高中化学第1章认识化学科学第2节第1课时研究物质性质的基本方法学案鲁科版必修1.docx
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高中化学第1章认识化学科学第2节第1课时研究物质性质的基本方法学案鲁科版必修1
第1课时 研究物质性质的基本方法
[核心素养发展目标] 1.了解研究物质性质的基本方法（观察法、实验法、分类法和比较法等），会用观察法研究钠的物理性质，通过观察分析钠与水的反应，认识钠是一种活泼的金属。
2.会分析钠与酸、碱、盐溶液的反应，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。
一、研究物质性质的基本方法
1.观察法
（1）含义：
观察是一种有计划、有目的地用感官考察研究对象的方法。
常见的观察法有
①直接观察法
②间接观察法：
借助一些仪器来进行观察
（2）运用观察法时的注意事项
①不能用手直接接触化学药品。
②严禁品尝化学药品的味道。
③闻气体气味时要用“扇闻法”。
操作如图所示。
（3）实施观察的程序
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。
（2）注意事项
实验时要注意控制温度、压强、溶液的浓度等条件，因为同样的反应物在不同条件下可能会发生不同的反应。
（3）实验程序
3.分类法
分门别类地对物质及变化进行研究，可以总结出各类物质的一般性质和特性，可以预测物质的性质。
4.比较法
运用比较的方法，可以找出各类物质性质间的异同，认识物质性质间的内在联系。
特别提示
研究某种物质的性质时，只用一种方法往往得不出结论，有时需要多种方法综合应用，比较法和实验法是比较常用的两种方法。
二、观察法的应用——金属钠及其与水的反应
1.观察法认识钠的物理性质
（1）观察目的：
认识金属钠的状态、颜色、硬度以及密度的相对大小及熔点的相对高低。
（2）观察内容：
试剂瓶中的金属钠及钠块切面。
（3）观察记录：
状态
颜色
光泽
硬度
密度
熔点
固体
银白色
有金属光泽
小，可切割
比水的小，比煤油的大
熔点较低
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从试剂瓶中取用一小块钠的操作：
用镊子将金属钠从试剂瓶中取出，用滤纸将表面的煤油吸干，在玻璃片上用小刀切下一小块钠，剩余的钠放回原试剂瓶。
（钠具有强腐蚀性，应用镊子夹取，不能用手直接接触）
2.钠与水反应的实验观察
（1）实验操作
（2）实验现象
①钠浮在水面上，说明钠的密度比水小。
②钠熔成闪亮的小球，说明钠与水反应放热，钠的熔点低。
③钠球在水面上向各个方向游动，发出“嘶嘶”的响声，说明反应有气体生成。
④溶液变红色，说明钠与水反应生成了碱。
（3）实验结论
钠与水反应生成NaOH和H2，该反应的化学方程式为2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。
（1）将金属钠投入稀盐酸中，写出可能发生的反应的化学方程式。
提示 钠不足时，只发生反应：
2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑，钠过量时，还能发生反应：
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。
（2）钠能否从硫酸铜溶液中置换出铜？
写出钠与硫酸铜溶液反应的化学方程式。
提示 不能，2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、CuSO4＋2NaOH===Cu（OH）2↓＋Na2SO4或2Na＋2H2O＋CuSO4===Na2SO4＋Cu（OH）2↓＋H2↑。
解析 虽然Na的性质比Cu活泼，但是当将Na放入CuSO4溶液中时，Na首先与水反应生成NaOH，故无法置换出Cu。
钠与盐溶液反应的实质是钠先与水反应，生成的NaOH再与盐溶液发生反应。
化学方程式为2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，2NaOH＋CuSO4===Cu（OH）2↓＋Na2SO4，总反应为2Na＋2H2O＋CuSO4===Cu（OH）2↓＋Na2SO4＋H2↑。
（3）分别取一块绿豆粒大小的金属钠投入到饱和食盐水和饱和的烧碱溶液中，会观察到什么现象？
提示 二者反应现象均为：
钠浮在水面上，熔成闪亮小球，四处游动，发出“嘶嘶”响声，溶液中有白色固体析出。
钠与酸、碱、盐溶液反应的规律
（1）钠与酸溶液的反应
①若酸过量，钠与酸反应放出氢气，比与水反应剧烈；
②若酸不足，钠将酸反应完后，剩余的钠再与水反应。
（2）钠与碱溶液的反应
钠与碱溶液反应的实质是钠与水的反应。
若为饱和碱溶液，则析出碱。
（3）钠与盐溶液的反应
钠与盐溶液反应的实质是钠先与水反应，生成H2和NaOH，NaOH再与盐溶液的盐发生复分解反应。
若NaOH不与盐反应，当盐溶液为饱和溶液时，则析出盐。
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
答案 A
解析 以上四种方法均属于我们在科学探究中常用的、重要的方法。
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。
2.实验室中，用镊子从煤油中取出一小块金属钠，然后用滤纸吸干表面的煤油，再用小刀切开观察。
在这一实验过程中不能得出钠的物理性质是（ ）
A.钠在常温下是固体B.钠的熔点很低
C.钠具有银白色的金属光泽D.金属钠很软
答案 B
解析 从题干中“取出一小块金属钠”知钠在常温下是固体；“用小刀切开”说明钠很软；切开后可看到钠具有银白色的金属光泽；没有加热将钠熔化，因此不能得出其熔点很低的性质。
3.将一块金属钠投入到滴有紫色石蕊溶液的冷水的烧杯中，甲同学认为可观察到下列现象，其中正确的有（ ）
①钠投入水中，先沉入水底，后浮出水面
②钠立即与水反应，并有气体产生
③反应后溶液变红
④钠熔成闪亮的小球
⑤小球在水面上四处游动
⑥有“嘶嘶”的响声发出
A.①②③④B.②③④⑤
C.②④⑤⑥D.③④⑥
答案 C
解析 钠的密度小于水的密度，钠投入水中，不会沉入水底，应浮在水面上；钠与水反应有NaOH生成，使紫色石蕊溶液变蓝色，而不是变红色，故①③不正确。
4.将一块金属钠投入足量的下列溶液中，既能生成气体，又能生成白色沉淀的是（ ）
A.稀硫酸B.Ba（OH）2稀溶液
C.MgCl2溶液D.CuSO4溶液
答案 C
解析 Na投入稀硫酸、Ba（OH）2稀溶液中，只有气体产生；Na投入MgCl2溶液中，发生反应：
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，MgCl2＋2NaOH===Mg（OH）2↓＋2NaCl，Mg（OH）2为白色沉淀；Na投入CuSO4溶液中，发生反应：
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，CuSO4＋2NaOH===Cu（OH）2↓＋Na2SO4，Cu（OH）2为蓝色沉淀。
5.（2019·青岛调研）某化学研究性学习小组设计了如图所示的实验装置，目的是做钠与水反应的实验并验证：
①钠的物理性质；②钠和水反应的产物。
请回答下列问题：
（1）实验开始时，欲使钠与水接触反应，应如何操作？
________________________________________________________________________。
（2）反应开始后，试管中能观察到的实验现象是________（填字母）。
A.钠在水层中反应，熔成小球并四处游动
B.钠在两液体界面处反应，熔成小球并可能作上下跳动
C.钠在煤油层中反应，熔成小球并四处游动
D.钠不断地变小至消失
E.钠停留在煤油层中不反应
F.煤油中有气泡产生
（3）通过上述现象，能够验证钠的哪些物理性质：
___________________________________。
答案
（1）按住橡皮塞，将大头针向上拔出，使大头针下端的钠落入试管中
（2）BDF
（3）钠的熔点低，钠的密度比水小、比煤油大
解析
（1）实验开始时，欲使钠与水接触反应，只需要使大头针下端的钠落入试管中。
（2）反应开始后，钠在两液体界面处熔成小球并可能作上下跳动，不断地变小至消失，煤油中有气泡产生。
（3）通过题中实验现象，说明钠的熔点低，并且钠的密度比水小，但比煤油的密度大。
题组一 研究物质性质的基本方法
1.用如图所示的方法研究某气体的性质，这种方法属于（ ）
A.实验法B.观察法
C.分类法D.比较法
答案 B
解析 图中所示的是一位同学闻气体气味的观察法，许多同学容易误认为是实验法。
观察是一种有计划、有目的地用感官考察研究对象的方法，直接用肉眼观察物质的颜色、状态，用鼻子闻物质的气味，都属于观察法。
2.（2019·德州月考）下列关于研究物质性质的方法的描述正确的是（ ）
A.观察法只能通过视觉来完成
B.将NaCl固体放入水中，从而获取NaCl的某些性质，这只涉及实验法
C.银、铁、铜、锌等均为金属，具有金属光泽和导电性，这是物质性质研究方法中的比较法
D.研究物质的性质时，往往同时采用观察、实验、分类、比较等方法中的多种方法
答案 D
解析 观察法可通过视觉、嗅觉、触觉或实验仪器来完成，A项错误；将NaCl固体放入水中是实验法，还需通过观察才能获取实验现象，B项错误；C项的描述为分类法，错误；研究物质的性质时，往往不单独采用一种方法，而是多种方法综合使用，D项正确。
3.下列有关钠的说法正确的是（ ）
①银白色金属 ②质软，可以用小刀切割 ③熔点较低
④保存在煤油中，隔绝空气 ⑤热和电的良导体
A.①②④⑤B.①②③④
C.①③④⑤D.①②③④⑤
答案 D
解析 钠为银白色金属，质软，熔点较低，是热和电的良导体。
钠的化学性质活泼，需保存在煤油中，故答案为D。
题组二 钠与水的反应
4.下列关于钠跟水反应的现象叙述完全且正确的是（ ）
A.钠浮在水面上，反应很快停止
B.钠浮在水面上剧烈燃烧
C.钠熔化成闪亮小球浮在水面上，不断游动，嘶嘶作响
D.钠熔化成闪亮小球，沉在水底，并有气泡产生
答案 C
解析 钠遇到水后，立即与水发生反应，因为钠的密度小于水，故钠浮在水面上；因为钠与水反应是放热反应，而钠本身的熔点是97.8℃，故与水剧烈反应，熔化成闪亮的小球；因为产生氢气，故发出嘶嘶声响；由于气体是在小球与水面接触点产生，故产生的气体推动小球在水面游动。
5.向烧杯中分别加入等体积的水和煤油，片刻后再向该烧杯中加入绿豆粒大小的金属钠，可能观察到的现象是（ ）
答案 A
解析 钠与煤油不反应，由密度ρ水＞ρNa＞ρ煤油可知A项正确。
题组三 钠与酸、碱、盐溶液的反应
6.把一绿豆粒大小的金属钠投入盛有硫酸铜溶液的烧杯里，不可能观察到的现象是（ ）
A.钠熔化，浮在液面上四处游动
B.有气体产生
C.溶液中产生蓝色絮状沉淀
D.溶液中析出红色的铜
答案 D
解析 钠与CuSO4溶液反应时不能置换出Cu，而是钠先与水反应生成NaOH和H2，生成的NaOH又与CuSO4反应产生蓝色絮状沉淀，故D项中的现象不可能观察到。
7.（2019·洛阳质检）将一小块钠投入盛有5mL饱和澄清石灰水的试管中，不可能观察到的现象是（ ）
A.钠熔成小球并在液面上到处游动
B.有气体产物生成
C.溶液中有银白色金属析出
D.溶液变浑浊
答案 C
解析 钠投入到饱和澄清石灰水中，钠除具有与水反应的现象外，由于溶液温度升高，Ca（OH）2的溶解度减小，同时反应消耗部分水，从而析出部分Ca（OH）2，所以溶液变浑浊，但不会置换出金属单质。
8.将适量金属钠投入下列溶液中，有气体放出，但无沉淀生成的是（ ）
A.盐酸B.饱和氢氧化钠溶液
C.氯化铁溶液D.硫酸镁溶液
答案 A
解析 钠与水溶液反应均放出氢气。
A项，发生反应为2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑，只有气体无沉淀；B项，NaOH溶液是饱和溶液，投入钠后，消耗水，析出氢氧化钠晶体；C项，钠与水反应生成的氢氧化钠还能进一步与FeCl3反应产生氢氧化铁沉淀；D项，钠与水反应生成的氢氧化钠还能进一步与MgSO4反应产生氢氧化镁沉淀。
9.下列说法正确的是（ ）
A.将一小块钠放入水中，钠将沉在水底
B.将一小块钠放在稀盐酸中，钠先与水反应生成NaOH和H2，生成的NaOH再与HCl反应生成NaCl和H2O
C.将一小块钠放在CuSO4溶液中发生如下反应：
2Na＋CuSO4===Na2SO4＋Cu
D.钠可用于冶炼金属
答案 D
解析 钠的密度比水小，且与水反应放出H2，放入水中会浮在水面上，并不停地游动，故A错；钠在酸溶液中优先与酸中的氢反应，钠在盐溶液中优先与水反应，故B、C错；金属钠可以从熔融盐中置换出钛、钽、铌、锆等金属，故D正确。
10.（2018·郑州八校联考）将金属钠分别投入下列物质的稀溶液中，有气体放出，且溶液质量减小的是（ ）
A.稀盐酸B.K2SO4溶液
C.CuCl2溶液D.NaOH溶液
答案 C
解析 钠与上述四种溶液反应均有气体（H2）放出；由2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑、2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑可知，Na分别与稀盐酸、K2SO4溶液、NaOH溶液反应生成的Na＋的质量大于放出H2的质量，故反应后溶液的质量均增大；对于反应2Na＋CuCl2＋2H2O===Cu（OH）2↓＋H2↑＋2NaCl，由于生成Cu（OH）2沉淀与放出H2的质量之和大于生成的Na＋的质量，故溶液质量减小。
11.下列关于钠的叙述中正确的是（ ）
A.钠单质与氯化亚铁溶液反应生成氯化钠和铁单质
B.钠与水反应的现象能说明钠的熔点低，且与水反应放热
C.钠与酸溶液反应产生氢气，实质是钠与H2O的反应
D.将4.6g金属钠投入到95.4g水中，所得溶液中溶质的质量分数等于8%
答案 B
解析 钠单质与氯化亚铁溶液反应时，先与水反应生成氢氧化钠，后生成氢氧化亚铁，不能置换出铁；钠与酸反应时直接与酸电离产生的H＋反应；将4.6g金属钠投入到95.4g水中，所得氢氧化钠的质量是8g，但因为放出氢气，溶液的质量小于100g，故溶质的质量分数大于8%。
12.有人设计出一种在隔绝空气条件下让钠与水反应的方法，利用煤油（密度为0.86g·cm－3）来控制反应速率。
使学生能仔细观察到各种实验现象。
该方法简便、安全、现象明显、有趣味性。
实验装置如图所示：
实验时，往100mL的大试管中加入60mL蒸馏水，滴加2滴酚酞溶液，振荡混合均匀，再加入40mL煤油。
取3粒米粒大小的金属钠投入大试管中后塞紧橡皮塞。
请回答下列问题：
（1）金属钠的变化现象是___________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）大试管中水层颜色的变化是_____________________________________。
（3）装置中液面的变化分别是：
大试管中____________；长颈漏斗中____________。
答案
（1）钠在煤油与水交界处上下跳动，逐渐变小最后消失
（2）水层逐渐变为红色
（3）液面下降 液面上升
解析
（1）钠的密度比水小，比煤油大，当钠粒放入试管中后会逐渐下沉到水面上，由于钠与水发生剧烈反应，产生大量的气体，又使钠上浮到煤油中，如此反复，直到钠粒消失。
（2）由于钠与水反应后生成了NaOH，其水溶液呈碱性，会使无色酚酞溶液变红色。
（3）由于钠与水反应生成了H2，故大试管中压强增大，水会通过长颈漏斗下端进入长颈漏斗，因而大试管中液面下降，长颈漏斗中液面上升。
13.有人设计出一种在隔绝空气的条件下让钠与MgSO4溶液反应的方法以验证反应实质。
实验时，往100mL大试管中先加40mL煤油，取3粒米粒大小的金属钠放入大试管后塞上橡皮塞，通过长颈漏斗加入MgSO4溶液使煤油的液面至胶塞，并夹紧弹簧夹（如图）。
仔细观察，回答下列问题：
（1）如何从试剂瓶中取用金属钠？
剩余的Na能否放回原试剂瓶？
_______________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）写出钠与MgSO4溶液反应的化学方程式：
_________________________________
________________________________________________________________________。
（3）钠处于试管中的_________________位置，有关钠反应的现象是_______________
________________________________________________________________________。
（4）大试管的溶液中出现的现象：
_________________________________________
________________________________________________________________________。
（5）装置中液面的变化：
大试管内____________（填“上升”“下降”或“不变”，下同）；长颈漏斗内____________。
答案
（1）用镊子从试剂瓶中取一块金属钠，用滤纸吸干表面上的煤油，用小刀在玻璃片上切米粒大小的钠做实验用，剩余的钠要放回原试剂瓶
（2）2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、2NaOH＋MgSO4===Mg（OH）2↓＋Na2SO4[或2Na＋MgSO4＋2H2O===Mg（OH）2↓＋Na2SO4＋H2↑]
（3）MgSO4溶液与煤油的分界面处 有气泡生成，钠熔化成小球且在煤油和MgSO4溶液界面处上下跳动，最终完全消失
（4）下层溶液出现白色絮状沉淀
（5）下降 上升
解析
（1）钠为化学危险品，需用镊子从试剂瓶中取用，用不完的钠要放回原瓶。
（2）钠与MgSO4溶液反应，钠先与水反应生成H2和NaOH，NaOH再与MgSO4反应，所以化学方程式为2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、2NaOH＋MgSO4===Mg（OH）2↓＋Na2SO4或2Na＋MgSO4＋2H2O===Mg（OH）2↓＋Na2SO4＋H2↑。
（3）钠的密度大于煤油的密度且和煤油不反应，钠在煤油中逐渐下沉；钠的密度小于水的密度，钠浮在水面上，钠与水反应为放热反应，钠的熔点较低，钠在水中会熔成小球；钠和水反应生成H2和NaOH，生成的氢气使钠在煤油和MgSO4溶液界面处上下跳动，最终完全消失。
（4）NaOH与MgSO4反应生成白色的Mg（OH）2沉淀。
（5）该反应生成氢气，大试管内气体压强增大，大于外界大气压，导致大试管内溶液液面下降，将试管内溶液压入长颈漏斗中，长颈漏斗中液面逐渐上升。
14.为测定金属钠样品（表面有Na2O）中钠单质的质量分数，设计了如下实验（反应装置如图所示）：
①称量A、B的总质量；
②称取一定质量的钠样品；
③将钠样品投入锥形瓶中，迅速塞紧带U形干燥管（内含无水CaCl2干燥剂）的橡皮塞。
有关数据是：
称取的金属钠样品质量为ag，A、B反应前总质量为bg，反应后A、B的总质量为cg。
请根据题意回答下列问题：
（1）A中钠和水反应过程中可看到钠熔成闪亮的小球，产生这一现象的原因是_____________
___________________________________________________________。
（2）用a、b、c表示的钠单质的质量分数为________。
（3）若没有B装置，对实验结果分别有何影响？
________（填“偏大”“偏小”或“不影响”）。
答案
（1）该反应放热，钠的熔点低
（2）
×100%
（3）偏大
解析
（1）钠和水反应过程中钠熔成闪亮的小球，说明该反应放热，且钠的熔点低。
（2）由题意知：
反应中产生的H2为（a＋b－c）g，
根据化学方程式列比例式可求出反应的钠的质量，
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
2×232
m（Na）a＋b－c
可求出m（Na）＝23（a＋b－c），
故钠的质量分数为
×100%。
（3）若无B装置，则氢气逸出时会带出部分水蒸气，故使测得的氢气增多，结果偏大。
15.某课外活动小组为了检验钠与水反应的产物，设计如图装置（夹持装置省略）。
首先在U形管内加入少量煤油和几粒钠块，再从U形管高端加入水（含有酚酞），赶出空气，一段时间后加热铜丝。
根据反应中观察到的现象，回答下列问题：
（1）金属钠的变化现象___________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）U形管中溶液的颜色________________________________________________，说明有__________生成。
（3）铜丝的变化现象______________，说明有________生成；若去掉后面的装置，简述检验气体的方法________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）若ag钠与bmL水完全反应，则该溶液溶质的质量分数是____________。
答案
（1）在水和煤油的界面上作上下跳动并逐渐变小
（2）从上到下逐渐由无色变为红色 NaOH （3）由黑色变红色 H2 在玻璃管口处点燃气体，有淡蓝色火焰产生 （4）
×100%
解析 钠位于水和煤油的界面上，与水发生反应：
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，生成的H2与CuO发生反应：
H2＋CuO
Cu＋H2O。
钠与水反应生成NaOH溶液：
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
2×232×402
ag
g
g
则w（NaOH）＝
×100%
＝
×100%。
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