高中化学《研究物质性质的方法和程序》学案7鲁科版必修

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？❶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：在化学的学习中，你认识了哪些物质？你是通过什么方法来研究它们的性质的？提示：●四种基本方法（1）观察法①含义：是一种有计划、有目的地用感官考察研究对象的方法。

②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①含义：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。

②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。

③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，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：4Na＋O2＝2Na2O (白色固体)；点燃或加热：2Na＋O2点燃Na2O2(淡黄色固体)；（2）与Cl2反应：2Na＋Cl 点燃NaCl；（3）与水反应：2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑思考：①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？②如果钠粘在烧杯壁上，很快就燃烧起来，为什么？提示：①②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）K—Na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：Na2O＋H2O＝2NaOH；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：2Na2O2＋2H2O＝4NaOH＋O2↑，2Na2O2＋2CO2＝2Na2CO3＋O2↑；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：“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①MgCl2溶液、①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，首先与水反应：2Na + 2H2O＝2NaOH + H2↑，在①中又发生了反应MgCl2 + 2NaOH＝Mg(OH)2↓+ 2NaCl；在①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：①中有白色沉淀，①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(1∶2)，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 + Cl 点燃NaCl(白烟)； Cu + Cl2点燃CuCl2(棕黄色烟，加少量水显绿色，冲稀后变蓝色)；2Fe + 3Cl2点燃2FeCl3(棕红色烟，加少量水显棕黄色)（2）与非金属反应H2 + Cl 点燃HCl(白雾)。

纯净的H2可在Cl2中燃烧，发出苍白色火焰。

HCl（溶解度1∶500）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： 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】①变价金属与Cl2反应时一般显高价。

②广义的燃烧：任何发光，发热的剧烈化学反应都可以叫燃烧。

③Cl2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 。

④漂白粉的漂白原理：Ca(ClO)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。