高中化学 第一章 认识化学科学 第2节 研究物质性质的方法和程序学案 鲁科版必修11．研究物质性质的基本方法(1)观察法：观察是一种有计划、有目的地用感官考察研究对象的方法人们既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，从而提高观察的灵敏度在观察过程中，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观察时一定要注意：不能用手直接接触化学药品；严禁用嘴品尝化学药品的味道；闻气体的气味时要用手轻轻在容器上方扇动，仅使少量气体飘进鼻孔，如图所示2)实验法：为了检验某种科学理论或假设而进行的某种操作或从事某种活动，在研究物质性质时，可以通过实验来验证对物质性质的预测和探究物质未知的性质实验时应注意：①实验是人为的再现物质变化的过程因此，进行实验要有目的地控制物质变化的温度、压强、溶剂、浓度等外界条件，这是因为同样的物质在不同条件下反应，可能会生成不同的物质②在进行实验之前，要明确实验目的要求、实验原理、实验用品、安全保障措施和实验步骤等③实验中要仔细观察实验现象，并实事求是地做好实验记录。
④实验后要写好实验报告，并对实验结果进行客观、深入地分析3)分类法：分类即根据事物的特点对不同的事物分别归类，并且形成具有一定属性关系的不同等级系统的逻辑关系运用分类法研究物质的性质，不仅能使有关化学物质及其变化的知识系统化，还可以通过分门别类的研究，发现物质及其变化规律，分类的方法一般有单一分类法、交叉分类法、树状分类法等4)比较法：比较，即就两种或两种以上同类的事物辨别异同或高低，比较又可叫做对比或对照这里主要站在研究物质性质的角度，讨论对物质性质进行比较的问题在探究物质的性质时，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．分类解析：A、B、C、D四项均属于我们在科学探究中常用的重要方法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性质的方法显然，“拿磁铁来吸一下”这一过程属于实验法答案：A2．钠的性质(1)钠的物理性质实验探究：探究钠的物理性质实验目的：认识金属钠的状态、颜色、熔点、硬度、密度等物理性质。
实验用品：镊子、滤纸、小刀、玻璃片、金属钠实验步骤：用干燥的镊子将金属钠从试剂瓶中取出，先观察其状态和外表现象，再用滤纸吸干表面上的煤油，在干燥的玻璃片上用干燥的小刀切下一小块(另一块要立即放回原瓶)，持续观察金属钠切面的现象及其变化观察结束后，将钠放回试剂瓶分析现象发生的原因实验记录及结论：状态固态颜色保存在试剂瓶内的钠表面呈暗灰色，新切开的钠呈银白色，有金属光泽硬度硬度很小，用小刀就容易切开密度密度很小，在水中浮在水面上熔点熔点较低，在与水作用时就熔化了谈重点 特殊物质——钠的取用(1)工具 镊子、滤纸和小刀钠具有强腐蚀性，取用钠时应用镊子，不能用手直接接触待用的钠要用滤纸吸净表面的煤油，用小刀切下2)回收 取出来的未用完的钠要及时放回试剂瓶，一般药品不能这样操作3)大小 因钠的性质活泼，与水反应剧烈，所以做实验时取用的钠粒一般为黄豆粒大小4)防火 吸过煤油的滤纸不能乱丢，也不能放到废纸篓内，以防引起火灾2)钠的化学性质化学性质是研究各种物质性质的重点，也是研究物质制备、用途、保存的基础，因此，对于重要的单质或者化合物的化学性质必须熟练掌握金属单质的化学性质通常包括与非金属单质、水、酸、盐等的反应。
在此主要运用实验法与观察法来探究钠与水的反应和钠与氧气的反应两个重要的化学性质实验一：钠与水的反应①实验原理：钠是很活泼的金属，能与水发生化学反应②实验步骤：向培养皿中加适量水，滴入1～2滴酚酞溶液，用镊子将金属钠从试剂瓶中取出，再用滤纸吸干其表面上的煤油，在干燥的玻璃片上用小刀切下一小块金属钠(黄豆粒大小)，注意，另一块要立即放回原瓶，将切好的钠投入到培养皿的水中，观察现象③实验现象及原因分析实验现象原因分析钠粒浮在水面上钠比水密度小钠熔化成闪亮的小球钠的熔点很低，与水反应放出热量钠球在水面上快速地四处游动钠与水发生化学反应生成气体钠球逐渐变小并最终消失钠与水反应钠在与水作用的同时发出了“嘶嘶”的响声气体与水发生剧烈碰撞培养皿内的液体变成了红色钠与水发生化学反应生成了碱，使酚酞溶液变红说明：钠与水反应现象可简单地记为：浮、熔、游、响、红④实验结论：通过实验可明确判断出钠与水反应生成NaOH和H2化学反应方程式为2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑例2－1】 在烧杯中加入水和苯(密度为0.88 g·cm－3)各50 mL，将一小粒金属钠(密度为0.97 g·cm－3)投入烧杯中观察到的现象可能是(说明：苯是一种类似汽油的油状液体，与水互不相溶)( )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作上下跳动解析：苯与水互不相溶，且苯比水密度小，则苯与水分层并且苯在上层，两层液体间有一个界面。
钠比水密度小、比苯密度大，由浮力原理可知，呈固态的钠粒一定是处在苯与水的界面处钠与苯不发生反应，在两种液体的界面处跟水反应生成氢气氢气不溶于水和苯，包围在钠粒周围的氢气使钠粒受的浮力增大而上浮在钠粒上浮的过程中氢气脱离钠粒逸出液面，钠粒在重力的作用下又下落到了两液体的界面处这种现象重复出现，直至钠粒完全消失为止答案：D实验二：钠与氧气的反应①实验目的a．探究金属钠与氧气的反应b．认识条件控制在实验研究中的意义②实验原理：钠是很活泼的金属，易跟氧气化合生成氧化物知识储备：钠的氧化物包括氧化钠(Na2O)和过氧化钠(Na2O2)两种通常，前者是白色固体，后者是淡黄色固体③实验步骤a.用干燥的镊子将金属钠从试剂瓶中取出，再用滤纸吸干其表面上的煤油，在干燥的玻璃片上用干燥的小刀切下一小块(另一块要立即放回原瓶)，观察金属钠新切面的颜色和光泽的变化b．再用与a同样的方法和要求，从原金属钠块上取下一小块，将金属钠放在石棉网上，点燃酒精灯隔着石棉网对金属钠加热，观察金属钠发生的物理、化学变化的现象④实验现象及化学方程式：实验内容实验现象化学方程式金属钠与氧气在常温下反应金属钠的表面由银白色变为灰色，失去金属光泽化学方程式：4Na＋O2===2Na2O金属钠与氧气在加热下反应金属钠先熔化后燃烧，燃烧时伴有黄色火焰，燃烧后生成了淡黄色固体化学方程式：2Na＋O2Na2O2⑤实验结论金属钠跟空气中的氧气反应，在常温的条件下生成氧化钠，在加热的条件下生成过氧化钠，这说明温度的差别对金属钠与氧气反应的产物有着明显的影响。
由此想来，在其他物质发生的化学反应中，也有可能存在物质相同、条件不同、反应产物不同的现象，应用实验法研究物质性质必须要控制好实验条件⑥实验注意事项实验的安全措施：不能用手直接接触金属钠、氧化钠、过氧化钠；钠的用量一定要少(一般用黄豆粒大小即可)；盛金属钠的试剂瓶必须远离火源；凡是接触金属钠的仪器都要干燥无水谈重点 过氧化钠的性质：过氧化钠是一种淡黄色粉末状固体，与水或二氧化碳反应都可以放出氧气2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2因此，过氧化钠可作为呼吸面具和潜水艇里氧气的来源例2－2】 空气中一表面已被氧化的金属钠，质量为10.8 g，投入水中完全反应后，收集到H2的质量为0.2 g，则未被氧化的钠的质量为( )A．9.2 g B．7.8 gC．2.3 g D．4.6 g解析：空气中金属钠被氧化生成Na2O，因而题目中的10.8 g为Na2O和Na的质量之和，投入水中之后发生的反应为：Na2O＋H2O===2NaOH；2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑由此可见由收集到的H2的质量可直接求出未被氧化的钠的质量。
设未被氧化的钠的质量为x2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑46 2x 0.2 g解得x＝4.6 g答案：D3．钠的保存和用途(1)保存：钠很容易跟空气里的O2和H2O起反应而变质，故钠在保存时要注意与水、空气隔绝实验室通常将少量的钠保存在煤油中，因为钠的密度比煤油的大，所以钠沉在煤油下面，从而与O2和H2O隔绝避免反应2)用途：①制取用途广泛的Na2O2②制备NaK合金NaK合金在室温下呈液态，作原子反应堆的导热剂③制取钛、锆、铌、钽等稀有金属④作电光源——高压钠灯例3】 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．钠可以保存在水或四氯化碳中C．钠着火时可用沙土扑灭D．钠是一种灰白色固体解析：钠作为一种很活泼的金属，容易与空气中的氧气、水发生反应，所以自然界中没有游离态的钠，A选项错误；钠能与水反应，且密度比水小，比煤油大，少量的钠应保存在煤油中，钠的密度比四氯化碳的密度小，会浮在其表面与空气接触而发生反应，所以也不能用四氯化碳保存钠，B选项错误；钠着火时会产生过氧化钠，而过氧化钠与水、二氧化碳均能反应且放出氧气，因此钠着火不能用水或二氧化碳灭火，可以用沙土扑灭，C选项正确；钠是一种银白色有金属光泽的金属，D选项错误。
答案：C4．研究物质性质的基本程序和其他方法(1)研究物质性质的基本程序的阐释①研究物质性质的程序的含义研究物质性质的程序就是研究物质的一系列连续有规律的性质进行的顺序②研究物质性质的程序设计设计研究物质性质的程序，要遵循由表及里，由简到繁的一般原则，通常首先要观察物质的外观，了解物质的存在状态、颜色、气味等；然后，要通过实验来探究物质的有关性质进行实验时，往往首先要对物质性质进行预测，其次是设计并实施实验来验证所做的预测；最后要通过对实验现象的观察和分析，总结和归纳出物质的性质，并对实验中出现的特殊现象作进一步的研究由于被研究的物质性质往往具有一定的未知性，所以在研究物质性质的过程中，可能需要在“实验和观察”与“预测物质的性质”两个环节之间反复进行总之，研究物质性质的基本程序分为先后两大步骤，第一步是观察物质的外观性质，第二步是实验探究物质的性质在实验探究中又要分为三步进行，一是预测物质的性质，二是实验和观察，三是解释及结论③研究物质性质的基本程序和基本方法的关系研究物质的性质，既需要有一个合理而科学的程序，又需要具体而科学的研究方法程序和方法各自承担着不同的任务，二者之间具有密切的关系。
研究物质性质的基本程序和基本方法的关系(2)研究物质性质的其他方法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，这就要涉及物质结构方面的问题，如：金属钠是由什么微粒构成的？这些微粒有什么特点？它们与金属钠的性质有什么关系？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假说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。