高中化學 第一章 認識化學科學 第2節(jié) 研究物質性質的方法和程序學案（2）魯科版必修1.doc

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第2節(jié) 研究物質性質的方法和程序 庖丁巧解牛 知識巧學升華 一、研究物質性質的基本方法 1．研究物質性質的基本方法 研究物質性質常用的基本方法有觀察、實驗、分類、比較等。一般是多種方法并用，但每種方法的使用關鍵和目的不同。 （1）觀察法：觀察 觀察法是一種有計劃、有目的的用感官考察研究對象的方法。觀察后要對現(xiàn)象進行分析和綜合，得出結論。 （2）實驗法：實驗法是人為地再現(xiàn)物質性質的過程。 （3）分類法：分類法主要是對物質及變化進行分類研究，可以得到各類物質的通性和特性。 （4）比較法：比較法是將研究對象和與之相關聯(lián)的其他已知性質的物質進行比較研究。 2．金屬鈉的物理性質及鈉與水的反應 （1）金屬鈉的物理性質 狀　態(tài) 顏　色 密度相對大小 熔點相對高低 常溫下固態(tài) 光亮的銀白色 ρ（煤油）＜ρ（Na）＜ρ（H2O） 熔點低 （2）金屬鈉跟水的反應 現(xiàn)　象 分　析 鈉浮在水面上 說明ρ（Na）＜ρ（H2O） 鈉塊熔成閃亮的小球 鈉和水反應放出熱量，使鈉塊熔成了鈉球 鈉球迅速向各個方向游動 鈉和水反應生成氣體，推動鈉球游動 聽到液面上發(fā)出嘶嘶的響聲 鈉與水反應放出熱量使H2O（g）局部蒸發(fā)為氣體 滴有酚酞的溶液變紅色 鈉與水反應生成了堿 點燃試管內氣體，聽到尖銳的爆鳴聲（或輕微的響聲） 說明鈉與水反應，生成了可燃性氣體 要點提示 注意此處空半格觀察盛放在試劑瓶中的金屬鈉的狀態(tài)及在煤油中的位置；觀察鈉的切面；親身感覺鈉被切割的難易；觀察鈉在水中的位置；觀察鈉在水中的狀態(tài)；觀察鈉在水中的運動；耳聽鈉與水的反應發(fā)出的聲音；將集滿氣體的試管移近酒精燈的火焰，耳聽聲音；觀察溶液顏色的變化。 鈉有強烈腐蝕性，不能用手直接接觸，以免灼傷皮膚。放入水中的金屬鈉只能是黃豆粒大小的一小塊；再大，則易發(fā)生爆炸，危險！ Na與H2O反應的化學方程式為：2Na+2H2O2NaOH+H2↑ 3．金屬鈉與氧氣反應的實驗 實驗1：切好的金屬鈉放置在空氣中。 實驗2：將金屬鈉放在石棉網(wǎng)上加熱。 實驗內容 實驗現(xiàn)象 結　論 Na在空氣中放置 光亮的銀白色逐漸變暗——生成白色固體 生成Na2O Na在空氣中加熱 Na在空氣中劇烈燃燒，產生黃色火焰，生成淡黃色固體 生成Na2O2 4．鈉的性質和用途 外觀物理性質（新切開） 銀白色、不透明、固體 其他物理性質 熔點低、密度?。ū人。让河痛螅?、硬度小、導電、導熱 化學性質 與O2反應 常溫：4Na+O2══2Na2O 加熱：2Na+O2Na2O2 與Cl2反應 2Na+Cl22NaCl 與H2O反應 2Na+2H2O══2NaOH+H2↑ 與稀H2SO4反應 2Na+H2SO4══Na2SO4+H2↑ 與CuSO4溶液反應 2Na+2H2O══2NaOH+H2↑ 2NaOH+CuSO4══Cu（OH）2↓+Na2SO4 用途 制取Na2O2；制備Na-K合金；作電光源；制取鈦、鋯、鈮、鉭等稀有金屬 存在 只以化合態(tài)存在于自然界中，常以NaCl、Na2SO4、Na2CO3、NaNO3等形式存在 保存 少量的鈉保存在煤油中，大量的金屬鈉則存放在鐵桶中用石蠟密封 5．比較Na和Fe的性質 性　質 相同點 不同點 物理性質 都是銀白色金屬，常溫下都是固體 密度不同：Fe＞Na，硬度不同：Fe＞Na，熔沸點不同：Fe＞Na 化學性質 都能跟O2等非金屬反應，都能置換出酸中的氫 Na跟水反應劇烈，F(xiàn)e跟水不反應 6．金屬共性 絕大多數(shù)金屬是銀白色固體；絕大多數(shù)金屬能跟活潑非金屬反應；大部分金屬能置換出酸中的氫等等。 2Na+2HCl══2NaCl+H2↑，F(xiàn)e+2HCl══FeCl2+H2↑ 二、研究物質性質的基本程序 1．研究物質性質的基本程序 第一步，觀察物質的外觀性質。了解物質的狀態(tài)、顏色、氣味等。 第二步，預測物質性質。運用分類的方法，根據(jù)物質所屬類別或有關反應規(guī)律預測物質性質。 第三步，實驗和觀察。根據(jù)預測進行實驗，并觀察實驗現(xiàn)象，記錄實驗數(shù)據(jù)等；如果出現(xiàn)預測之外的特殊現(xiàn)象，則需要進一步分析，提出新的問題和作出新的預測，并再進行實驗和觀察，驗證新的預測。 第四步，解釋和結論。需要對實驗現(xiàn)象進行分析、綜合、推論，概括出結論，一般運用比較的方法歸納出物質的通性及特性。 第五步，整合實驗結論。 聞氯氣的方法 2．案例：研究氯氣的性質 （1）Cl2的用途：制造鹽酸、有機溶劑和殺菌消毒劑。 （2）氯氣的物理性質 顏　色 氣　味 狀　態(tài) 密　度 溶解性 氯水顏色 黃綠色 刺激性氣味 通常是氣體 比空氣大 能溶于水 黃綠色 （3）預測物質的性質 ①預測Cl2的化學性質：能跟金屬（如Na、Fe、Cu等）反應，能跟非金屬（如H2、C、P等）反應。 ②實驗記錄： 實驗內容 實驗現(xiàn)象 生成物 鐵絲在氯氣中燃燒 細鐵絲在Cl2中燃燒，充滿棕褐色煙，生成棕褐色固體；棕褐色固體溶于水，溶液呈黃色 FeCl3 氫氣在氯氣中燃燒 H2繼續(xù)燃燒，火焰蒼白色，在瓶口處生成大量白霧 HCl 歸納總結 Cl2的化學性質  ③Cl2跟水的反應 a．預測：Cl2能跟水反應 b．實驗設計 要點提示 注意此處空半格簡筆畫中，—、等表示導管，表示密閉容器，表示敞口容器，…… c．實驗記錄 實驗內容 實驗現(xiàn)象 結　論 氯水+Mg 生成氣體 氯水中含酸 氯水+石蕊溶液 先變紅后褪色 氯水中含酸，也含有漂白性物質 氯水+AgNO3溶液 生成白色沉淀 氯水中含有Cl- Cl2+干紅紙條 紅紙條不褪色 Cl2無漂白作用 Cl2+濕紅紙條 紅紙條褪色 氯氣和水的反應產物有漂白作用 歸納總結 注意此處空半格Cl2+H2OHCl+HClO，次氯酸（HClO）具有漂白作用、殺菌消毒作用。 ④新的預測：Cl2能跟水反應，則Cl2也能跟堿溶液反應。 2NaOH+Cl2══NaCl+NaClO+H2O NaClO+H2O+CO2══NaHCO3+HClO。 要點提示 注意此處空半格酸性：H2CO3＞HClO 3．了解化學科學的研究手段 （1）假說：是以已有事實材料和科學理論為依據(jù)，面對未知事實或規(guī)律所提出的一種推測性說明。 （2）模型：是以客觀事實為依據(jù)建立起來的對事物及其變化的一種簡化的模型。一般可分為兩類模型——直觀的物體模型和抽象的思維模型。 （3）一般的化學儀器：如試管、燒杯等，我們應該熟悉它們的構造特點、用途和使用方法等。 （4）先進的新型儀器：色譜儀、X射線儀、質譜儀、核磁共振儀等。 （5）計算機系統(tǒng)。 問題思路探究 問題1 實驗法研究物質性質分為哪幾種？ 思路:根據(jù)對物質的認知程度，實驗分為驗證性試驗和探究性試驗。 探究:實驗法有兩種情況：一是驗證性實驗——驗證對物質性質的預測；二是探究性實驗——探究物質的未知性質。實驗前，要明確實驗目的要求、實驗用品、實驗步驟，甚至可能的安全措施等；實驗中，仔細觀察現(xiàn)象并及時記錄；實驗后，認真分析結果，寫好實驗報告。 問題2 學會研究物質性質的方法和程序對我們有什么實際意義和重要性？ 思路:從化學的研究對象和化學對人類的發(fā)展需要上去認識實際意義和重要性。 探究:可以從兩個方面來看：一是從化學科學知識的內在聯(lián)系上看，因為化學科學的任務是研究物質的組成、結構、性質、反應、制備和應用，而組成、結構、性質、反應、制備和應用之間是有一定的內在聯(lián)系的。因此，研究物質的性質是化學科學的核心任務，也是我們學習掌握化學科學知識的關鍵。 二是從人類社會的需要上看：只有深入地研究物質的性質，才能更好地利用物質，改善人類的生存條件，提高人類的生存質量，走可持續(xù)發(fā)展之路。因此，學習化學科學的第一步就是要先學會研究物質性質的方法和程序，才能達到以上目的。 典題熱題新題 例1．用右圖所示的方法研究金屬鈉與水反應的性質，其中A是用帶孔的鋁箔包著的小鈉塊。 （1）用小刀切下一小塊鈉，能用小刀切割，說明金屬鈉的性質是_________。對切下的鈉塊要用濾紙吸（或擦）一下，這樣做的目的是_________。 （2）包裹鈉塊的鋁箔上要預先穿上足夠多的小孔，若小孔數(shù)量較少，可能出現(xiàn)的不良后果是_________________。假如在實驗剛開始時就將鑷子松開并拿出水面，會出現(xiàn)的現(xiàn)象是_________，原因是_________。 （3）根據(jù)預測，鈉與水反應的方程式是_________；可用一種酸堿指示劑證明該反應生成了氫氧化鈉，這種指示劑是_________；要證明生成氣體是氫氣，實驗方法是_________。 解析:本題考查鈉的一些基本性質，但形式較新，不是簡單地將性質羅列出來，還需要一定的綜合思考能力。金屬鈉硬度小，可以用刀切割，密度小于水，在水中會上浮，鈉化學性質活潑，易與O2、H2O反應，并放出大量熱。檢驗酸堿要用酸堿指示劑，但檢驗堿時最好用酚酞現(xiàn)象更明顯。檢驗氫氣的傳統(tǒng)方法是利用氫氣的易燃性，需注意的是氫氣密度小。 答案:（1）硬度小　除去鈉表面的煤油 （2）發(fā)生爆炸　浮到水面上并四處游動　鈉密度比水小，與水反應劇烈，生成H2 （3）2Na＋2H2══O2NaOH＋H2↑　酚酞試液　用試管收集后口向下靠近酒精燈火焰 深化升華 注意此處空半格根據(jù)現(xiàn)象推測物質的性質，根據(jù)性質可以推測試驗現(xiàn)象，根據(jù)金屬鈉的密度、硬度、熔點推測與水反應的現(xiàn)象。回憶試驗過程回答問題。 例2．已知反應2FeCl2+Cl2══2FeCl3?，F(xiàn)有鐵粉、氯氣、氧化鐵和鹽酸等四種物質，試用三種方法制取FeCl3（用化學方程式表示）。 （1）_______________________________________________________________________。 （2）_______________________________________________________________________。 （3）_______________________________________________________________________。 解析:鐵與氯氣反應生成氯化鐵（FeCl3），而鐵和鹽酸反應生成氯化亞鐵（FeCl2）。 答案:（1）2Fe+3Cl22FeCl3 （2）Fe2O3+6HCl══2FeCl3+3H2O （3）Fe+2HCl══FeCl2+H2↑，2FeCl2+Cl2══2FeCl3 深化升華 注意此處空半格首先了解物質的化學性質，凡是能夠生成該物質的反應，均可以認為是制備該物質的方法。但是，要注意比較原料、反應條件、污染、成本等，選擇合理的制備方案。 例3．某生應用下圖所示的方法研究物質的性質，其中氣體A的主要成分是氯氣，雜質是空氣和水蒸氣。 回答下列問題： （1）該項研究（實驗）的目的是_________________________________________________。 （2）濃H2SO4的作用是_______________________________________________________。 與研究目的直接相關的實驗現(xiàn)象是_____________________________________________。 （3）從物質的性質方面看，這套設計還存在隱患，事故表現(xiàn)是____________________。 請在圖中的虛線框內以圖的形式表明克服事故隱患的措施。 解析:Cl2本身無漂白性，Cl2能漂白是因為Cl2與水反應生成HClO；Cl2有毒，含有Cl2的尾氣要經(jīng)處理后才能排放，Cl2易與NaOH溶液反應，吸收尾氣一般用NaOH溶液。 答案:（1）比較Cl2與HClO的漂白性（或驗證HClO漂白性） （2）干燥Cl2氣體（或吸收A氣體中的水）B中布條不褪色，C中布條褪色 （3）Cl2污染空氣，使生物中毒 尾氣處理裝置如圖 深化升華 注意此處空半格對物質性質（Cl2）的驗證試驗，要注意其他物質（水）存在時的干擾，同時，對氯氣的污染環(huán)境提出治理方法（堿液吸收）。