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第四单元 自然界的水
课题2 水的组成
第1课时
1.化学观念：认识水是由氢元素和氧元素组成的；知道电解水生成氢气和氧气、氢气燃烧生成水，理解两个实验都能证明水的组成；初步建立”宏观物质—微观粒子—元素组成”相联系的物质组成观。
2.科学思维：能依据”化学反应前后元素种类不变”的规律，从生成物的组成推断反应物（水）的元素组成；能对比”合成”与”分解”两条证明路径，体会逆向思维的逻辑力量。
3.科学探究与实践：能观察并准确记录电解水实验的现象，掌握正、负极气体的检验方法；初步学习氢气验纯的操作，能分析实验误差（气体体积比偏离1∶2）的原因。
4.态度与责任：通过卡文迪许等科学家探究水的组成的历程，感受实事求是、勇于质疑的科学精神；认识氢气作为清洁燃料的价值，体会化学对能源与环境问题的意义。
（一）预习填空
1.通常状况下，氢气是一种________、________的气体，密度比空气的________，是相同条件下密度最小的气体，________溶于水。
2.纯净的氢气在空气中安静地燃烧，产生________火焰，放出热量，火焰上方罩一个干冷的烧杯，烧杯内壁有________出现，说明氢气燃烧的生成物是________。
3.氢气燃烧反应的文字表达式：氢气和氧气在点燃条件下生成水；符号表达式为 2H + O ________。
4.氢气中若混有一定量的空气或氧气，遇明火可能发生________，因此点燃氢气前必须先________。
5.检验氢气纯度的方法：收集一试管氢气，用拇指堵住试管口，移近火焰，移开拇指点火。若听到尖锐的爆鸣声，说明氢气________；若声音很小，说明氢气________。
6.电解水实验中，使用的电源是________（填”直流电”或”交流电”）；常向水中加入少量氢氧化钠或硫酸钠，目的是________________。
7.电解水时，两个电极上都有________产生；与电源正极、负极相连的玻璃管内收集的气体体积比约为________，可简记为”正氧负氢、氢二氧一”。
8.检验正极产生的气体：用________靠近玻璃管尖嘴口，打开活塞，观察到________，证明是氧气；检验负极产生的气体：用________靠近尖嘴口，气体能燃烧，产生________火焰，证明是氢气。
9.电解水反应的文字表达式：水在通电条件下生成氢气和氧气；符号表达式为 2H O 2H ↑ + ________↑。该反应属于________反应（填基本反应类型）。
10.电解水实验证明：水是由________和________组成的。得出这一结论的理论依据是：化学反应前后________的种类不变。
11.从微观角度看，水分解的过程是：水分子分成________和________，每两个氢原子结合成一个氢分子，每两个氧原子结合成一个氧分子。由此可见，在化学变化中，________可再分，________不可再分。
12.1个水分子由________个氢原子和________个氧原子构成。
（二）预习思考
1.为什么电解水时收集到的氢气与氧气的体积比约为2∶1，就能推测水分子中氢、氧原子个数比为2∶1？
2.用纯水做电解水实验，现象很不明显，为什么？
3.氢气燃烧生成水、水通电生成氢气和氧气，这两个实验的研究方向有什么不同？为什么它们都能证明水的组成？
课前预习参考答案
1.无色；无臭（无味）；小；难
2.淡蓝色；水雾（水珠）；水
3.2H O
4.爆炸；检验纯度（验纯）
5.不纯；较纯
6.直流电；增强水的导电性
7.气泡；1∶2
8.带火星的木条；木条复燃；燃着的木条；淡蓝色
9.O ；分解
10.氢元素；氧元素；元素
11.氢原子；氧原子；分子；原子
12.2；1
（一）情境导入
讲述科学史：在很长一段时间里，人们认为水是一种”元素”，水火不容、水能生万物等观念根深蒂固。18世纪末，英国科学家卡文迪许将”可燃空气”（氢气）与空气混合点燃，发现容器壁出现了水；后来法国科学家拉瓦锡又让水蒸气通过灼热的铁管，把水”拆”成了氢气和氧气，并命名了氢（“生成水的元素”）。
核心问题：你能设计实验证明”水不是一种元素，而是由氢、氧两种元素组成”吗？
引出两条研究路径：合成法（氢气燃烧生成水）和分解法（电解水）。
（二）研学任务一：观察氢气燃烧——水的合成
教师演示（学生观察记录）：
1.展示一瓶收集好的氢气：无色、无臭，集气瓶口向下放置（密度比空气小）。
2.检验氢气纯度（操作要点：拇指堵管口、移近火焰、听声判断）。
3.点燃氢气，观察火焰颜色；在火焰上方罩一个干冷的小烧杯，观察烧杯内壁。
现象记录：纯净氢气安静燃烧，产生淡蓝色火焰，放出热量，烧杯内壁出现水雾（水珠）。
推理讨论（小组完成，汇报交流）：
问题 推理
烧杯内壁的水珠从哪里来？ 是氢气燃烧生成的新物质——水
反应前有哪些元素？反应后有哪些元素？ 反应前：氢（H 中）、氧（O 中）；反应后：氢、氧（水中）
生成物水里的氢元素来自谁？氧元素来自谁？ 氢来自氢气，氧来自氧气
由此能得出关于水组成的什么结论？ 水是由氢、氧两种元素组成的
教师强调：推理的依据是”化学反应前后元素种类不变”；点燃可燃性气体前必须验纯，并说明爆炸极限的安全意义。
（三）研学任务二：电解水实验——水的分解（约15分钟）
实验装置：水电解器（两支带刻度的玻璃管＋电极）＋直流电源；水中加入少量氢氧化钠溶液（或硫酸钠）。
提问：为什么要加氢氧化钠？（纯水导电性很弱，加入后增强导电性）
学生分组观察（或演示实验＋视频慢放），记录现象：
1.通电后，两个电极表面都出现气泡，负极一端产生气泡的速率明显快于正极一端。
2.通电一段时间后，正极、负极玻璃管内气体体积比约为 1∶2。
产物检验（关键操作，师生共同完成）：
操作 现象 结论
将带火星的木条靠近正极玻璃管尖嘴口，打开活塞 木条复燃 正极产生的是氧气
将燃着的木条靠近负极玻璃管尖嘴口，打开活塞 气体燃烧，产生淡蓝色火焰（有时有轻微爆鸣声） 负极产生的是氢气
归纳：水 氢气＋氧气，即 2H O 2H ↑＋O ↑，属于分解反应。
推理：生成物氢气由氢元素组成、氧气由氧元素组成 → 依据元素种类不变 → 水由氢、氧两种元素组成。
误差分析讨论：多次精确测量发现，正极氧气与负极氢气的体积比常略小于1∶2，可能的原因有哪些？
氧气在水中的溶解能力比氢气稍大，部分氧气溶失了；
氧气氧化性较强，可能与电极材料发生反应被消耗一部分。
易错提醒：“正氧负氢、氢二氧一”指的是体积比，不是质量比；氢气与氧气的质量比约为1∶8。
（四）研学任务三：从微观角度解释电解水
学生用水分子模型（或利用教材微观示意图卡片）在小组内摆出、讲解水分解的微观过程：
水分子 → 氢原子＋氧原子 → 氢原子两两结合成氢分子，氧原子两两结合成氧分子 → 大量氢分子聚集成氢气、氧分子聚集成氧气
讨论：
1.电解水过程中，变化的微粒是什么？不变的微粒是什么？（水分子改变；氢原子、氧原子不变）
2.由此你能对”分子”和”原子”在化学变化中的角色得出什么结论？（化学变化中分子可分，原子不可分）
3.生成的氢、氧分子个数比为2∶1（相同条件下体积比等于分子个数比），推出1个水分子中应含2个氢原子和1个氧原子——这就是水的化学式H O的由来。
（五）研学任务四：两条路径互相印证
完成对比表：
项目 实验①：氢气燃烧（合成） 实验②：电解水（分解）
反应类型 化合反应 分解反应
能量变化 化学能→热能、光能 电能→化学能
研究思路 由产物推反应物组成 由产物推反应物组成
共同结论 水是由氢、氧两种元素组成的 水是由氢、氧两种元素组成的
教师点拨：一个方向”合”、一个方向”分”，殊途同归，证据互相印证——这正是科学家认识物质组成的经典思维方法。
（六）课堂小结
氢气性质：无色、无臭、密度最小、难溶于水；可燃性——点燃前必须验纯；燃烧产生淡蓝色火焰，生成水。
电解水：直流电，加氢氧化钠（硫酸钠）增强导电性；正氧负氢，体积比1∶2（质量比8∶1）；正极气体使带火星木条复燃，负极气体可燃、淡蓝色火焰。
结论：宏观上，水由氢、氧元素组成；微观上，1个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成；化学变化中分子可分、原子不可分。
1.（2024·河南）电解水的简易实验装置中，1管收集的气体体积明显多于2管。下列说法不正确的是（　　）
A. 1管中的电极连接的是电源正极
B. 2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∶8
D. 该实验可证明水是由氢、氧两种元素组成的
答案：A 解析： 甲管气体体积多，应为氢气，连接的是电源负极，A错误。乙管收集的气体体积小，是氧气，能使带火星的木条复燃，B正确。电解水生成氢气与氧气的体积比约为2∶1，质量比约为1∶8，C正确。生成物为氢气和氧气，依据反应前后元素种类不变，可证明水由氢、氧两种元素组成，D正确。
2.（2023·河南）2023年5月30日，我国神舟十六号载人飞船成功发射，三位航天员顺利进入空间站。空间站内航天员吸入的氧气可由电解水提供。
（1）水通电分解的符号表达式式为________。 （2）运载火箭使用的燃料中有液氢，氢气作燃料的优点是________（写一条）。
参考答案：（1）H O H ＋O （2）产物是水，不污染环境（或热值高，合理即可） 解析： 电解水生成氢气和氧气，注意注明反应条件”通电”和气体符号。液氢燃烧只生成水，无污染，且相同质量下放热量大（热值高），是航天常用的高能燃料。
3.（2025·河南·改编）电解水的实验装置中，1管与电源负极相连，2管与电源正极相连。电解一段时间后，可以观察到1管中液面比2管中液面________（填”高”或”低”）；关闭电源，将燃着的木条放在2管口，可观察到的实验现象是________。
参考答案： 低；木条燃烧得更旺
解析： a管连接负极产生氢气，b管连接正极产生氧气，相同时间内a管气体体积约为b管的2倍，把a管中液面压得更低。b管中是氧气，具有助燃性，使燃着的木条燃烧更旺。
4.（2022·天津）电解水实验中，与电源正极相连的试管（b）和与负极相连的试管（a）分别收集气体。若b试管中产生3 mL气体，则a试管中产生气体约为________mL；能使燃着的木条燃烧更旺的气体在________（填”a”或”b”）试管中；电解水的化学方程式为________。
参考答案： 6；b；2H O 2H ↑＋O ↑ 解析： 正极产生氧气、负极产生氢气，体积比约为1∶2，故氧气体积为3 mL时氢气约为6 mL。氧气具有助燃性，使燃着的木条燃烧更旺，在b（正极）管中。
5.（2021·天津）为研究水的组成，某同学进行了电解水实验。
（1）电解水的符号表达式为________。 （2）电解水的实验证明水是由________元素组成的。
参考答案：（1）H O H ＋O 　（2）氢、氧两种 解析： 电解水的生成物是氢气（由氢元素组成）和氧气（由氧元素组成），依据化学反应前后元素种类不变，证明水由氢、氧两种元素组成。注意”水由氢元素和氧元素组成”不能说成”水由氢气和氧气组成”。
6.（2022·山东日照·改编）利用水电解器进行电解水实验（水中加入少量硫酸钠），下列说法错误的是（　　）
A. 正极与负极导管口收集的气体体积之比是1∶8
B. 水中加入少量硫酸钠或氢氧化钠可增强导电性
C. 将带火星的木条放在正极导管口处，木条会复燃
D. 负极处收集的气体靠近火焰，若发出尖锐的爆鸣声，说明气体不纯
答案：A 解析： 正极（氧气）与负极（氢气）收集的气体体积比约为1∶2，质量比才约为8∶1，A把两个比值混淆，错误。加硫酸钠等是为了增强导电性，B正确；正极氧气使带火星木条复燃，C正确；氢气点燃前若发出尖锐爆鸣声说明不纯，D正确。
7.（2021·山东菏泽·改编）下列有关电解水及水的净化的说法不正确的是（　　）
A. 电解水的微观过程说明：化学变化中分子可分、原子不可分，原子重新组合成新分子 B. 简易净水器中小卵石、石英砂的作用相当于实验操作中的过滤
C. 电解水装置中与电源正极、负极相连的玻璃管内产生气体的体积比为2∶1
D. 电解水实验可证明水的组成
答案：C 解析： 正极产生氧气、负极产生氢气，体积比约为1∶2，C说反了，错误。化学变化中分子破裂、原子重组，A正确；小卵石、石英砂能阻挡不溶性颗粒通过，相当于过滤，B正确；电解水生成氢气和氧气，可推出水的元素组成，D正确。
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第四单元 自然界的水
课题2 水的组成
第1课时
1.化学观念：认识水是由氢元素和氧元素组成的；知道电解水生成氢气和氧气、氢气燃烧生成水，理解两个实验都能证明水的组成；初步建立”宏观物质—微观粒子—元素组成”相联系的物质组成观。
2.科学思维：能依据”化学反应前后元素种类不变”的规律，从生成物的组成推断反应物（水）的元素组成；能对比”合成”与”分解”两条证明路径，体会逆向思维的逻辑力量。
3.科学探究与实践：能观察并准确记录电解水实验的现象，掌握正、负极气体的检验方法；初步学习氢气验纯的操作，能分析实验误差（气体体积比偏离1∶2）的原因。
4.态度与责任：通过卡文迪许等科学家探究水的组成的历程，感受实事求是、勇于质疑的科学精神；认识氢气作为清洁燃料的价值，体会化学对能源与环境问题的意义。
（一）预习填空
1.通常状况下，氢气是一种________、________的气体，密度比空气的________，是相同条件下密度最小的气体，________溶于水。
2.纯净的氢气在空气中安静地燃烧，产生________火焰，放出热量，火焰上方罩一个干冷的烧杯，烧杯内壁有________出现，说明氢气燃烧的生成物是________。
3.氢气燃烧反应的文字表达式：氢气和氧气在点燃条件下生成水；符号表达式为 2H + O ________。
4.氢气中若混有一定量的空气或氧气，遇明火可能发生________，因此点燃氢气前必须先________。
5.检验氢气纯度的方法：收集一试管氢气，用拇指堵住试管口，移近火焰，移开拇指点火。若听到尖锐的爆鸣声，说明氢气________；若声音很小，说明氢气________。
6.电解水实验中，使用的电源是________（填”直流电”或”交流电”）；常向水中加入少量氢氧化钠或硫酸钠，目的是________________。
7.电解水时，两个电极上都有________产生；与电源正极、负极相连的玻璃管内收集的气体体积比约为________，可简记为”正氧负氢、氢二氧一”。
8.检验正极产生的气体：用________靠近玻璃管尖嘴口，打开活塞，观察到________，证明是氧气；检验负极产生的气体：用________靠近尖嘴口，气体能燃烧，产生________火焰，证明是氢气。
9.电解水反应的文字表达式：水在通电条件下生成氢气和氧气；符号表达式为 2H O 2H ↑ + ________↑。该反应属于________反应（填基本反应类型）。
10.电解水实验证明：水是由________和________组成的。得出这一结论的理论依据是：化学反应前后________的种类不变。
11.从微观角度看，水分解的过程是：水分子分成________和________，每两个氢原子结合成一个氢分子，每两个氧原子结合成一个氧分子。由此可见，在化学变化中，________可再分，________不可再分。
12.1个水分子由________个氢原子和________个氧原子构成。
（二）预习思考
1.为什么电解水时收集到的氢气与氧气的体积比约为2∶1，就能推测水分子中氢、氧原子个数比为2∶1？
2.用纯水做电解水实验，现象很不明显，为什么？
3.氢气燃烧生成水、水通电生成氢气和氧气，这两个实验的研究方向有什么不同？为什么它们都能证明水的组成？
（一）情境导入
讲述科学史：在很长一段时间里，人们认为水是一种”元素”，水火不容、水能生万物等观念根深蒂固。18世纪末，英国科学家卡文迪许将”可燃空气”（氢气）与空气混合点燃，发现容器壁出现了水；后来法国科学家拉瓦锡又让水蒸气通过灼热的铁管，把水”拆”成了氢气和氧气，并命名了氢（“生成水的元素”）。
核心问题：你能设计实验证明”水不是一种元素，而是由氢、氧两种元素组成”吗？
引出两条研究路径：合成法（氢气燃烧生成水）和分解法（电解水）。
（二）研学任务一：观察氢气燃烧——水的合成
教师演示（学生观察记录）：
1.展示一瓶收集好的氢气：无色、无臭，集气瓶口向下放置（密度比空气小）。
2.检验氢气纯度（操作要点：拇指堵管口、移近火焰、听声判断）。
3.点燃氢气，观察火焰颜色；在火焰上方罩一个干冷的小烧杯，观察烧杯内壁。
现象记录：纯净氢气安静燃烧，产生淡蓝色火焰，放出热量，烧杯内壁出现水雾（水珠）。
推理讨论（小组完成，汇报交流）：
问题 推理
烧杯内壁的水珠从哪里来？ 是氢气燃烧生成的新物质——水
反应前有哪些元素？反应后有哪些元素？ 反应前：氢（H 中）、氧（O 中）；反应后：氢、氧（水中）
生成物水里的氢元素来自谁？氧元素来自谁？ 氢来自氢气，氧来自氧气
由此能得出关于水组成的什么结论？ 水是由氢、氧两种元素组成的
教师强调：推理的依据是”化学反应前后元素种类不变”；点燃可燃性气体前必须验纯，并说明爆炸极限的安全意义。
（三）研学任务二：电解水实验——水的分解（约15分钟）
实验装置：水电解器（两支带刻度的玻璃管＋电极）＋直流电源；水中加入少量氢氧化钠溶液（或硫酸钠）。
提问：为什么要加氢氧化钠？（纯水导电性很弱，加入后增强导电性）
学生分组观察（或演示实验＋视频慢放），记录现象：
1.通电后，两个电极表面都出现气泡，负极一端产生气泡的速率明显快于正极一端。
2.通电一段时间后，正极、负极玻璃管内气体体积比约为 1∶2。
产物检验（关键操作，师生共同完成）：
操作 现象 结论
将带火星的木条靠近正极玻璃管尖嘴口，打开活塞 木条复燃 正极产生的是氧气
将燃着的木条靠近负极玻璃管尖嘴口，打开活塞 气体燃烧，产生淡蓝色火焰（有时有轻微爆鸣声） 负极产生的是氢气
归纳：水 氢气＋氧气，即 2H O 2H ↑＋O ↑，属于分解反应。
推理：生成物氢气由氢元素组成、氧气由氧元素组成 → 依据元素种类不变 → 水由氢、氧两种元素组成。
误差分析讨论：多次精确测量发现，正极氧气与负极氢气的体积比常略小于1∶2，可能的原因有哪些？
氧气在水中的溶解能力比氢气稍大，部分氧气溶失了；
氧气氧化性较强，可能与电极材料发生反应被消耗一部分。
易错提醒：“正氧负氢、氢二氧一”指的是体积比，不是质量比；氢气与氧气的质量比约为1∶8。
（四）研学任务三：从微观角度解释电解水
学生用水分子模型（或利用教材微观示意图卡片）在小组内摆出、讲解水分解的微观过程：
水分子 → 氢原子＋氧原子 → 氢原子两两结合成氢分子，氧原子两两结合成氧分子 → 大量氢分子聚集成氢气、氧分子聚集成氧气
讨论：
1.电解水过程中，变化的微粒是什么？不变的微粒是什么？（水分子改变；氢原子、氧原子不变）
2.由此你能对”分子”和”原子”在化学变化中的角色得出什么结论？（化学变化中分子可分，原子不可分）
3.生成的氢、氧分子个数比为2∶1（相同条件下体积比等于分子个数比），推出1个水分子中应含2个氢原子和1个氧原子——这就是水的化学式H O的由来。
（五）研学任务四：两条路径互相印证
完成对比表：
项目 实验①：氢气燃烧（合成） 实验②：电解水（分解）
反应类型 化合反应 分解反应
能量变化 化学能→热能、光能 电能→化学能
研究思路 由产物推反应物组成 由产物推反应物组成
共同结论 水是由氢、氧两种元素组成的 水是由氢、氧两种元素组成的
教师点拨：一个方向”合”、一个方向”分”，殊途同归，证据互相印证——这正是科学家认识物质组成的经典思维方法。
（六）课堂小结
氢气性质：无色、无臭、密度最小、难溶于水；可燃性——点燃前必须验纯；燃烧产生淡蓝色火焰，生成水。
电解水：直流电，加氢氧化钠（硫酸钠）增强导电性；正氧负氢，体积比1∶2（质量比8∶1）；正极气体使带火星木条复燃，负极气体可燃、淡蓝色火焰。
结论：宏观上，水由氢、氧元素组成；微观上，1个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成；化学变化中分子可分、原子不可分。
1.（2024·河南）电解水的简易实验装置中，1管收集的气体体积明显多于2管。下列说法不正确的是（　　）
A. 1管中的电极连接的是电源正极
B. 2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∶8
D. 该实验可证明水是由氢、氧两种元素组成的
2.（2023·河南）2023年5月30日，我国神舟十六号载人飞船成功发射，三位航天员顺利进入空间站。空间站内航天员吸入的氧气可由电解水提供。
（1）水通电分解的符号表达式式为________。 （2）运载火箭使用的燃料中有液氢，氢气作燃料的优点是________（写一条）。
3.（2025·河南·改编）电解水的实验装置中，1管与电源负极相连，2管与电源正极相连。电解一段时间后，可以观察到1管中液面比2管中液面________（填”高”或”低”）；关闭电源，将燃着的木条放在2管口，可观察到的实验现象是________。
4.（2022·天津）电解水实验中，与电源正极相连的试管（b）和与负极相连的试管（a）分别收集气体。若b试管中产生3 mL气体，则a试管中产生气体约为________mL；能使燃着的木条燃烧更旺的气体在________（填”a”或”b”）试管中；电解水的化学方程式为________。
5.（2021·天津）为研究水的组成，某同学进行了电解水实验。
（1）电解水的符号表达式为________。 （2）电解水的实验证明水是由________元素组成的。
6.（2022·山东日照·改编）利用水电解器进行电解水实验（水中加入少量硫酸钠），下列说法错误的是（　　）
A. 正极与负极导管口收集的气体体积之比是1∶8
B. 水中加入少量硫酸钠或氢氧化钠可增强导电性
C. 将带火星的木条放在正极导管口处，木条会复燃
D. 负极处收集的气体靠近火焰，若发出尖锐的爆鸣声，说明气体不纯
7.（2021·山东菏泽·改编）下列有关电解水及水的净化的说法不正确的是（　　）
A. 电解水的微观过程说明：化学变化中分子可分、原子不可分，原子重新组合成新分子 B. 简易净水器中小卵石、石英砂的作用相当于实验操作中的过滤
C. 电解水装置中与电源正极、负极相连的玻璃管内产生气体的体积比为2∶1
D. 电解水实验可证明水的组成
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