
高温
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
1.不认同。虽然拉瓦锡等科学家通过一系列实验为水的组成研究奠定了基础，但仅通过“铁和水蒸气反应”收集到氢气，结合普里斯特利、卡文迪什的实验结果，不能直接得出水由氢、氧两种元素组成的结论。铁和水蒸气反应只能说明水参与反应后有氢气生成，普里斯特利、卡文迪什的实验可能涉及到氢气的性质及燃烧等，但这些实验没有直接证明水的组成元素。要得出水由氢、氧两种元素组成的结论，还需要更多定量实验，如精确测量水分解后生成氢气和氧气的质量，以及氢气燃烧生成水的质量关系等，来确定氢和氧的质量比，从而证明水的组成。
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
讨论与交流
2. 图中道尔顿、盖－吕萨克、阿伏伽德罗对“氢气和氧气反应” 实验做出了不同的解释。你更赞成哪一位科学家的观点，为什么？他们运用了什么方法探索物质的组成与构成？分享你的看法。
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
道尔顿
建立原子学说
认为物质是由原子构成
的，并且原子在化学变化中不可分，氢气和氧气结合成水的微观过程是：
盖 - 吕萨克
提出气体化合
体积定律
通过实验发现 2 体积氢气和1体积氧气反应生成2体积水蒸气，推测：
阿伏伽德罗
提出分子学说
认为物质是由分子构成的，分子由原子构成，提出“相同条件下，相同体积气体含有相同数目分子”，推测：
三位科学家对“氢气和氧气反应”实验做出的解释
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
2.阿伏伽德罗的观点更合理。道尔顿认为原子是不可分割的实心球体，这一观点无法解释化学反应中原子的组合方式；盖－吕萨克提出同温同压下，相同体积的不同气体含有相同数目的原子，这与一些实验结果不符，例如氢气和氧气反应生成水的实验，根据他的观点会得出不符合实际的结论。而阿伏伽德罗提出同温同压下，相同体积的不同气体含有相同数目的分子，很好地解释了氢气和氧气反应的体积关系，即2体积氢气和1体积氧气反应生成2体积水蒸气，符合实验事实。
他们运用了多种方法探索物质的组成与构成。道尔顿运用了逻辑推理和假设的方法，根据一些实验现象和思考提出原子学说；盖－吕萨克通过实验测量气体体积关系来研究物质反应的规律；阿伏伽德罗则在前面科学家的基础上，综合实验事实和理论分析，提出了分子的概念，运用了科学的推理和假设，并通过对实验结果的合理解释来建立理论。这些方法体现了科学研究中不断探索、修正和完善理论的过程。
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
学生实验探究
【实验】水的组成及变化的探究
● 提出问题 水由什么元素组成呢？
● 设计实验 1. 实验装置设计
方案一、方案二是两种电解水装置，请你仔细阅读并画出方案三的简易电解水装置图，所需仪器如下：水槽1个、试管2支、胶塞2个（中间打孔插入电极），电极2个，电源1个，导线2根。
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
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
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
2. 检验生成物的方法
根据下面的框架图，设计检验产物的方法。
氢气：用燃着的木条点燃气体，并在火焰上方罩一个干冷的烧杯，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：用燃着的木条靠近气体，燃着的木条燃烧得更旺，证明生成的气体是氧气。
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
验证氢气的方法 验证氧气的方法
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
● 进行实验
利用方案一的水电解器进行实验，实验步骤是：①电解水；②检验产物，注意每一步骤的具体操作方式，观察并记录现象与数据。
● 撰写实验报告
水的组成及变化的探究实验
姓名： 班级： 日期： 提
实验目的：探究水的组成及变化。
实验原理：水在直流电的作用下，会分解生成氢气和氧气：
水O) 氢气() + 氧气()
电解
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
实验用品：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。
实验示意图 实验步骤 观察与记录
电 解 水 1. 取 约 100 mL 的水于烧杯中，加入少量氢氧化钠溶液或稀硫酸①，搅拌。
╱
①水中加入少量氢氧化钠溶液或稀硫酸以增强导电性。
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
实验示意图 实验步骤 观察与记录
电 解 水 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，两个电极的表面出现的现象是有气泡产生 。
②电解后，连接电源负极的刻度管内气体体积为2V ，连接电源正极的刻度管内气体体积为V ，它们的比约为2:1。
刻度管内不可留有空气，以免点燃气体时造成爆炸。
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
实验示意图 实验步骤 观察与记录
检 验 产 物 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可以燃烧，产生淡蓝色火焰 ，烧杯内壁出现水珠。
电源 电源
活塞 活塞
负极 正极
活塞 活塞
负极 正极
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。
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
实验示意图 实验步骤 观察与记录
检 验 产 物 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得更旺。
负极 正极
活塞 活塞
电源
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
实验结果与讨论：
1. 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 。
2. 分析证据
项目 反应物 生成物 物质种类 水(O) 氢气() 氧气()
元素组成 氢元素和氧元素 氢元素(H) 氧元素(O)
口诀：正氧负氢、氢二氧一
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
3. 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。
● 反思与评价
1. 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？
电解水时，水发生分解反应生成氢气和氧气，这是化学变化；
煮沸水时，温度升高，气体在水中的溶解度减小，水中溶解的气体（如空气等）逸出，从而产生气泡，这是物理变化。
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
● 反思与评价
2. 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？
电解水实验中，水通电分解生成了氢气和氧气两种不同的物质，氢气由氢元素组成，氧气由氧元素组成，根据化学反应前后元素种类不变，且生成的氢气和氧气体积比约为2:1 ，这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。
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
● 表达与交流
根据这一实验，你认为探究物质的组成可以采用什么样的思路？
可以通过化学反应，将物质分解或转化为其他物质，分析生成的新物质的元素组成，再根据化学反应前后元素种类不变的原理，来探究物质的组成。例如电解水实验就是将水通过电解反应转化为氢气和氧气，通过分析氢气和氧气的元素组成，从而确定水的元素组成。
任务二
项目活动 1 学习探索物质组成与构成的历程
探究新知
思路与方法导引
探究物质组成的一般思路
探究化合物的元素组成时，根据“化学变化前后，元素的种类不会发生变 化”这一规律，若能将化合物分解为已知组成的物质，就可通过分析生成物的元素组成来推测该化合物的组成；反之，若能用已知组成的物质合成化合物， 我们也可以通过分析反应物的元素组成来推测该化合物的组成。
在现代化学研究中，科学家还会借助元素分析仪、红外光谱仪、X 射线衍射仪等仪器来测定物质的组成与构成。
例1、电解水的实验如图。下列说法不正确的是( ）
A.试管2中得到氧气
B.试管1中产生的气体能够燃烧
C.实验说明水分子是可分的
D.实验能证明水由氢气和氧气组成
课堂典例
【答案】D
【解析】A:试管2与电源正极相连，产生的气体体积较少，是氧气。B:试管1与电源负极相连，产生的气体体积较多，是气，气具有可燃性，能够燃烧。C:电解水生成氢气和氧气，水分子发生变化，说明水分子是可分的。D:电解水生成氢气和氧气，气和气分别是由氢元素和氧元素组成的，说明水是由氢元素和氧元素组成的。故选D。
例2、某实验小组的同学在探究某物质的组成时，将该物质放在密闭容器中在一定条件下发生分解，测得生成物有二氧化碳和水，你认为该物质的组成中( )
A.一定含有碳、氢、氧三种元素
B.一定含有碳、氢元素，可能含有氧元素
C.一定含有碳、氧元素，可能含有氢元素
D.无法确定
课堂典例
【答案】A
【解析】根据化学反应前后元素种类不变，将该物质放在密闭容器中一定条件下发生分解，测得生成物有二氧化碳和水，说明该物质中一定含有碳氢、氧三种元素，所以选A。
例3、 最早通过实验测定水的组成的科学家是（ ）
A. 道尔顿
B. 拉瓦锡
C. 门捷列夫
D. 阿伏伽德罗
课堂典例
【答案】B
【解析】拉瓦锡通过实验证明水由氢、氧元素组成，是最早探究水组成的科学家。
模块二 项目活动2 制作分子模型
任务三
项目活动2 制作分子模型
探究新知
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。
跟着老师一起来学习制作分子模型吧~
任务三
项目活动2 制作分子模型
探究新知
1.制作模型
请你用橡皮泥或黏土等材料制作6种分子模型(如图)，各分子模型的制作数量要求如表所示。
2个氢分子（） n 个水分子（nO，n≥6）
1 个氮分子（） 1 个二氧化碳分子（）
2 个氧分子（） 1 个氨分子（）
分子模型的制作数量要求
任务三
项目活动2 制作分子模型
探究新知
2.拼装模型演示电解水的微观过程
请你将制作好的水分子模型按照方案二或三进行拼装，然后根据演示结果画出相应的微观示意图。
方案一： 用2个水分子模型演示 以2个水分子（2O）分解为例：
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
任务三
项目活动2 制作分子模型
探究新知
讨论与交流
1. 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？
2. 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？
3. 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？结合该实验说说化学变化的微观实质是什么。
任务三
项目活动2 制作分子模型
探究新知
（1）拆分后均得到2个氢原子和1个氧原子，氢原子和氧原子个数比为2:1。
（2）重新组合后分别得到2个氢分子和1个氧分子，水分子、氢分子和氧分子的个数比是2:2:1。
（3）原子的种类和数目、元素的种类都不发生变化，分子的种类发生变化，分子的数目可能变化。化学变化的微观实质是分子分裂为原子，原子重新组合成新的分子。单质模型如、；化合物模型如O；氧化物模型如O。
任务三
项目活动2 制作分子模型
探究新知
最后，请你将所制作和拼装后得到的模型进行分类，分别放进右边的三个筐中。
例4、某同学做了一些分子、原子的模型,其中能表示水分子的模型是( )
课堂典例
【答案】C
【解析】A,图中展示的是两个单独的氢原子和一个单独的氧原子，不是水分子，A错误。B,图中展示的是两个氢原子结合成的氢分子，不是水分子，B错误。C,图中展示的是一个分子，由两个氢原子和一个氧原子构成，符合水分子的结构，C正确。D,图中展示的是两个氧原子结合成的氧分子，不是水分子，D错误。C正确。
例5、电解水实验中，与电源正极相连的试管内产生的气体是（ ）
A. 氢气
B. 氧气
C. 水蒸气
D. 二氧化碳
课堂典例
【答案】B
【解析】电解水时，正极产生氧气，负极产生氢气，体积比约为1:2。所以选B。
例6、 制作水分子模型时，需选用的小球数量比例为（ ）
A. 氢球1个，氧球2个
B. 氢球2个，氧球1个
C. 氢球1个，氧球1个
D. 氢球3个，氧球1个
课堂典例
【答案】B
【解析】水分子化学式为H O，由2个氢原子和1个氧原子构成。
模块三 项目活动3 展示“水分子漫游记”情景剧
任务四
项目活动 3 展示“水分子漫游记”情景剧
探究新知
任务四
项目活动 3 展示“水分子漫游记”情景剧
探究新知
水在生活中无处不在，请同学们演一部“水分子漫游记”情景剧，体会水分子在变化中的经历。
内容：“水分子漫游记”情景剧
时间：5 分钟
主角：水分子
形式：现场表演 / 视频展示
任务四
项目活动 3 展示“水分子漫游记”情景剧
探究新知
提示：在进行展示前，每个小组需要以“水分子”为主角编写故事大纲。 小组成员可以通过头脑风暴，充分挖掘生活中见过的水的状态、运动途径及变化情况（漫游地点尽量含自然环境、动植物体内），写好剧本后，小组成员共同制作道具，分配角色并做好预演或拍摄。
情景1 ：
阳光照在湖面上，
湖水蒸发……
。
情景2 ：
云里的冰晶落下，到半空变成水珠，下雨了……
。
情景3 ：
水被树根吸入，随着导管到了叶肉细胞里，和二氧化碳变成……
。
任务四
项目活动 3 展示“水分子漫游记”情景剧
探究新知
有创意！我们组拍视频，就用之前做的分子模型做主角。
小组现场表演，我用水分子头箍做道具。
任务四
项目活动 3 展示“水分子漫游记”情景剧
探究新知
最后，请你对自己在制作模型、展示“水分子漫游记”情景剧等活动中的表现进行反思与评价：你的表现如何？有哪些收获？还有哪些需要改进的地方？
项目评价
课堂总结
模块四 练习与实践
1、下列关于水的组成的说法正确的是（ ）
A. 水由氢气和氧气组成
B. 水由氢原子和氧原子构成
C. 水由氢元素和氧元素组成
D. 水由两个氢原子和一个氧原子构成
课堂典例
【答案】C
【解析】水是纯净物，由氢元素和氧元素组成，宏观用“组成”，微观用“构成”。选C。
2、 下列实验能证明水由氢、氧元素组成的是（ ）
A. 水的蒸发
B. 水的净化
C. 水的电解
D. 水的蒸馏
【答案】C
【解析】电解水生成氢气和氧气，证明水由氢、氧元素组成（化学变化前后元素种类不变）。
分层作业
3、下列说法正确的是（ ）
A. 水中氢元素的质量分数为50%
B. 电解水生成氢气和氧气的质量比为2:1
C. 水的化学式可表示为HO
D. 水是由水分子构成的
课堂典例
【答案】D
【解析】水由水分子构成，氢元素质量分数为(2/18)×100%≈11.1%，电解水氢气与氧气质量比为1:8，化学式为O。
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让备课更有效
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