教学设计化学篇：水组成的发现

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通过整理水的组成的发现史料，将水的组成的化学史以6个问题贯穿于整堂教学设计。在适当改进的基础上，化学教师可以将其用于课堂。这既有利于改善化学史教学被边缘的地位；也符合初中化学课程标准中关于水的组成一节 “认识水的组成” 的内容标准；同时能够增强学生的问题意识，培养其批判和质疑精神；对于我国中学化学史教学和研究也是大有裨益。

【导课】

通过前面的内容，我们学习了水对人类的生存重大意义以及水的净化方法，其实人类对水的认识不仅限于如此。人类从未停止探索水的奥秘的步伐，

【问题1】怎么看待古代人民的这种对水的认识？

古人认为水是构成万物的元素的种种学说并不是立足于正确的实验基础之上，仅仅源于对于周围世界的粗浅观察，加上一定的思辨和想象而得。即便如此，水作为一种元素的观点还是统治了人类思想2000多年，一直到18世纪才逐渐揭开水的组成的神秘面纱。

1765年，卡文迪许用稀硫酸、稀盐酸与不同的金属（Zn、Fe、Sn等）反应制得一种气体，他称之为“可燃空气”（拉瓦锡1783年才称之为氢气），由于卡文迪许信奉当时盛行的燃素学说，他认为氢气就是纯的燃素。

到了1781年，普利斯特里将“可燃空气”（即氢气）和空气混合在玻璃瓶中点燃时，发出巨大的爆鸣 声，玻璃瓶内壁有水珠生成。

卡文迪许用大量的空气和“可燃空气”重复了上述实验，结果得到135格令液体，液体蒸发后没有留下任何残渣。他所用空气的体积为氢气的2.5倍。卡文迪许研究了这种液体的性质后，得出结论：这种液体是纯水。

【问题2】所用空气的体积为氢气的2.5倍，那么所用氧气是氢气体积的多少倍？

合成纯水所用氧气体积是氢气的2.5X1/5＝0.5倍，也即氢气和氧气体积2:1。

氧气发现后，卡文迪许又用纯氧代替空气，进行了如下实验：他将37000格令的氢气和19500格令的氧气混合于一玻璃球内，通电使二者反应，直至体积不变为止，实验之后球中大约剩余1000格令的氧气

【问题3】你能计算出该实验中消耗的氢气和氧气体积比吗？

VH2/VO2＝37000格令/18500格令（19500-1000）＝2/1

【问题4】由问题2和问题3，能得出什么结论？

氢气无论是在空气中还是在氧气中燃烧，他都得出同样的结论，即大约2份体积的“可燃空气”（即氢气）和一份体积的“脱燃素空气”（即氧气）恰好化合生成水。

上述实验已经能够揭示出水不是一种元素，但由于卡文迪许是一名坚定的“燃素论者”，没能认识到这一点，反而认为两种气体里都含有水。

1783年，拉瓦锡重复了他们的水的合成实验，并且他于1785年增加了一个相反的实验—水的分解。

让水蒸气通过红热的枪管，水蒸气被高温的铁所分解而生成“可燃空气”，铁和氧气结合生成了铁的氧化物，通过分析和归纳，他得出结论：水不是一种元素，而是“可燃空气”和氧的化合物，且将“可燃空气”正式命名为“生成水的元素”（Hydrogen）,即氢。

【问题5】和卡文迪许的实验相比，拉瓦锡为什么增加水的分解实验？

反面论证，增强水是由氢氧两种元素组成的说服力。

到了19世纪初期伏打电池问世后，化学家就将电运用到水的分解中，即我们今天看到的水的电解装置。

原子学说和分子学说提出后，水分子的微观构成才得以揭示出来，即1个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成。

【问题6】卡文迪许由于固守“燃素学说”，最后未能揭示出水是一种化合物。你怎么看待他的这种保守？这对你以后的学习和生活有何启示？

只有敢于质疑，不畏权威的人才能勇攀科学的高峰，到达真理的彼岸。

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化学史料是浩瀚的，在选择相应的史实进行相关内容的教学设计时，应该注意教学设计整体结构和内容的整体衔接，同时应该考虑化学史的发展和学生认知发展的关系，即科学家的探索线和学生的认知发展线间是否为相互平行的关系。

如何更进一步促进中学化学史教学，不是简单而零碎地一篇教学设计，而是基于中学整体化学课程进行系统地化学史的教学设计，是值得研究的问题。

文源：化学史教育之家

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