物质性质的研究样本.docx
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物质性质的研究样本
物质性质的研究
实验4-1纯净物与混合物性质的比较
实验4-1是对不同类物质性质的物理性质与化学性质的研究,具有较强的多学科综合性。
虽然相当一部分内容是学生在小学、初中以及日常生活中能够接触到的,有一定的了解,可是大多数结论来自于书本结论,且缺少系统,更注重记忆性,如何经过实验探究,特别是如何设计研究型实验进行探究,对多数学生是很陌生的。
教学中主要应达到两个方面的目标:
一是经过纯水与水溶液的凝固点比较,合金与成分金属的物理、化学性质的比较,在已有知识基础上将混合物与纯净物性质做较系统的比较与分类;二是经过上述实验,掌握比较研究不同类物质的方法,并运用这一方法研究、获得某些物质性质的知识;三是经过运用多学科知识与技能,提出化学问题,设计实验,提高综合解决实际问题的能力。
相比其它实验,本实验需要落实的化学基础知识较少,所需相关学科综合知识较多,学科综合性较强,所应用的研究及实验方法较复杂,有一定难度。
本实验中,实验设计是难点,在实验设计中,选择不同物质的哪些方面的性质进行对比实验,如何控制实验条件,使实验科学性强,操作简便易行,现象明显,安全无害等。
提出课题:
举出生活中你所知道的混合物、纯净物,对比性质差异,设计实验。
如学生在对比混合物、纯净物性质差异方面感到无从下手,能够将问题分解,把问题具体化,从而降低问题的难度,例如:
（1）从学生最熟悉的水与食盐水的对比开始,提出问题:
如何经过实验说明水和食盐水性质的差异?
或从引导学生对比淡水与海水的性质差异开始,引起学生的讨论;
（2）经过阅读中国古代关于铜锡合金成分与用途的记载,思考讨论相关问题;
（3）对比纯铁、普通碳素钢、不锈钢的耐腐蚀的性质引起学生的疑问:
三者主要成分都是铁元素,为什么抗腐蚀能力有很大的差异?
学生可能提出的不同回答是:
密度不同,凝固点不同,沸点不同,渗透压不同,对金属的腐蚀性不同,合金的抗腐蚀性不同等。
教师在教学过程中将学生的回答总结分类为物理性质、化学性质几个方面的不同,进一步提出如何经过可行的实验,探究两者性质的差异。
对实验方案的设计,应更多地为下一课题做相应的铺垫,定性实验与定量、半定量实验相结合,如实验条件允许,能够较多地引入现代实验设备。
提出课题:
举出生活中你所知道的混合物、纯净物,对比性质差异,设计实验。
如学生在对比混合物、纯净物性质差异方面感到无从下手,能够将问题分解,把问题具体化,从而降低问题的难度,例如:
（1）从学生最熟悉的水与食盐水的对比开始,提出问题:
如何经过实验说明水和食盐水性质的差异?
或从引导学生对比淡水与海水的性质差异开始,引起学生的讨论;
（2）经过阅读中国古代关于铜锡合金成分与用途的记载,思考讨论相关问题;
（3）对比纯铁、普通碳素钢、不锈钢的耐腐蚀的性质引起学生的疑问:
三者主要成分都是铁元素,为什么抗腐蚀能力有很大的差异?
学生可能提出的不同回答是:
密度不同,凝固点不同,沸点不同,渗透压不同,对金属的腐蚀性不同,合金的抗腐蚀性不同等。
教师在教学过程中将学生的回答总结分类为物理性质、化学性质几个方面的不同,进一步提出如何经过可行的实验,探究两者性质的差异。
对实验方案的设计,应更多地为下一课题做相应的铺垫,定性实验与定量、半定量实验相结合,如实验条件允许,能够较多地引入现代实验设备。
性质
实验探究
物
理
性
质
密度
水与溶液、金属与合金的密度比较
凝固点降低
金属与和金熔点、纯水与溶液凝固点比较
沸点升高
纯水与溶液沸点比较
溶液渗透压的不同
纯水与溶液渗透压比较
化
学
性
质
对金属腐蚀性的不同
海水、河水对船体的腐蚀比较
合金的耐腐蚀性不同
合金与纯净金属的耐腐蚀性比较
实验的实施
（一）比较水和水溶液的凝固点
1．原理
步骤1──液体的固化过程,即比较不同液体凝固温度或不同液体相同温度下凝固的难易程度。
步骤2──固体的液化过程,即比较不同条件下固体开始熔化的温度。
2．实验材料
选择常温下为液态,且较易凝固的物质为实验对象。
3．方案
方案①:
取两种不同浓度的甘油溶液和蒸馏水各半试管,插入木条（或插入温度计）,置于冰盐混合物中,观察现象。
甘油溶液1
甘油溶液2
水
凝固温度
方案②:
比较冰盐混合物不同组成比例时可获得的最低温度。
冰盐混合物1
冰盐混合物2
冰
最低温度
（二）比较单质金属与合金的某些性质
1．原理:
经过比较单质金属与合金在相同的加热条件下熔化的难易程度,比较两者熔点的高低。
经过单质金属与不同合金在相同条件下与酸的反应,或将其浸泡在食盐水中一段时间后比较两者抗腐蚀能力。
2．实验材料:
选择熔点较低金属与合金为实验对象,可供选择的材料为相同规格的保险丝（成分为铅锡合金）、铅丝、锡丝。
3．方案
（1）取合金与组分金属同时在酒精灯火焰上加热,记录熔化的先后顺序,比较熔点高低。
（2）取铁丝、纯铁、不锈钢分别浸泡在同浓度盐酸中,比较反应剧烈程度。
铁丝
纯铁丝
不锈钢
现象
解释、结论
（3）取铁丝、纯铁、不锈钢分别浸泡在同浓度食盐水中,比较生锈腐蚀程度。
铁丝
纯铁丝
不锈钢
现象
解释、结论
学生经过讨论交流能够提出的方案一般多于教材提示的实验方案,例如,学生可能提出用将金属浸入食盐水、蒸馏水,模拟比较海水与河水对船体的腐蚀;比较纯水与溶液的沸点等实验。
在设计合理、实验室条件允许、保证实验安全的前提下,每个教学班可分为多个小组,分别完成不同实验,经过汇报讨论,交流各组的收获体会。
活动建议
【学与问】
冰融化从环境吸收热量。
为使试管温度下降更快,可采取以下措施:
一是将盛有冰水混合物的大烧杯放入保温容器中,如纸箱中（内填碎纸屑）,或在大烧杯外包裹上保温层（用多层报纸做保温层,廉价易得,保温效果较好）,以便与环境隔离,减少混合物从环境中吸收热量。
二是冰块与水的接触面积大,冷却效果较好,实验前将冰块敲碎,成黄豆大小（过大冷却较慢,过小融化较快,不能较长时间提供低温）。
三是冰中加水至浸没碎冰块的二分之一至三分之一处冷却效果较好。
四是加入的水应在实验前投入一定量冰块,冷却至0℃使用。
五是加入的粗盐应当压碎成粉末。
六是冰水混合物中加入粗盐后应充分搅拌。
【问题与讨论】
1．物质的性质与其组成成分和混合状态有关。
例如硫酸浓度不同（即水与硫酸的比例不同）沸点不同,冰盐混合时混合均匀可获得较低温度,合金性质与组分金属的差异等。
2．在水中加入糖、醋、盐的比例不同,能够获得不同口味,还能够与家长共同烹制各种口味的菜肴与饮品,例如糖醋排骨、消暑运动型饮料、凉菜等,在生活中学习更多的化学知识,了解健康膳食的结构。
在水中加入糖、醋、盐的比例相同时,如果每加入一种物质品尝一次,由于加入与品尝的顺序不同,也能够获得不同口感。
3.甘油水溶液作汽车防冻液、氯化钠作融雪剂、冰盐水作制冷剂应用的都是混合物凝固点降低的性质。
混合物的应用较为广泛,例如:
制冰淇淋时所使用的稳定剂、各种合金制品、建筑涂料、各种食用调和油与调味剂、改变牛奶口感的添加剂、白酒的勾兑等等,因此研究混合物对生产、生活都有着重要意义。
实验说明
（一）比较水与水溶液的凝固点
1．两支试管中的液体应等量,两支试管不能相互接触。
准备的烧杯不应小于250mL,以保证试管盛装液体的部分能完全浸没在冰水混合物中。
2．甘油溶液的浓度为5%左右较适合。
可使用氯化钠溶液代替甘油。
3．为使实验更为精确,能够用温度计代替细木条插入试管的溶液中,优点是:
一可定量观察,效果更好。
二能够观察到蒸馏水的固定的凝固点,甘油溶液在凝结过程中凝固点在一定范围内变化。
4．有条件的学校,两个实验都能够使用手持技术,利用温度传感器（温度探头）定量绘制水与水溶液的凝固过程的温度变化曲线,使学生体会现代实验技术在实验中的应用。
5．如实验室没有冰箱等制造冰块的设备,可经过测试蒸馏水与水溶液的沸点、密度、渗透压,来比较两种物质的性质。
（二）比较单质金属与合金的某些性质
1．合金可供选择的有家用保险丝、焊锡条等。
2．合金与组分金属条应相同粗细。
3．取坩埚钳夹取合金与组分金属同时在酒精灯火焰上加热,按熔断顺序判断熔点高低。
4．金属条熔断后应立即离开火焰,避免熔化的金属滴落在酒精灯上,发生意外事故。
5．铁丝、纯铁、不锈钢浸泡在同浓度食盐水中,生锈腐蚀大约需要几个小时时间。
拓展实验
1．比较蔗糖溶液与纯水的凝固点
实验基本程序与操作参见教材中实验4-1中比较水与水溶液的凝固点实验。
2．自制等体积的纯水冰棍和糖水冰棍
（1）能够配制较高浓度的糖水,建议浓度为20％。
（2）取等体积纯水和糖水,观察凝固前后体积的变化。
（3）两者凝固时均匀程度不同,纯水冰棍结晶均匀,糖水冰棍结晶不均匀,若糖水浓度较大,最终可能有晶体析出或不凝固的高浓度液体。
糖水冰棍先凝固的部分糖含量低,后凝结的部分糖含量较高,经过品尝能够区分。
与糖水凝固相比较,盐水的实验效果更好,一定浓度（23%）的盐水凝固时能够有氯化钠晶体析出。
（4）实验所需时间较长,建议作为家庭小实验完成,由学生经过实验条件控制,得出在什么浓度下实验效果最佳。
3．酸的性质研究
参考方案①:
同种酸不同浓度时性质比较
例如,冰醋酸与1mol/L的稀醋酸溶液导电性比较;冰醋酸稀释过程中导电性的变化;稀硫酸与浓硫酸性质比较等。
参考方案②:
不同酸物理性质和化学性质比较,如苯甲酸、乙二酸、冰醋酸等。
4.不同金属形成阳离子倾向比较
这里主要是溶液中不同金属形成阳离子倾向比较,即金属活动性的比较。
能够将复习判断金属活动性顺序的方法作为问题的引入,以这些方法为依据,设计实验方案。
参考方案①:
比较不同金属与酸的反应,由反应的剧烈程度判断不同金属形成阳离子的倾向。
反应的难易与金属活动性和酸中氢离子浓度有关,因此能够观察不同金属与固定浓度盐酸的反应。
还能够将酸滴入同体积的蒸馏水中,向蒸馏水中逐滴加入一定浓度的盐酸,不同金属开始出现气泡时,加入的盐酸的量不同,同样能够比较不同金属形成阳离子的倾向。
设计方案如下:
金属
0.1moL∕L盐酸（记录反映的剧烈程度）
在约2ml蒸馏水中加入金属后,滴0.1moL∕L的盐酸（记录出现气泡是,加入的盐酸的量）
Mg
Al
Zn
Fe
Cu
说明:
（1）实验所使用的金属形状应相似,使用前要除去表面的氧化膜;
（2）金属与酸长时间反应后,因反应放热,溶液温度升高,反应可能十分剧烈,产生大量氢气,将酸液冲出试管,因此观察到金属与酸的反应后,应尽快中止反应;
（3）酸浓度不可过大,否则与活泼金属反应都比较剧烈,难以区分实验现象。
盐酸浓度以0．1mol/L较为适宜。
参考方案②:
不同活泼金属与铜形成原电池的电压
金属
电压
说明:
（1）电压与金属的活动性有关,还与电极间距离和电极与溶液的接触面积有关,因此实验中应注意控制以上相关实验条件;
（2）若使用酸做电解质溶液,因在铜电极上有氢气生成,以及电极附近氢离子浓度的变化,电压表的示数变化较快,应注意观察记录形成原电池时的电压最大值;
（3）电压的测量可使用多用数字式测试仪。
计过程中着重要思考与研究的问题。
实验4-2金属镁、铝、锌化学性质的探究
实验4-2是对同类不同种物质的性质的研究,学生已经经过铝、铁性质的学习,掌握了金属通性,在《实验化学》第三单元中掌握了Fe3+、Ag+、Ba2+、Al3+等金属离子鉴定的一般方法,具有较好的知识基础与实验研究方法。
教学中主要应达到两个方面的目标:
一是经过镁、铝、锌化学性质的研究,系统总结掌握金属化学性质与反应规律;二是经过实验归纳研究同类不同种物质的性质的一般思路和方法。
课前应从复习归纳常见金属入手:
金属在化学反应中做还原剂──活泼金属能与水、酸、盐溶液发生置换;钠等活泼金属可与水剧烈反应;金属铝既能与酸反应又能与碱反应,具有两性;铁与水蒸气反应,生成四氧化三铁和氢气。
对速率较慢的实验,常见的加快反应速率的方法一是升高温度以降低反应活化能,并加速粒子的运动,二是减小固体颗粒,增加反应粒子的接触面积,例如在铁与水蒸气的反应实验中,用铁粉而不是铁片,是为了增加反应粒子的接触面积,该实验的另一加快反应速率的方法是使用酒精喷灯加热,提高反应温度。
教学设计:
本实验中如何经过实验系统研究金属单质的性质是重点,实验方案设计相对较易。
第一课时,在学生预习的基础上,只需经过:
物质分类──→通性（相同）──→特性（差异）这样的基本思路来研究,由学生逐项提出想研究对比的问题,最后归类总结,选择可行方案,将方案整理表格化,第二课时完成实验。
实验中的难点是金属锌的两性,Zn2+的检验,Zn（OH）2的两性、特性。
镁、铝、锌单质化学性质的探究实验设计参考
金属单质
Mg
Zn
Al
化合价
化
学
性
质
反
应
与H2O
与O2
与其它非金属（S、Cl2）
与盐溶液
酸
稀盐酸或稀硫酸
冷浓硫酸、硝酸
稀硝酸
拓展实验:
Mg2+、Zn2+、Al3+的检验及Zn（OH）2性质研究
去足量金属与稀盐酸充分反应后的澄清溶液
Mg2+
Zn2+
Al3+
滴加适量NaOH溶液分为两份
继续滴加NaOH
滴加盐酸
滴加氨水
活动建议
【问题与讨论】
1．三种金属性质的相似与区别。
具体内容略。
2．金属在化学反应中一般体现还原性,一般可与非金属、水或酸、某些盐溶液等反应。
一定条件下易与其它各种氧化剂反应,如铁可被过氧化氢、高锰酸钾溶液等氧化,铝可发生铝热反应等。
另外某些两性金属能够与碱反应。
实验说明
1．上述三种金属与酸反应较剧烈,注意控制酸的浓度。
镁、锌与冷浓硫酸、硝酸的反应剧烈,产生大量有毒气体,建议不做该项实验,或改为演示实验。
2．金属使用前需除去表面的氧化膜。
3．镁与硫酸铜溶液反应时可能会产生氢气并生成蓝色沉淀,须注意溶液浓度,浓度为1mol/L以下较适宜。
镁与氯化铁溶液反应一般不发生与铁的置换,而是有氢气与氢氧化铁生成。
4．锌是两性金属,能溶于强碱,锌离子能与氨分子形成配离子,因此锌可溶于氨水,铝离子不能与氨分子形成配离子,因此铝不溶于氨水。
5．锌盐、铝盐与碱反应时,注意控制加入试剂的量与顺序。
让学生经过实验体会反应物量的变化对化学反应的影响。
6．氢氧化锌是两性氢氧化物,能溶于强碱,锌离子能与氨分子形成配离子,因此氢氧化锌可溶于氨水,这一点与氢氧化铝不同:
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