教学设计：自然界的水.doc

自然界的水
目的要求：
1：认识水的组成。
2．了解单质、化合物的区别。
3．了解人类认识物质世界的过程和方法
重点：1：水的组成
2：单质、化合物的区别。
难点：1：水的组成
2：单质、化合物的区别
教学导引
水是地球上最普通、最常见的物质，不仅江、河、湖、海中含有大量水，而且，大气中、动植物体内也都含有许多水．没有水，也就没有生物界，水是一切生物的生存、发展所必需的．
人类探索水的组成历史悠久，但直到18世纪末，拉瓦锡才在前人实验的基础上，通过对水的生成和分解实验的研究，确认水不是一种元素．那么水到底是什么样的物质，它的组成到底如何呢？请认真分析和观察电解水实验，体会如何得出正确答案的．
教学过程：
设问导入：水是由哪些元素组成的？它属于纯净物还是混合物？是单质还是化合物？
讲 述：水在地球上分布很广，地球表面积的约3/4为水覆盖，地球从某种意义上来说，可以被称之为“水球”。水与我们人类的关系非常密切，例如，人体含水约占人体质量的2/3，这就需要我们搞清楚有关水的知识，今天，我们一起来研究水的组成
板书课题：水的组成
学生实验：研究水的组成（实验3-1）
经过实验，学生得到下列结论
给水通电一段时间后，正负极产生气体体积大约为1：2学生如若测得数字误差较大，应要求他们重做，以培养严谨的科学态度。
学生实验：（实验3-2）验证正负极气体的属性，判断是何种气体。
要 点：正极气体具有助燃性，是氢气， 负极气体能燃烧，是氢气
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纵使成氢分子、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。这验证了上一章学过的一个什么重要结论?
电解水的表达式：水 氧气+氢气 2H2O 通电 2H2↑+ O2 ↑ 属于分解反应，
实验 现象 表达式
电解水验 电极上有气泡，正负极气体体积比为1：2。负极气体可燃烧，正极气体能使带火星的木条复燃。 水 氧气+氢气
2H2O 通电 2H2↑+ O2 ↑
在通常状况下，氢气是一种没有颜色、没有气味、难溶于水的气体；在相同条件下，氢气是密度最小的气体；氢气和一定量的空气或氧气混合会引起爆炸。。
思考：混有空气或氧气的氢气遇明火会发生爆炸，那么在你使用氢气，尤其是点燃氢气时应注意什么问题？具体应怎样做？
使用氢气时，要注意安全。点燃氢气前，一定要检验氢气纯度。
具体做法是：用一小试管，收集一试管氢气，用拇指堵住试管口，移近酒精灯火焰，松开拇指点火，如果听到尖锐的爆鸣声，就说明氢气不纯，如果声音很小，就说明氢气较纯。
讨论：理论上与正、负两极相连的试管内汇集的气体体积比应是1∶2，但在实验操作中两试管汇集的气体体积比往往小于l∶2。这是为什么？
（1）氧气在水中溶解性比氢气稍大。
（2）氧气氧化性很强，有时在电极上就与电极发生了氧化反应。
实验说明和建议
【实验3－1】 除用教材上图3－1的装置外，还可以自己设计简便易行的装置。
用一个大瓶子，截去瓶底，留瓶口一段约高8～10 cm。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，在瓶塞露头处联接导线，做成电解槽如图3－1Ⅰ。
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，导线用塑料管套起来，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3－1Ⅱ，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。
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准确的2∶1，一般总是氧气的体积偏小，主要的原因可能是初生的氧没成氧气从电极上逸出之前就与电极发生了氧化反应。为了避免电极被氧化，以选用铂或金做电极较为理想。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％的氢氧化钠溶液做电解液。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。
检验氢气时，由于氢分子有很大的扩散速率，即使管内是纯氢气，点燃时也会发出轻微的“噗”的一声。应该告诉学生这个声音与氢气混有空气时遇火由试管内部发出来的较尖锐的爆鸣声是有很明显的区别的。应该让学生仔细观察随发声的同时，酒精灯火焰受爆炸气浪而发生的摆动程度也十分不同。
氢气和空气混合，氢气爆炸极限的体积分数是4.0％～74.2％，当氢气的体积分数达到60％以上时，爆鸣后试管内就会留有火焰(即此时的爆鸣实际上已经表现为短时间的快速持续燃烧)，因此，如果再用这支试管收集氢气，应该先用拇指把试管口堵一会儿，使氢焰熄灭后再继续使用。这一点，必须作为操作规定来指导学生。
知识要点
【要点1】电解水→水的组成
实验名称：水的电解实验
装置图：如图3－1．
实验现象：电极上有气泡，一段时间后试管1和试管2中所收集到的气体体积比约为1∶2．
气体检验：等收集较多气体后，设法从水槽中取出试管(应堵住试管口)进行检验：用带火星的木条检验试管1中的气体，发现它能使带火星的木条复燃，说明是氧气．试管2中的气体移近火焰时，气体能燃烧，火焰呈淡蓝色．这是氢气．
实验结论：水在通电的条件下，发生分解反应产生氢气和氧气．
氢气由氢元素组成，氧气由氧元素组成，这说明了水是由氢元素和氧元素组成．
说明：
1．为了增强水的导电性，有时可在水中加入适量的稀硫酸或氢氧化钠溶液．
2．电解水所用电源为直流电．
3．有时收集到气体量较少时，当检验试管2中的气体时，可能只发出爆鸣声，而看不到淡蓝色火焰．
4．氢气是一种无色、无臭，难溶于水，密度非常小的气体，混有空气或氧气的氢气遇到明火可能发生爆炸．
讨论：理论上与正、负两极相连的试管内汇集的气体体积比应是1∶2，但在实验操作中两试管汇集的气体体积比往往小于1∶2．这是为什么？
①氧气在水中溶解性比氢气稍大．
②氧气氧化性很强，有时在电极上就与电极发生了氧化反应．
思考：混有空气或氧气的氢气遇明火会发生爆炸，那么在你使用氢气，尤其是点燃氢气时应注意什么问题？具体应怎样做？
使用氢气时，要注意安全．点燃氢气前，一定要检验氢气纯度．
具体做法是：用一小试管，收集一试管氢气，用拇指堵住试管口，移近酒精灯火焰，松开拇指点火，如果听到尖锐的爆鸣声，就说明氢气不纯，如果声音很小，就说明氢气较纯(如图3－2)．
思考：在水的电解实验里，有新物质生成吗？水发生了什么变化？
有新物质H2和O2生成，所以水发生了化学变化．
【要点2】单质、化合物
1．单质和化合物的比较
2．物质的简单分类
注意：1．物质和纯净物的分类依据不同，物质是按物质组成进行分类，而纯净物是按该纯净物元素组成进行分类的，所以不能把纯净物和单质、混合物和化合物混为一谈．
2．区分单质、化合物、纯净物、混合物时不能只看名称，而要认真分析其组成后才能得出结论．即不能注重外表而不看实质．
【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，我们可以得出什么结论？【板书】1、【小结】1：水是纯净物，是一种化合物。从宏观分析，水是由氢、氧元素组成的。从微观分析，水是由水分子构成的，水分子是由氢原子、氧原子构成的。
水是由氢元素和氧元素组成的，水是化合物。
元素：具有相同的核电荷数（即质子数）的同一类原子的总称。
〔讲解〕元素是一个宏观的概念，它包括三个要素①具有相同核电荷数，②同一类原子，③总称。这就说明元素是一个建立在微观概念基础上的宏观的集合概念。
元素的分布
　　①宇宙间存在的最丰富的元素是氢元素。
　　②地壳中含量最多的元素是氧，其次是硅。
　　③生物细胞中含量最多的元素是氧，其次是碳
单质：由同种元素组成的纯净物，叫单质。如：氧气，氮气，铁，镁，碳，硫，磷，等等都是单质。
化合物：由不同种元素组成的纯净物，叫化合物。如：水，二氧化碳，二氧化硫，五氧化二磷，四氧化三铁，高锰酸钾，二氧化锰，等等，都是化合物
概念 举例 区别 相同点
单质 由同种元素组成的纯净物 氢气（H2）氧气（O2） 同种元素组成 纯净物
化合物 由不同种元素组成的纯净物 水（H2O）、二氧化碳（CO2） 不同种元素组成 纯净物
注意：1．物质和纯净物的分类依据不同，物质是按物质组成进行分类，而纯净物是按该纯净物元素组成进行分类的，所以不能把纯净物和单质、混合物和化合物混为一谈。
2．区分单质、化合物、纯净物、混合物时不能只看名称，而要认真分析其组成后才能得出结论。即不能注重外表而不看实质
海水为什么是蓝色？

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)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)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，水是无色透明的．当水较深时，由于散射作用显著，水就显出浅蓝绿色．水中溶有空气越多越偏绿色．水更深时会出现深蓝色甚至显黑色．海水较深时显蓝色，就是这个缘故．
水的“庐山真面目”

海水、河水、湖水、自来水、泉水、井水…… ，水的名目那么多，其实都是一种东西，只是来源不同、里面含的杂质多少不同而已．
是谁首先揭开了水的“庐山真面目”呢？
英国化学家普利斯特利常在朋友们面前表演这样一个有趣的实验：他拿一个空瓶子在朋友们面前晃几下，然后迅速地把一支燃着的蜡烛靠近空瓶，“啪”的一声巨响，同时瓶口吐出长长的火舌，随后就熄灭了．朋友们都瞠目结舌，望着满脸惊诧、迷惑的朋友们，普利斯特利得意地说出了其中的奥秘：原来瓶子里早已装满两种没有颜色的气体——氢气和空气．氢气是个爆脾气，与空气混合后一遇火就会发出巨大的声响——“爆鸣”．这种混合气体，在化学上叫爆鸣气．
有一次，当他又表演完这个实验后，无意中发现瓶壁上有不少水珠，普利斯特利起初以为是瓶子没有擦干，于是他用干燥的瓶子，又重新做了几遍．可一次又一次的结果表明：氢气在空气中燃烧将生成水．换句话说：水是氢、氧两种元素组成的．
水的组成和结构
18世纪以前，人们一直认为水是一种单质，1781年卡文迪许首先发现氢气在空气中燃烧生成唯一的产物是水，证明了水是氢、氧元素的化合物。几年以后，拉瓦锡测定了水的质量组成。
近代结构理论的研究指出，H2O分子呈V形结构，经X射线对水的晶体(冰)结构的测定，证明两个O—H键间形成104.5°的夹角(如图)。由于水分子的不对称结构，所以水是极性分子。
水的催化作用
水既是正催化剂，又是负催化剂。极微量的水对许多反应的进行起着重要的作用。例如，干燥的氟化氢不腐蚀玻璃；极干燥的爆鸣气(H2∶O2=2∶1)加热到1000℃时不爆炸；铝粉末与碘粉未混合不发生反应，如果往混合粉末中加入水滴，即刻呈现红色的烟雾。这是因碘与铝反应
2Al＋3I2＝Al2I6
并放出大量的热，使碘受热升华的缘故。可见，没有水或水的痕迹存在，反应不能进行。
另外，水的存在又使一些反应不能进行。例如，实验室中用碱石灰与醋酸钠反应制甲烷，反应需要在干燥的环境中进行。苯与溴可发生取代反应生成溴苯，但苯与溴水就不发生取代反应。这是由于水的存在，使苯与溴不能发生游离基反应。
因此，水是一种使用广泛的催化剂。由于对水的普遍使用，且经济易得，它的催化作用未能引起人们的注意。