43探究水的组成

4.3探究水的组成

一、教学目标

1、知识与技能

（1）使学生了解水的物理性质。

（2）通过电解水的实验，使学生认识水是由氢、氧两种元素组成。

2、过程和方法：

培养学生观察探究能力；通过观察实验，培养学生宏观和微观相结合的分析探究能力。

3、情感、态度与价值观：

通过电解水的实验，培养实事求是的科学态度。

二、教学重点：

电解水的实验和根据实验现象分析确定组成水的成分元素。

三、教学难点：

用分子、原子的知识解释电解水的过程，即从宏观理解转向微观分析。

四、教学工具：

做电解水的水电解器,烧碱或硫酸,蓄电池等相关实验用品;相关的图片;多媒体视频等.

五、教学方法：

学生对水的物理性质早已有所了解，教学时应引导学生阅读、讨论，再帮助学生归纳出水的几点物理性质。着重指出冰比水轻，水结成冰时体积会膨胀等特性。至于4℃时水的密度最大的原因就不必向学生介绍了。

水作为初中化学第一个被研究的化合物，学生有很大的学习兴趣，故应引导学生关注水的电解装置及电解过程。探究学习分两个层次进行：首先是水的宏观组成，通过对电解产物(被电解的物质只有一种)——两种气体的检验，探究出水是由氢气中的氢元素和氧气中的氧元素这两种元素组成的。其次从微观的角度推出水分子的构成，这是本节的难点，应由宏观的两种气体产物的体积比的测定，由表及里，严密分析，推理及得出结论，不要求初中学生弄清气体体积比等于它们的原子个数比的原因。必要时，可增加一道例题加以论证：

例：实验证明，电解水得到的氢气和氧气的体积比为2：1，已知在标准状况下氢气密度为0.089 9g·L-1”、氧气密度为1.429g·L-1”。求水中氢元素与氧元素的质量比。再求它们的原子个数比。

此题的第一问，很容易求出水中氢元素与氧元素的质量比=1:8第二问的解为：设电解产物中，2LH2的原子个数为x，1LO2的原子个数为y。

已知1个氢原子与1个氧原子的质量比等于它们的相对原子质量之比(即1：16)。

—— = ------ 解得 ------ = -----

由电解产物的原子个数比便可推出水中两种元素的原子个数比来。

本节教学要防止学生产生：“水分子是由氢气分子和氧气分子构成的”、“因为水电解产生氢气和氧气，所以水是由氢气和氧气组成的”等错误结论。教学时可通过教材中的图示或有关图片、录像，使学生形象地认识到，水分子分解成氢原子和氧原子，同种元素的原子两两结合成两种单质分子：氢气分子和氧气分子，进而由大量氢气分子聚集成为氢气、大量的氧气分子聚集成为氧气。

◆课前预习:

（1）阅读课文，思考下列问题，提出自己的见解：

①阅读课文了解水的物理性质. ②阅读和观察实验,探究水的成分.

③复习第三章3.1氧气;阅读第五章氢气,搞清搞清电解水过程. （2）查阅相关信息，了解水的组合及水和氢氧元素的关系.

（3）2－3人一组（自由组合），将自己的学习成果制作成Powerpoint 演示文稿或制作成小展板，供课堂交流用。 六、课时安排：一课时 七、教与学互动设计

x .1 y .16 1 8 x

y 2

1

后为什么会将瓶子冻裂?高原地区烧开水为什么要用高压锅?

【讲解】1大气压下，纯水的凝固点(冰点)为0℃，沸点为100℃，4℃时水的密度最大为1g.cm-3因此冰比水轻。水结冰后会出现体积膨胀现象。

【设问】水分子是由什么原子构成的？水由哪些元素组成？怎样证明水的组成？

【展示】介绍水电解器及电解液。【演示】[实验4-5]将电解器下端的两个铂电极与直流电源相连接，接通直流电源，引导学生观察两电极上的现象及产生气体的体积，气体少的一管产生约10mL 气体时停止实验。

【提问】接通电源后两极各有什么现象?分别与正极、负极连接的两支玻璃管中收集到的气体体积谁多谁少?

【过渡】通电后，产生的是什么气体?如何通过实验进行检验?请注意观察。

【演示】用带火星的木条检验体积少的气体。使体积较多的气体通过干燥管，在玻璃尖嘴外点燃。【练习】指导学生完成课本各空质。

活动3.学生记忆：水的物理性质：

纯水通常为无色、无气味、无味

道的透明液体，1大气压下，凝固

点为0℃，沸点为100℃，4℃时

密度最大，为1g·cm—3。

活动 4.学生观察实验装置。进行

实验时注意观察亮极上气体的体

积，从教师的验证实验中知道气

体是什么。

活动5.学生观察并思考，归纳实

验现象，总结实验结论。

活动6.学生观察并思考，归纳实

验现象，总结实验结论。

活动7.学生完成课本个空位的填

写。

活动8. 学生试写文字表达式。

点拨：讲解水的反常膨胀现象。

位的填写。

【提问】由以上实验我们能得出什么结论?可以怎样表示这个反应?请同学们写出文字表达式

【提问】通过电解水产生氢气和氧气的实验事实，关于水的组成，我们可以得出什么？

【过渡】我们怎样用原子、分子的观点来分析电解水的反应呢?请同学阅读课本图示讨

论回答。，

【讲解】电解水是在直流电的作用下，发生了化学反应。水分子分解成氢原子和氧原子，这两种原子分别两两结合成氢分子、氧分子，很多氢分子，氧分子聚集成氢气、氧气。根据实验中氢气、氧气的体积比为2：1，说明水是有固定组成的。精确实验表明：每个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的。

（三）教学小结。

（四）应用迁移巩固提高

见以下练习设计活动9.总结实验结论：水是由氢

元素和氧元素组成的，水是化合

物。

活动10.阅读课文中的图4—16。

试分析微观变化的过程。

水分子氧分子氢分子

点拨：每个水分子是由两个氢原

子和一个氧原子构成的

拓展：简易电解水器

# 应用迁移巩固提高

一．知识积累

1.水是我们最熟悉的一种物质。下列关于水的说法正确的是( )

A．通常状况下，纯净的水是无色，无味的液体

B．4度时，水的密度最小

C．物质都是热胀冷缩，所以温度越低，水的体积越减小，结冰后体积更小

D．水和冰混在一起就成了混合物

2.电解水的实验说明了水是由( )

A．氢气和氧气组成的

B．氢原子和氧原子组成的

C．氢元素和氧元素组成的

D．水中溶解有氢气和氧气

3.下列有关电解水实验的说法中不正确的是( )

A．在水中加少量烧碱或硫酸是为了增加水的导电性

B．与电源正极相连的试管产生的是一种可燃性气体

C．与电源负极相连的试管内产生的气体体积是与电源正极相连的试管内产生气体体积的2倍D．点燃与电源负极相连的试管内产生的气体，产生蓝色火焰

二．发散思维

4.在101．3kPa时，水的凝固点是————。水的密度最大是————温度是————。

5.图4-6是电解水的实验装置示意图列问题：

(1)检验A试管内收集到的气体的方法是——————

————————————，现象是————————

————————，证明该气体是————；检验

B试管内收集到的气体的方法是————————，

现象是——————，证明该气体是——————。

A试管内收集到的气体与B试管内收集到的气体的

体积比是——————————。

(2)电解水反应的文字表达式为——————————

——————————。其基本反应类型是——————————————————————————。图4-6

(3)该实验证明了水是由——————————组成的。

还进一步证明了在化学反应中————————————————————。

三．能力提高

6．有如下微粒：H、O、H2、O2、H2O按要求回答各问：

(1)保持水的化学性质的微粒是______________；

(2)通电分解水过程中的最小微粒是______________；

(3)水分子分解后生成的新微粒是__________________；

(4)当水变成水蒸气时，_________________ 没发生变化。

7．图4—7是电解水时水分子分解过程示意图：

水分子氧原子氢原子氧分子氢分子

图4—7

请你从宏观和微观两个方面写出你从该图获得的信息(至少写出四条)：

(1)________________________________________；

(2) ________________________________________；

(3)________________________________________；

(4)________________________________________.

8．水在4℃时的密度最大，此性质对水中生物的生存至关重要。如果冰的密度比水的大，将怎样导致水中的生物命运?

八、教学反思：

水是人类不可缺少的宝贵的自然资源，经济的发展，人民生活水平的提高都与水有直接的关系。我们应充分了解到了水资源重要的同时,也应搞清水的组成, 以便我们更好更合理地利用水资源.所以, 本节课通过电解水实验,清楚地认识了水的组成-----由氢氧两种元素组成.本节课的重点是电解水,由于同学们的乐于观察和实践精神,同学们把握的很好,但对于氢的认识不够,但不影响大局.在第五章还要继续学习.

◆拓展

一、[实验与活动]

(1)[实验4-5]的水电解器如没有教材中的装置，可用霍夫曼电解器或其他水电解器，所用电源可用蓄电池或用直流电源。电压通常为6—12V。为增大水的导电性，可加些电解液，例如：①5-15％的NaOH 溶液；②1:7—1:5的20-26％的H2SO4溶液。氧、氢产生气体的体积比是1:2(理论值)，实际上氢气体积大于氧气体积的2倍，原因是多方面的：①两刻度管中水柱压强不等；②溶解度不同，氧气的溶解度为31m1．L-1”，氢气的溶解度为18．2m1．L-1”(20℃，1.01 X105Pa)；③氧气与石墨电极或铜电极反应，消耗一些氧气。为使体积测量更准确，可先把水电解一段时间，使电解生成的气体在电解液中溶解至饱和，然后放去两管中的气体，重新调整液面，再开始收集电解产物。

(2)电解水的演示实验改进。除教材上图4—16的装置外，还可以自己设计简便易行的装置供演示或学生实验使用。

用一个大瓶子，截去瓶底，留瓶口一段约高8—10cm。瓶口配一胶塞，由里向外塞紧。用镀铬曲别针伸直一段由塞子上扎出，在瓶塞露头处连接导线，做成电解槽如图1-I。

也可用普通玻璃杯·(或烧杯)作电解槽。把硬导线跟镀铬曲别针用焊锡焊牢，线用塑料管套起来，管口可以用蜡或沥青封住。把做好的电极固定在一块木板上，如图1-Ⅱ，电极的硬导线可以架在玻璃杯(电解槽)的壁上，测气管倒放在木板上。

图1自制电解水装置

用这样的简易装置做电解水的实验，其结果常是氢气和氧气的体积比不是2:1，一般总是氧气的体积偏小，这主要的原因可能是初生的氧气还没从电极上成气泡逸出之前就氧化了电极所致。为了避免电极被氧化，以选用铂或金做电极为理想。但在实验室中做这样以定性为主的半定量实验选择比较不易被氧化的材料做电极也就可以了。镀铬的材料可以用，其他如不锈钢、·废电炉丝等也可以用。

由于在酸性介质中阳极更容易被氧化的缘故，建议用质量分数为10—15％的氢氧化钠溶液微电解液。它的缺点是容易在测气管的液面上产生泡沫，因此要求所用电解装置要充分洁净，氢氧化钠要比较纯净，测气管的直径不要太细。

(3)为设计另一种探究水的组成的方案，可引导学生思考[实验4—5]中氢气燃烧的产物是水的事实，然后据此设计探究方案。

二、知识拓展

1．深水的“颜色”

水分子对于可见光中各种波长不同的光线(指红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)所发生的散射作用(指光束在媒质中前进时，部分光线偏离原方向而分散传播的现象)强弱不同，对于波长短的(如绿、青、蓝等)色光，其散射作用远比波长长的光(如红、橙色)的散射作用强。再加上散射作用的强弱与光程的长短也有关。在水层较浅时，可见光中各种波长的光几乎都能透过，散射作用也不显著，因此，水是五色透明的。当水较深时，由于散射作用显著，水就显出浅蓝绿色。另外水中溶有空气越多越偏绿色。水更深时会有出现深蓝色甚至显黑色。

2．水在4℃时密度最大，冰的密度反而比水小

由于水分子有很强的极性，能通过氢键结合成缔合分子，如以下的结构式(虚线表示氢键)。O—H．．．O—H．．·O--H

1 1 1

H H H

液态水，除含有简单的水分子(H2O)外，同时还含有缔合分子(H20)2和(H20)3等，当温度在0℃水未结冰时，大多数水分子是以(H20)，的缔合分子存在，当温度升高到3.98℃(101 kPa)时水分子多以(H20)2缔合分子形式存在，分子占据空间相对减小，此时水的密度最大。如果温度再继续升高在3.98℃以上，一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了。水温降到0℃时，水结成冰，水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子，在冰中水分子的排布是每一个氧原子有四个氢原子为近邻(两个共价键，两个氢键)，如图2。这样一种排布导致成一种敞开结构，也就是说冰的结构中有较大的空隙，所以冰的密度反比同温度的水小。

图2 水分子间以氢键连接

另外，拆散缔合分子需要消耗一定的能量，这也足以说明为什么水有较大的比热容的缘故