1、高中化学研究物质性质的方法和程序学案7 鲁科版必修1第2节 研究物质性质的方法和程序俗话说，水火不相容。但你知道钠这样的活泼金属可以与水剧烈反应甚至在水上可以燃烧吗？2005年3月29日，京沪高速公路发生特大氯气泄露事故，多人伤亡，附近绿地全部枯黄，这是什么原因？翻落的氯槽罐被移至水池，进行碱液稀释中和，消除了危险源。你知道碱液为什么能消除氯气的危害吗？这就需要知道它们的性质，而研究物质性质是有方法的。我们用什么样的方法沿什么途径去研究才能更好更快的了解这些化学物质的性质呢？ 研习教材重难点研习点1研究物质性质的基本方法【思考提示】思考：在初中化学的学习中，你认识了哪些物质？你是通过什么方法来
2、研究它们的性质的？提示：物质研究它们的性质的主要方法物质研究它们的性质的主要方法氧气观察和实验法非金属（通性）分类、比较法氢气观察和实验法金属（通性）分类、比较法锌和铁观察和实验法酸（通性）分类、比较法盐酸观察和实验法 四种基本方法（1）观察法含义：是一种有计划、有目的地用感官考察研究对象的方法。内容：可以直接用肉眼观察物质的颜色、状态，用鼻子闻物质的气味，也可以借助一些仪器来进行观察，提高观察的灵敏度。人们既在观察过程中，不仅要用感官去搜集信息，还要积极地进行思考，及时储存和处理所搜集的信息。观察要有明确而具体的目的，要对观察到的现象进行分析和综合。（2）实验法含义：通过实验来验证对物质性质
3、的预测或探究物质未知的性质的方法。注意的问题：在进行实验时，必须注意实验安全。同时要注意控制温度、压强、溶液的浓度等条件，这是因为同样的反应物质在不同的条件下可能会发生不同的反应。实验的步骤：在进行研究物质性质的实验前，要明确实验的目的要求、实验用品和实验步骤等；实验中，要仔细研究实验现象，并做好实验记录；实验后，要写好实验报告，并对实验结果进行分析。（3）分类法在研究物质性质时，运用分类的方法，分门别类地对物质及其变化进行研究，可以总结出各类物质的通性和特性；反之，知道某物质的类别，我们就可推知该物质的一般性质。（4）比较法运用比较的方法，可以找出物质性质间的异同，认识物质性质间的内在联系，
4、对物质的性质进行归纳和概括。 案例：对金属钠的研究1、钠的物理性质软、亮、轻、低、导（软质软，硬度小；亮银白色金属光泽；轻密度小，比水轻；低熔点低；导可导电、导热）思考：你在研究钠的物理性质过程中用到什么样的方法？提示：“软”观察用小刀切割钠的实验；“亮”观察钠的断面；“轻”通过钠与水反应的实验，观察到钠浮在水面上；“低”通过钠与水的实验，观察到钠熔成小球或通过钠与氧气反应的实验，观察到加热时钠很快熔化；“导”首先通过分类法确定钠属于金属，然后根据金属的通性判断。2、钠的化学性质（1）与O2反应：常温：4NaO22Na2O (白色固体)；点燃或加热：2NaO2Na2O2 (淡黄色固体)；（2）
5、与Cl2反应：2NaCl22NaCl；（3）与水反应：2Na2H2O2NaOHH2思考：在钠与水反应的实验中，你能观察到什么现象？通过这些现象可以得出什么结论？如果钠粘在烧杯壁上，很快就燃烧起来，为什么？提示：现象结论或原因熔（溶化成小球）反应放热，钠的熔点低。浮（浮在水面上）钠的密度小。游（四处游动）产生的氢气不均匀，推动小球。鸣（发出嘶嘶的响声）产生的氢气冒出时发出声音红（滴入酚酞，溶液变红）产生了碱性物质。 钠与水反应过程中放出大量的热，如果钠粘在烧杯壁上，产生的热量不能及时的散发出去，引燃产生的氢气并使钠燃烧起来。（4）与酸反应：非常剧烈，以致爆炸；（5）与盐溶液反应：可认为是先与盐溶
6、液中的水反应，然后再发生复分解反应（其实质都是先于溶液中的H反应）。【领悟整合】一种单质如果属于金属单质，讨论其化学性质的一般思路是，一般能和非金属单质（O2、Cl2、S等）、水、酸、盐等反应以及其他特性等。钠在一定条件下可以与大部分非金属单质以及包括水在内的化合物反应，说明钠是一种极为活泼的金属。3、钠的存在与保存（1）元素在自然界的存在有两种形态：游离态：元素以单质形式存在；化合态：元素以化合物形式存在。钠的化学性质很活泼，在自然界里无游离态，只有化合态（NaCl、Na2CO3、Na2SO4、NaNO3等）（2）保存：因为常温下金属钠能跟空气中的氧气反应，还能跟水、水蒸气反应，所以金属钠保
7、存在煤油或石蜡油中，主要是为了隔绝空气和水。4、钠的用途（1）KNa合金用于原子反应堆作导热剂。（2）制备Na2O2。（3）做电光源：高压钠灯。（4）冶炼稀有金属。【联想发散】Na2O和 Na2O2：Na2O属于碱性氧化物，可以与酸、酸性氧化物、水反应。如：Na2OH2O2NaOH；Na2O2属于过氧化物，也可以与酸、酸性氧化物、水等物质反应，所不同的是，在这些反应中一般有氧气生成：2Na2O22H2O4NaOHO2，2Na2O22CO22Na2CO3O2；Na2O2可用与潜艇或宇宙飞船中的供氧剂。典例1： 一元硬币的外观有银白色的金属光泽，一些同学认为它可能是铁制成的。在讨论时，有同学提出：
8、“我们可以先拿磁铁来吸一下”。就“拿磁铁来吸一下”这一过程而言，属于科学探究中的A实验 B比较 C观察 D分类研析： 以上四种方法均属我们在科学探究中常用的、重要的方法。我们不仅要理解它们概念的内涵和外延，更重要的是要在科学探究中灵活的应用它们。其中实验法是通过实验来验证对物质性质的预测或探究物质未知的性质的方法。显然，“拿磁铁来吸一下”这一过程属于实验。答案： A典例2：将同样大小的金属钠，分别投入到MgCl2溶液、饱和NaCl溶液中，各发生什么现象?在上述过程中用到了什么研究物质性质的方法？研析：该题旨在培养学生完整描述实验现象的能力和对知识的归纳能力.金属钠分别投入到上述三种盐溶液中，首
9、先与水反应：2Na + 2H2O2NaOH + H2，在中又发生了反应MgCl2 + 2NaOHMg(OH)2+ 2NaCl；在中Na+浓度增大，而水的量减少，故有NaCl晶体析出。答案：在三种溶液中的共同现象是：钠浮在液面上，熔成小球，迅速游动，并发出“咝咝的声音，最后消失；不同之处是：中有白色沉淀，中溶液变浑浊。用到的方法有：实验法，观察法、比较法。研习点2研究物质性质的基本程序 基本程序首先，要观察物质的外观性质（包括物质的存在状态、颜色气味等）；第二、要对物质的性质进行预测；第三、设计并实施实验来验证所做的预测。通过对实验现象的观察和分析，归纳出与预测相一致的性质，并对实验中所出现的特
10、殊现象进行进一步的研究；第四、对实验现象进行分析、综合、推论，概括出物质的通性及特性。 案例：氯气1、Cl2的物理性质在通常情况下，氯气为黄绿色气体，有刺激性气味的有毒气体.易液化，能溶于水(12)，氯水颜色呈淡黄色。闻Cl2时：应距Cl2一尺左右，用手轻轻扇一下集气瓶口上方空气，让少量的Cl2进入鼻孔。2、Cl2的化学性质（1）与金属反应2Na + Cl22NaCl(白烟)； Cu + Cl2 CuCl2(棕黄色烟，加少量水显绿色，冲稀后变蓝色)；2Fe + 3Cl2 2FeCl3(棕红色烟，加少量水显棕黄色)（2）与非金属反应H2 + Cl22HCl(白雾)。纯净的H2可在Cl2中燃烧，发
11、出苍白色火焰。HCl（溶解度1500）溶于水成为盐酸.【知识链接】化学现象中的烟、雾、气烟：大量细小固体颗粒分散在气体中的现象。例：Cu在Cl2中燃烧生成(CuCl2)棕黄色烟。雾：大量细小液滴分散在气体中。例如HCl气体在空气中遇水蒸气生成的雾(盐酸小液滴)。气：是指气态物质。若气体无色，则肉眼看不到，气体有色才能观察到。（3）与水反应： Cl2 + H2O HCl + HClO说明：氯气的水溶液称为氯水，由于氯气不是简单的溶于水，而是与水反应，氯水的成分和性质较为复杂。氯水的主要成分有氯气、盐酸、次氯酸等，氯水也兼具有这几种物质的性质。如次氯酸具有漂白性，氯水也具有漂白性。（4）与碱反应：
12、 Cl2 + 2NaOH NaClO + NaCl + H2O（该反应可用于Cl2的尾气处理）；工业上用Cl2与石灰乳作用制漂白粉： 2Cl2 + 2Ca(OH)2 CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O（5）与盐溶液的置换反应：Cl2 + 2NaI 2NaCl + I2（该反应常用作Cl2的检验）； Cl2 + 2NaBr 2NaCl + Br2【启发引申】变价金属与Cl2反应时一般显高价。广义的燃烧：任何发光，发热的剧烈化学反应都可以叫燃烧。Cl2与碱的反应可认为Cl2先于水反应，生成HCl和HClO，HCl和HClO再与碱反应生成NaCl和NaClO 。漂白粉的漂白原理：Ca(C
13、lO)2 + H2O + CO2 CaCO3 + 2HClO；起漂白杀菌作用的是HClO。该反应也说明了碳酸（CO2 + H2O）的酸性强于次氯酸，反应原理是强酸制取弱酸。 化学探究过程中的模型与假说通过观察和实验认识了物质的性质后，人们往往要探究产生相关性质的原因，这就是要涉及物质结构方面的问题。这些问题仅通过一般实验是无法解决的，还需要利用模型、假说等方法进行有关研究。（1）关于模型：模型（model）是以客观事实为依据建立起来的，是对事物及其变化的简化模拟。模型一般可分为物体模型和思维模型两大类。（2）关于假说：假说（hypothesis）是以已有事实材料和科学理论为依据，面对未知事实或
14、规律所提出的一种推测性说明。假说提出后需得到实践的证实，才能成为科学理论。【领悟整合】研究物质性质的一般程序为：观察预测实验和观察解释及结论。但一定要注意，该程序并不是一成不变的，同学们一定要根据实际研究的需要灵活应用。通过研究，我们知道钠是一种非常活泼的金属、氯气是一种非常活泼的非金属。至于金属钠和氢气各是由什么微粒构成的？这些微粒各有什么特点？它们与金属钠或氯气的性质有什么关系？这就要用到模型、假说等方法进行研究。典例3：氯水中含有多种成分。将紫色石蕊试液滴入石蕊中，溶液显红色，起作用的成分是_；过一会儿，溶液的颜色逐渐褪去，起作用的成分是_。往氯水中滴入硝酸银溶液，产生白色沉淀，起作用的
15、成分是_。氯水能使淀粉碘化钾试纸变蓝，起作用的主要成分是_。研析：氯水中含有水、氯气、盐酸、次氯酸等多种成分。在一般情况下，认为是溶液中氯分子的性质，比如说，氯水能使淀粉碘化钾试纸变蓝，起作用的主要成分是Cl2。但由于新制的氯水中含Cl2、H2O、HClO等分子和H+、Cl-、ClO-、OH-等离子，其性质比较复杂，除了强氧化性外还具有以下性质：酸性（H+）、漂白性（HClO）、与硝酸银溶液反应（Cl-）等。答案：H+； HClO； Cl； Cl2典例4：某课外活动小组研究金属钾的性质。他们首先通过分析钾与钠的原子结构式意图及查阅有关资料，知道钾与钠属于同一类物质，在性质上有许多相似之处。但在
16、金属活动顺序表中，钾排在钠的前面，钾在空气中燃烧的产物是超氧化钾（KO2）。完成下列问题：（1）钾的原子核外有19个电子，画出钾的原子结构式意图_。（2）预测钾的化学性质，完成下列反应的化学方程式，并进行实验验证钾在氯气中燃烧_。点燃钾剧烈燃烧_。将小块钾投入冷水中_。（3）推测钾在自然界中的存在方式是_（填“游离态”或“化合态”）。（4）该小组研究钾的性质时用到了哪些主要方法：_。他们是按照怎样的程序来研究金属钾的性质的： 。研析：本题是以K、Na的性质为背景，实际重点考查的是对研究物质性质方法和程序的掌握情况。本章已经教详细地学习了Na的性质，而同学们对K的知识比较陌生，这就需要根据钠的性
17、质来预测。首先观察钾的外观性质，并查阅有关资料后，知道钾与钠属于同一类物质（用了分类的观点），得知它们在结构和性质上有许多相似之处。预测后，用实验法来验证自己的想法，在实验中用观察法来推测产物，最后，通过比较、分析、综合，得出结论。答案：（1）（2）2K + Cl22KCl K + O2KO2 2K + 2H2O 2KOH + H2（3）化合态（4）比较法 观察法 实验法 分类法观察钾的外观性质预测钾的化学性质实验与观察分析、解释、整合、结论 探究解题新思路 基础思维探究题型一、钠的有关知识典例1：下列关于钠的叙述中，正确的是A钠在自然界中存在游离态 B钠是一种灰色的固体C钠可以保存在煤油中
18、D钠着火时可以用沙土扑灭研析：钠是一种非常活泼的金属，易跟空气中的氧气以及水发生反应，所以自然界中没有游离态的钠。钠是银白色固体，因被氧化成氧化钠而呈现出灰色，灰色不是金属钠的颜色。钠与煤油不反应，并且钠的密度比煤油大，将钠保存在煤油中可以避免空气及水与钠接触。钠着火时比较好的灭火方法是采用沙土盖灭。答案：D总结提升：本题考查的知识点是钠的存在及单质的颜色、状态和化学性质。解题时要抓住钠易被氧化这一典型性质，从活动性上推测其存在、保存方法、在空气中的通常颜色及着火时的灭火方法。解题时认为颜色是物理性质，容易错把钠块表面常见的灰白色当成金属的颜色。拓展变式1在烧杯中加入水和苯（密度：0.88 g
19、/cm3）各50 mL，将一小粒金属钠（密度：0.97 g/cm3）投入烧杯中，观察到的现象可能是A钠在水层中反应并四处游动B钠停留在苯层中不发生反应C钠在苯的液面上反应并四处游动D钠在苯与水的界面处反应并可能作上、下跳动1研析：此题考查的面很广，首先是苯与水互不溶解，还有钠的密度处于苯和水之间，钠能与水中的氢反应而不与苯中的氢反应。另外钠与水反应放出的氢气使钠在苯与水的界面处反应并可能作上、下跳动。答案：D题型二、氯气的性质典例2：常用氯气给自来水消毒。某学生用自来水配制下列物质的溶液，不会产生明显药品变质的是A石蕊 B硝酸银C氢氧化钠 D氯化铝研析： Cl2溶于水会部分发生下列反应：Cl2
20、H2OHClHClOHClO可使石蕊氧化褪色；HCl跟AgNO3反应：AgNO3HClAgClHNO3；Cl2可以与氢氧化钠反应：Cl22NaOHNaClNaClOH2O；Cl2不跟AlCl3反应 答案：D拓展变式2下列常用的干燥剂中，不能干燥氯气的是A浓H2SO4 B碱石灰C五氧化二磷 D无水氯化钙2研析：干燥剂选择的2个条件，一是要有较强的吸水性，第二干燥剂不能和被干燥的物质发生任何化学反应四个选项中B碱石灰会跟Cl2反应，故不能干燥Cl2答案： B题型三、有关钠及其化合物的简单计算典例3：2.3g钠在干燥的空气中与氧气反应，可得3.5g固体，据此可判断其产物为A. 只有Na2O2 B.
21、只有Na2O C. Na2O和 Na2O2 D. 无法确定研析：金属钠和氧气反应可生成Na2O或Na2O2 ，此题用“极限法”：若2.3g钠全部反应生成Na2O ，由反应4Na + O2 = 2Na2O 可得生成Na2O的质量为3.1g；若2.3g钠全部反应生成Na2O2，由反应2Na + O2 = Na2O2 可得生成Na2O2的质量为3.9g；现产物为3.5g，介于3.1g和3.5g之间，故为Na2O和Na2O2的混合物。答案：C方法导引：极限法是一种重要的思维方法，也是我们在解答该类题目时常用的一种方法。极限法解题要特别注意使用的范围。一般是存在两种反应的“可能性”，通过计算或推断确定一
22、个范围，然后结合题意得到最终答案。拓展变式3在甲、乙、丙、丁四个烧杯内分别放入0.1mol的钠、氧化钠、过氧化钠和氢氧化钠，然后各加入100mL水，搅拌，使固体完全溶解，则甲、乙、丙、丁的溶液的质量分数大小顺序是A甲乙丙丁 B丁甲乙丙C甲丁乙丙 D丁甲乙丙3研析：此题要求熟练掌握几个反应：甲：2Na+2H2O 2NaOH+H2乙：Na2O+H2O 2NaOH丙：2Na2O2+2H2O 4NaOH+O2则其质量分数分别为：甲： 乙：丙： 丁：答案：B。 综合思维探究题型一、学科内综合题典例4：用滴管将新制的饱和氯水慢慢滴入含酚酞的NaOH稀溶液中当滴到最后一滴时红色突然褪去试回答下列问题： （1
23、）实验室保存饱和氯水的方法是 。（2）产生上述现象的原因可能有两种（简要文字说明）： 是由于 ；是由于 。简述怎样用实验证明红色褪去的原因是或者？研析：能使变红的酚酞褪色的原因是溶液碱性减弱（中和碱性）或过量氯气与水反应产生的HClO将变红的酚酞漂白。若要设计实验证明褪色的可能原因，最简便的方法就是在褪色后溶液中再滴加NaOH溶液，若不再出现红色，说明是HClO漂白作用的结果；若再出现红色，说明是氯水与NaOH反应，碱性减弱的原因。答案： （1）在阴凉处置于棕色试剂瓶中密封保存。（2）次氯酸将酚酞漂白；氯水与氢氧化钠反应碱性消失；向褪色后的溶液里再加入氢氧化钠，若变红，说明是原因，否则是原因。
24、友情提醒：此题涉及知识点多、问题灵活，且有一定的开放性，要求学生基础扎实、思维敏感、勇于突破，当然要遵循由浅到深、由此及彼的思维顺序。拓展变式4一小块钠置于空气中，有下列现象：变成白色粉末，变暗，变成白色固体，变成液体，上述现象出现的先后顺序是 A BC D4研析：现象的本质是发生了什么变化，有什么样的变化就应该有什么样的现象相对应，钠置于空气中发生的变化如下：NaNa2ONaOHNa2CO310H2ONa2CO3，故本题选B。答案：B题型二、实际应用题 典例5：2005年3月29日，京沪高速公路发生特大氯气泄露事故，多人伤亡，附近绿地全部枯黄。翻落的氯槽罐被移至水池，用某种物质进行处理，消除
25、了危险源，这种物质最好是 。附近居民为防止吸入氯气而引起中毒，常用浸透某种物质的毛巾捂住口鼻，这种物质可能是 。ANa2CO3 BNaOH CNa2O2 DHClO研析：碳酸钠能跟氯水中的成分H+直接反应且生成无害的物质，次氯酸也不断地分解了。由于HCl、HClO不断反应而减少，也促使氯气不断反应掉了。这样就可以把氯气引起的中毒问题解决了。氯气可以与烧碱迅速反应，因而实验室中氯气制备的尾气吸收所选用的就是氢氧化钠溶液。在本题的情景下，如果处理水池中的氯气，显然用烧碱吸收效果要好一些，但第二问选用腐蚀性很强的强碱氢氧化钠溶液显然是不合适的，同时考虑到家庭中一般有Na2CO3这个实际情况，应选Na
26、2CO3比较合适。答案：B；A。误点警示：本题容易将Na2CO3 与NaOH混淆，错误选择的原因主要是不能全面应用所学知识结合问题情景进行正确的判断。同样是吸收氯气，同样能吸收氯气，到底选哪种好呢？这就需要我们把问题的实际情况分析清楚，结合实际情况拿出切实可行的方案。这就要求我们对物质的性质了解清楚，并且对知识的应用要灵活把知识学活、用活!拓展变式5用自来水养鱼时，通常先将自来水晒一段时间后再注入鱼缸，目的是A提高水温 B增加水中氯气的含量C除去水中少量的次氯酸 D用紫外线杀死水中的细菌5研析：自来水用Cl2消毒，实际起作用的是HClO，HClO强氧化作用，对鱼也有伤害，而HClO见光分解，2
27、HClO2HCl+O2,即日晒自来水可除去水中HClO。答案：C题型三、思维转换题典例6：将7.2 g CO和H2的混合气体与足量O2充分燃烧后，立即通入足量的Na2O2固体中，固体的质量增加A2.1 g B3.6 gC7.2 g D无法确定研析：题中整个过程发生四个反应。2H2O22H2O 2H2O2Na2O24NaOHO22COO22CO2 2CO22Na2O22Na2CO3O2由、叠加得2H22Na2O24NaOH，由、叠加得2CO2Na2O22Na2CO3，由叠加方程式不难看出，Na2O2将全部的CO和H2吸收，因此增重的质量为CO与H2的质量之和。答案：C启发引申：本题牵扯到的反应都
28、非常重要，也比较简单。但若按常规思路，仔细分析，很难找到解题思路，就会错选D答案。相反，此题利用“方程叠加法”非常简便，结果就一目了然了。拓展变式6有8 g Na2O2、Na2O、Na2CO3、NaOH的混合物与200 g质量分数为3.65%的盐酸恰好反应，蒸干溶液，最终得固体质量为A8 g B15.5 g C11.7 g D无法计算6研析：如果用方程组解法至少要用三个未知数，但只能列出一个方程，无法解答。如果从化学角度去考虑问题，根据反应物与反应产物(NaCl)的分析，依据氯元素的守恒，可以较快地求出结果。这种只看结果不看过程的思维方式便是整体思维。答案：C题型四、实验操作题典例7：现有一定
29、量含有Na2O杂质的Na2O2试样。请从下图中选用适当的实验装置，设计一个最简单的实验，测定Na2O2试样的纯度（可供选用的反应物只有CaCO3固体，6 molL1盐酸和蒸馏水）。请填写下列空白：（1）写出在实验中Na2O2和Na2O分别发生反应的化学方程式： ， 。（2）应选用的装置是（只要求写出图中装置的标号） 。（3）所选用装置的连接顺序应是（填各接口的字母；连接胶管省略） 。研析：根据已学过的知识和试题给出的实验条件，测定Na2O2试样的纯度的实验可以通过以下的途径来实现：途径1：一定量的样品与足量的蒸馏水反应。Na2O与水反应但不产生O2，Na2O2与水反应有O2产生。测量得到的氧气的体积，结合试样质量和有关化学方程式，计算Na2O2的质量和含量。途径2：一定量的样品与足量的CO2反应，除去未参加反应的CO2以后，用量度气体体积的装置测生成的O2的体积，再经试样质量和有关化学方程式，计算Na2O2的质量和含量。途径3：一定量的样品与足量的6 molL1盐酸反应。NaO与水反应但不产生O2，Na2O2与水反应有O2产生。测量得到的氧气的体积，结合试样质量和有关化学方程式，计算NaO的质量和含量。根据试题提供的仪器和药品，若运用途径1，需使用装
