第2節(jié) 研究物質(zhì)性質(zhì)的方法和程序 庖丁巧解牛 知識巧學(xué)升華 一、研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法 1．研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法 研究物質(zhì)性質(zhì)常用的基本方法有觀察、實(shí)驗(yàn)、分類、比較等。一般是多種方法并用，但每種方法的使用關(guān)鍵和目的不同。 （1）觀察法：觀察 觀察法是一種有計(jì)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(jìn)行分析和綜合，得出結(jié)論。 （2）實(shí)驗(yàn)法：實(shí)驗(yàn)法是人為地再現(xiàn)物質(zhì)性質(zhì)的過程。 （3）分類法：分類法主要是對物質(zhì)及變化進(jìn)行分類研究，可以得到各類物質(zhì)的通性和特性。 （4）比較法：比較法是將研究對象和與之相關(guān)聯(lián)的其他已知性質(zhì)的物質(zhì)進(jìn)行比較研究。 2．金屬鈉的物理性質(zhì)及鈉與水的反應(yīng) （1）金屬鈉的物理性質(zhì) 狀　態(tài) 顏　色 密度相對大小 熔點(diǎn)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(diǎn)低 （2）金屬鈉跟水的反應(yīng) 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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)生成了堿 點(diǎn)燃試管內(nèi)氣體，聽到尖銳的爆鳴聲（或輕微的響聲） 說明鈉與水反應(yīng)，生成了可燃性氣體 要點(diǎn)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(yùn)動；耳聽鈉與水的反應(yīng)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(qiáng)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(yīng)的化學(xué)方程式為：2Na+2H2O2NaOH+H2↑ 3．金屬鈉與氧氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)1：切好的金屬鈉放置在空氣中。 實(shí)驗(yàn)2：將金屬鈉放在石棉網(wǎng)上加熱。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 結(jié)　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(chǎn)生黃色火焰，生成淡黃色固體 生成Na2O2 4．鈉的性質(zhì)和用途 外觀物理性質(zhì)（新切開） 銀白色、不透明、固體 其他物理性質(zhì) 熔點(diǎn)低、密度?。ū人?，比煤油大）、硬度小、導(dǎo)電、導(dǎo)熱 化學(xué)性質(zhì) 與O2反應(yīng) 常溫：4Na+O2══2Na2O 加熱：2Na+O2Na2O2 與Cl2反應(yīng) 2Na+Cl22NaCl 與H2O反應(yīng) 2Na+2H2O══2NaOH+H2↑ 與稀H2SO4反應(yīng) 2Na+H2SO4══Na2SO4+H2↑ 與CuSO4溶液反應(yīng) 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(zhì) 性　質(zhì) 相同點(diǎn) 不同點(diǎn) 物理性質(zhì) 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(diǎn)不同：Fe＞Na 化學(xué)性質(zhì) 都能跟O2等非金屬反應(yīng)，都能置換出酸中的氫 Na跟水反應(yīng)劇烈，F(xiàn)e跟水不反應(yīng) 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(yīng)；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(zhì)性質(zhì)的基本程序 1．研究物質(zhì)性質(zhì)的基本程序 第一步，觀察物質(zhì)的外觀性質(zhì)。了解物質(zhì)的狀態(tài)、顏色、氣味等。 第二步，預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)。運(yùn)用分類的方法，根據(jù)物質(zhì)所屬類別或有關(guān)反應(yīng)規(guī)律預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)。 第三步，實(shí)驗(yàn)和觀察。根據(jù)預(yù)測進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等；如果出現(xiàn)預(yù)測之外的特殊現(xiàn)象，則需要進(jìn)一步分析，提出新的問題和作出新的預(yù)測，并再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和觀察，驗(yàn)證新的預(yù)測。 第四步，解釋和結(jié)論。需要對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析、綜合、推論，概括出結(jié)論，一般運(yùn)用比較的方法歸納出物質(zhì)的通性及特性。 第五步，整合實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 聞氯氣的方法 2．案例：研究氯氣的性質(zhì) （1）Cl2的用途：制造鹽酸、有機(jī)溶劑和殺菌消毒劑。 （2）氯氣的物理性質(zhì) 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(yù)測物質(zhì)的性質(zhì) ①預(yù)測Cl2的化學(xué)性質(zhì)：能跟金屬（如Na、Fe、Cu等）反應(yīng)，能跟非金屬（如H2、C、P等）反應(yīng)。 ②實(shí)驗(yàn)記錄： 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 生成物 鐵絲在氯氣中燃燒 細(xì)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(jié) Cl2的化學(xué)性質(zhì)  ③Cl2跟水的反應(yīng) a．預(yù)測：Cl2能跟水反應(yīng) b．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 要點(diǎn)提示 注意此處空半格簡筆畫中，—、等表示導(dǎo)管，表示密閉容器，表示敞口容器，…… c．實(shí)驗(yàn)記錄 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 結(jié)　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(zhì) 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(yīng)產(chǎn)物有漂白作用 歸納總結(jié) 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(yù)測：Cl2能跟水反應(yīng)，則Cl2也能跟堿溶液反應(yīng)。 2NaOH+Cl2══NaCl+NaClO+H2O NaClO+H2O+CO2══NaHCO3+HClO。 要點(diǎn)提示 注意此處空半格酸性：H2CO3＞HClO 3．了解化學(xué)科學(xué)的研究手段 （1）假說：是以已有事實(shí)材料和科學(xué)理論為依據(jù)，面對未知事實(shí)或規(guī)律所提出的一種推測性說明。 （2）模型：是以客觀事實(shí)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(xué)儀器：如試管、燒杯等，我們應(yīng)該熟悉它們的構(gòu)造特點(diǎn)、用途和使用方法等。 （4）先進(jìn)的新型儀器：色譜儀、X射線儀、質(zhì)譜儀、核磁共振儀等。 （5）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 問題思路探究 問題1 實(shí)驗(yàn)法研究物質(zhì)性質(zhì)分為哪幾種？ 思路:根據(jù)對物質(zhì)的認(rèn)知程度，實(shí)驗(yàn)分為驗(yàn)證性試驗(yàn)和探究性試驗(yàn)。 探究:實(shí)驗(yàn)法有兩種情況：一是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)——驗(yàn)證對物質(zhì)性質(zhì)的預(yù)測；二是探究性實(shí)驗(yàn)——探究物質(zhì)的未知性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)前，要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蟆?shí)驗(yàn)用品、實(shí)驗(yàn)步驟，甚至可能的安全措施等；實(shí)驗(yàn)中，仔細(xì)觀察現(xiàn)象并及時記錄；實(shí)驗(yàn)后，認(rèn)真分析結(jié)果，寫好實(shí)驗(yàn)報告。 問題2 學(xué)會研究物質(zhì)性質(zhì)的方法和程序?qū)ξ覀冇惺裁磳?shí)際意義和重要性？ 思路:從化學(xué)的研究對象和化學(xué)對人類的發(fā)展需要上去認(rèn)識實(shí)際意義和重要性。 探究:可以從兩個方面來看：一是從化學(xué)科學(xué)知識的內(nèi)在聯(lián)系上看，因?yàn)榛瘜W(xué)科學(xué)的任務(wù)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、反應(yīng)、制備和應(yīng)用，而組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、反應(yīng)、制備和應(yīng)用之間是有一定的內(nèi)在聯(lián)系的。因此，研究物質(zhì)的性質(zhì)是化學(xué)科學(xué)的核心任務(wù)，也是我們學(xué)習(xí)掌握化學(xué)科學(xué)知識的關(guān)鍵。 二是從人類社會的需要上看：只有深入地研究物質(zhì)的性質(zhì)，才能更好地利用物質(zhì)，改善人類的生存條件，提高人類的生存質(zhì)量，走可持續(xù)發(fā)展之路。因此，學(xué)習(xí)化學(xué)科學(xué)的第一步就是要先學(xué)會研究物質(zhì)性質(zhì)的方法和程序，才能達(dá)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(yīng)的性質(zhì)，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(zhì)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(yù)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(shí)驗(yàn)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(yù)測，鈉與水反應(yīng)的方程式是_________；可用一種酸堿指示劑證明該反應(yīng)生成了氫氧化鈉，這種指示劑是_________；要證明生成氣體是氫氣，實(shí)驗(yàn)方法是_________。 解析:本題考查鈉的一些基本性質(zhì)，但形式較新，不是簡單地將性質(zhì)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(xué)性質(zhì)活潑，易與O2、H2O反應(yīng)，并放出大量熱。檢驗(yàn)酸堿要用酸堿指示劑，但檢驗(yàn)堿時最好用酚酞現(xiàn)象更明顯。檢驗(yàn)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(yīng)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(zhì)的性質(zhì)，根據(jù)性質(zhì)可以推測試驗(yàn)現(xiàn)象，根據(jù)金屬鈉的密度、硬度、熔點(diǎn)推測與水反應(yīng)的現(xiàn)象?；貞浽囼?yàn)過程回答問題。 例2．已知反應(yīng)2FeCl2+Cl2══2FeCl3?，F(xiàn)有鐵粉、氯氣、氧化鐵和鹽酸等四種物質(zhì)，試用三種方法制取FeCl3（用化學(xué)方程式表示）。 （1）_______________________________________________________________________。 （2）_______________________________________________________________________。 （3）_______________________________________________________________________。 解析:鐵與氯氣反應(yīng)生成氯化鐵（FeCl3），而鐵和鹽酸反應(yīng)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(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，凡是能夠生成該物質(zhì)的反應(yīng)，均可以認(rèn)為是制備該物質(zhì)的方法。但是，要注意比較原料、反應(yīng)條件、污染、成本等，選擇合理的制備方案。 例3．某生應(yīng)用下圖所示的方法研究物質(zhì)的性質(zhì)，其中氣體A的主要成分是氯氣，雜質(zhì)是空氣和水蒸氣。 回答下列問題： （1）該項(xiàng)研究（實(shí)驗(yàn)）的目的是_________________________________________________。 （2）濃H2SO4的作用是_______________________________________________________。 與研究目的直接相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是_____________________________________________。 （3）從物質(zhì)的性質(zhì)方面看，這套設(shè)計(jì)還存在隱患，事故表現(xiàn)是____________________。 請?jiān)趫D中的虛線框內(nèi)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?yàn)镃l2與水反應(yīng)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(yīng)，吸收尾氣一般用NaOH溶液。 答案:（1）比較Cl2與HClO的漂白性（或驗(yàn)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(zhì)性質(zhì)（Cl2）的驗(yàn)證試驗(yàn)，要注意其他物質(zhì)（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）。