研究物质性质的基本方法.docx

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研究物质性质的基本方法

第2节　研究物质性质的方法和程序

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．研究物质的性质有观察、实验、分类、比较、假说、模型等方法。

2．观察法

（1）含义：

观察是一种有计划、有目的地运用感官考察研究对象的方法。

（2）常见观察法

3．实验法

（1）概念：

实验是根据科学研究的目的，尽可能排除外界影响、突出主要因素，并利用一些专门的仪器设备，人为地变革、控制或模拟研究对象，使某一现象或过程发生或再现的研究方法。

（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。

4．分类法

（1）概念：

分类是根据研究对象的共同点和差异点，将它们区分为不同种类和层次的科学方法。

（2）分类的目的

①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；②可以根据物质所属的类别预测物质的性质。

5．比较法

找出各类物质性质之间的异同，认识各类物质性质之间的内在联系。

特别提示　

（1）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。

（2）运用假说和模型进行的预测，还需要通过实验来验证。

（1）科学家提出的假说一定能成为科学理论（×）

（2）使用模型有助于人们研究物质性质（√）

（3）运用观察法时，可以用手直接接触化学药品（×）

（4）严禁品尝化学药品的味道（√）

（5）闻气体时应按如图操作

（√）

1．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、听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。

2．“实验与探究”是一种非常重要的学习化学的方法。

通过化学实验进行科学探究，是认识物质及其变化的重要方法。

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．假设

C．观察D．做结论

答案　A

解析　磁铁有磁性，铁能被磁铁吸引。

“拿磁铁来吸一下”，即用手拿着磁铁去与一元硬币接触。

它属于科学探究中的实验。

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

操作

观察试剂瓶里面的钠

用镊子从煤油中取出金属钠，用滤纸吸干表面的煤油，在干燥玻璃片上用小刀切下一小块金属钠，观察钠块的切面，剩余钠块放回原试剂瓶

结论

钠性质活泼，需隔绝空气和水保存，实验室里保存在煤油中

钠具有银白色金属光泽，质软，硬度小，密度比煤油大，常温下是固体

2.实验探究钠与水的反应

（1）现象与分析

现象

分析

浮：

钠块浮在水面上

钠的密度比水的小

熔：

钠块熔化成闪亮的小球

钠的熔点低，反应放热

游：

钠在水面上四处游动

产生的气体推动钠运动

响：

与水反应发出“嘶嘶”的响声

产生的气体与水摩擦产生响声

红：

反应后溶液变为红色

生成碱性物质

（2）实验结论

钠与水反应生成氢氧化钠和氢气。

该反应的化学方程式为2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。

（3）注意事项

在探究钠单质与水反应的实验中，所取用的钠块一般为绿豆粒大小，体积过大，反应放热过多易引燃氢气而爆炸。

3．钠与盐溶液的反应

（1）若盐溶液中的溶质不与NaOH反应，则反应的实质是Na与水反应。

（2）若盐溶液中的溶质与NaOH反应，则反应的实质是Na先与水反应生成NaOH，NaOH再与盐溶液中的溶质反应。

①如钠与CuSO4溶液的反应：

2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑；

2NaOH＋CuSO4===Cu（OH）2↓＋Na2SO4。

总反应为2Na＋CuSO4＋2H2O===Cu（OH）2↓＋Na2SO4＋H2↑。

现象：

有无色无味气体放出并产生蓝色沉淀。

②钠与NaHSO4溶液的反应：

2Na＋2NaHSO4===2Na2SO4＋H2↑；

故钠与盐溶液反应时，不能置换出盐中的金属。

4．钠的用途

（1）钠和钾的合金可用作原子反应堆的导热剂。

（2）高压钠灯发出的黄光射程远、透雾能力强，常用作路灯。

（3）金属钠还可用于钛、锆、铌、钽等金属的冶炼。

（1）金属钠着火时，可以用水灭火（×）

（2）取用金属钠时，剩余的钠放入废液缸（×）

（3）钠与皮肤接触会腐蚀皮肤，应用干燥的镊子夹取，不能用手直接接触（√）

（4）钠投入CuSO4溶液中，会生成红色固体，发生反应2Na＋CuSO4===Cu＋Na2SO4（×）

（5）钠与水反应的化学方程式：

2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑（√）

（6）钠投入饱和氢氧化钠溶液中有沉淀产生（√）

1．

（1）探究钠的物理性质的过程中，运用了研究物质性质的哪些方法？

（2）钠与水反应的探究过程运用了哪些方法？

提示　

（1）探究钠的物理性质的过程中，运用了观察法和比较法。

（2）钠与水反应的探究过程运用了观察法、实验法、比较法。

2．从元素守恒的角度看，Na和H2O反应的气体产物可能是什么？

为什么？

提示　根据元素守恒，除生成NaOH外，还剩一个氢原子，只能生成H2。

3．（2020·辽宁大连高一期中考试）将金属钠放入盛有下列溶液的小烧杯中，既有气体产生，又有沉淀产生的是________。

①MgSO4溶液　②NaCl溶液　③Na2SO4溶液　④饱和澄清石灰水　⑤Ca（HCO3）2溶液

答案　①④⑤

解析　Na投入盐溶液中，钠和水反应生成NaOH和H2，NaOH和部分盐能发生反应。

①Na与MgSO4溶液反应能生成H2和Mg（OH）2沉淀，正确；②Na与NaCl溶液反应能生成H2，得不到沉淀，错误；③Na与Na2SO4溶液反应能生成H2，得不到沉淀，错误；④Na与H2O反应生成NaOH和H2，反应放热，Ca（OH）2的溶解度降低，又消耗了溶剂水，故饱和澄清石灰水中有白色沉淀产生，正确；⑤Na与H2O反应生成NaOH和H2，NaOH与Ca（HCO3）2反应生成碳酸钙沉淀，正确。

1．将一块金属钠投入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。

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．向分别盛有100mL水、100mL盐酸、100mL硫酸铜溶液的X、Y、Z三个烧杯中分别投入1.15gNa，Na均完全反应，下列说法正确的是（　　）

A．三个烧杯中一定会发生的反应：

2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

B．三个烧杯中的反应，相比而言，X中的反应最剧烈

C．Z烧杯中一定会有Cu（OH）2沉淀生成

D．三个烧杯中生成的气体的质量不相同

答案　C

解析　钠与盐酸反应的本质是Na与HCl电离出的H＋反应，当酸反应完后才与溶剂水反应，当酸足量时，钠只与酸反应，A项错误；Y烧杯中的反应最剧烈，B项错误；钠与硫酸铜溶液反应的化学方程式为2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、2NaOH＋CuSO4===Cu（OH）2↓＋Na2SO4，所以一定会有Cu（OH）2沉淀生成，C项正确；因向三个烧杯中加入的钠的质量相同且钠完全反应，故生成的H2的质量相同，D项错误。

4．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）按住橡胶塞，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）通过题中的实验现象，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．（2020·大连高一检测）某学生运用所学知识研究钠的性质：

将一粒金属钠和一块铜片分别放在表面皿中，研究它们在空气中的稳定性。

该学生采用的研究方法是（　　）

①假说法　②实验法　③分类法　④比较法

A．①②③④B．②④C．①③D．①②

答案　B

解析　同时研究钠和铜的稳定性，对二者性质进行比较，即采用比较法，通过做实验研究二者稳定性，故采用了实验法。

题组二　钠的物理性质和钠与水的反应

3．以下关于金属钠的叙述不正确的是（　　）

A．金属钠可保存在煤油中

B．钠投入水中熔化成小球，说明钠的熔点低，且钠与水反应为放热反应

C．金属钠质软，可用小刀切割

D．钠着火既能用水灭火，也可以用沙子

答案　D

解析　金属钠可以和水反应，不与煤油反应并且密度比煤油大，所以金属钠可保存在煤油中，故A正确；钠的熔点低，钠与水反应为放热反应，所以会熔化成小球，故B正确；钠着火不能用水灭火，因为钠与水反应会放出氢气，加剧燃烧，但可以用沙子，D错误。

4．下列关于钠与水反应的现象叙述完整且正确的是（　　）

A．钠浮在水面上，反应很快停止

B．钠浮在水面上剧烈燃烧，火焰呈黄色

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．为探究钠的部分性质，设计实验操作如下：

①向如图所示的试管中加入苯（已知苯的密度为0.88g·cm－3，苯不溶于水）；

②按住橡胶塞，拔出大头针，使Na（密度为0.97g·cm－3）落入苯中（钠与苯不反应）；

③从长颈漏斗中加入MgCl2溶液（密度约为1g·cm－3）。

下列说法正确的是（　　）

A．把MgCl2溶液加入苯中，MgCl2溶液在上层

B．钠一直停留在苯层不发生反应

C．Na在MgCl2溶液与苯的界面处反应，并上下跳动，直至消失，下层有白色沉淀产生

D．Na在MgCl2溶液底部四处游动，MgCl2溶液中有白色沉淀产生

答案　C

解析　MgCl2溶液的密度大于苯，分层后MgCl2溶液在下层，A项错误；Na的密度介于苯和MgCl2溶液之间，故Na在MgCl2溶液与苯的界面处与水反应，生成的H2附着在Na表面，在H2逸出的过程中带动Na上浮至苯层，H2逸出后，Na在重力作用下又回到界面处，故可观察到Na上下跳动直至消失，又因为钠与水反应生成的NaOH与MgCl2反应生成Mg（OH）2，故下层有白色沉淀产生，C项正确，B、D项错误。

6．将4.6gNa投入95.6g水中，所得溶液中溶质的质量分数为（　　）

A．小于4.6%B．等于8.0%

C．小于8.0%D．大于8.0%

答案　B

解析　钠与水反应的化学方程式：

2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

46802

4.6g8.0g0.2g

则w（NaOH）＝

×100%＝8.0%。

题组三　钠与酸、碱、盐溶液的反应

7．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。

8．将金属钠分别投入下列溶液中，溶液质量增加的是（　　）

A．FeCl3溶液B．K2SO4溶液

C．CuCl2溶液D．饱和NaOH溶液

答案　B

解析　A和C项，钠先与水反应生成氢氧化钠，两溶液中分别产生氢氧化铁和氢氧化铜沉淀，溶液质量减少；D项，钠与水反应生成氢氧化钠且消耗水，析出氢氧化钠，溶液质量也减少。

9．将金属钠投入下列溶液中时，既有白色沉淀析出又有气体逸出的是（　　）

A．KCl溶液B．CuSO4溶液

C．Mg（NO3）2溶液D．Fe2（SO4）3溶液

答案　C

解析　金属钠投入到KCl溶液，钠会和水反应生成氢气，无沉淀，故A不符合题意；金属钠投入到CuSO4溶液中，钠先和水反应，氢氧化钠再和硫酸铜反应生成蓝色沉淀，故B不符合题意；金属钠投入到Mg（NO3）2溶液中，钠先和水反应，生成的氢氧化钠再和Mg（NO3）2反应生成白色沉淀，故C符合题意；金属钠投入到Fe2（SO4）3溶液中，钠先和水反应，生成的氢氧化钠再和Fe2（SO4）3反应生成红褐色沉淀，故D不合题意。

10．下列说法正确的是（　　）

A．将一小块钠放入稀盐酸中，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

B．将一小块钠放入MgCl2溶液中，发生反应2Na＋MgCl2===2NaCl＋Mg

C．将一小块钠放入盛有饱和石灰水的烧杯中，钠与水反应生成NaOH和H2，烧杯底部有固体析出

D．将一小块钠放入Na2SO4溶液，没有明显现象产生

答案　C

解析　钠直接与盐酸发生反应：

2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑，A错误；钠与MgCl2溶液反应时，钠先与水反应生成H2和NaOH，然后NaOH和MgCl2反应生成Mg（OH）2沉淀，B错误；Na2SO4和NaOH不反应，所以Na与Na2SO4溶液反应的实质是Na与水反应，有明显现象产生，D错误。

11．将少量金属钠分别投入下列物质的水溶液中，有气体放出，且溶液质量减轻（不考虑水的挥发）的是（　　）

A．HClB．NaOHC．K2SO4D．CuSO4

答案　D

解析　钠与盐酸反应：

2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑，溶液质量增加：

m（Na）－m（H2）；钠与NaOH溶液、K2SO4溶液反应实际上是Na与H2O反应，溶液质量增加：

m（Na）－m（H2）；Na与CuSO4溶液反应时，Na先与H2O反应生成NaOH和H2，NaOH再与CuSO4反应：

2NaOH＋CuSO4===Cu（OH）2↓＋Na2SO4，生成沉淀，溶液质量减轻，D项正确。

12．在坩埚中放一小块钠，加热至熔化时，用玻璃棒蘸取少量无水硫酸铜与熔化的钠接触，瞬间产生耀眼的火花，同时有红色物质生成。

下列说法中不正确的是（　　）

A．上述反应是置换反应

B．上述反应放出大量的热

C．上述反应中红色物质是氧化铜

D．加热且无水的条件下，钠可以与硫酸铜反应并生成Cu

答案　C

解析　依据反应现象可知，反应中Na置换出CuSO4中的Cu，同时放出大量的热，反应中生成的红色物质是Cu，故答案为C。

13．（2020·长沙高一检测）下列说法正确的是（　　）

A．人们可直接用肉眼观察物质的颜色、状态，品尝物质的味道

B．向饱和烧碱溶液中加入一定量的钠，溶液中氢氧化钠的质量增加

C．金属钠可用于制造高压钠灯

D．将一小块钠投入硫酸铜溶液，溶液中会有红色的物质析出

答案　C

14．（2020·重庆七校高一期中联考）如图均为探究Na与H2O反应的实验装置，按乙装置实验，液体添加完毕后，关闭旋塞，打开右边橡胶塞向煤油中加入一小块钠，立即塞上胶塞。

下列说法正确的是（　　）

A．甲装置中取用金属钠的质量约为5g

B．按乙装置实验，钠始终在U形管b处

C．点燃乙装置中的气体产物会产生黄色火焰

D．乙装置中漏斗在反应过程中的主要作用是调节压强并观察液面升降

答案　D

解析　Na与H2O反应剧烈，所取金属钠的质量不能过多，绿豆粒大小即可，5gNa过多，A项错误；钠的密度比煤油的密度大，比水的密度小，钠开始会在a处，但反应中有气体产生，所以钠会上下浮动，B项错误；氢气燃烧时火焰为淡蓝色，C项错误；漏斗与大气相通，可调节气压，生成的H2将水压入漏斗中，便于观察液面升降，D项正确。

15．如图是一种隔绝空气条件下钠与水反应的实验装置。

实验时，先往大试管中加入适量煤油，取绿豆粒大小的金属钠放入大试管后塞上橡皮塞（这时止水夹处于关闭状态），再通过长颈漏斗加入适量的滴有酚酞的水。

回答下列问题：

（1）实验前检验该装置气密性的方法是____________________________________________

____________________________________________________________________________。

（2）金属钠投入煤油后的现象是_________________________________________________。

（3）通过长颈漏斗加入滴有酚酞的水后的现象是___________________________________

____________________________________________________________________________；

反应结束时，长颈漏斗与试管中液面高度的关系是________________________________

____________________________________________________________________________；

若将滴有酚酞的水换成硫酸铜溶液，则产生的现象中，不同于原来的实验现象有______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________。

（4）为了获得较纯的气体产物，其操作方法是_________________________________________

______________________________________________________________________________。

答案　

（1）关闭止水夹，向长颈漏斗中加入水，直至漏斗内液面高于试管内液面，持续一段时间后，液面仍保持一定高度差，说明气密性良好（其他合理答案也可）

（2）沉入煤油底部

（3）剧烈反应，产生气泡，钠在两液面间上下跳动，直至消失，下层溶液变红色　长颈漏斗中液面高于试管中液面

有蓝色沉淀生成

（4）反应初期打开止水夹，待排出液面上方的空气后再关闭止水夹（或验纯后再收集）

解析　

（2）由于金属钠的密度大于煤油的密度，所以金属钠投入煤油后，钠沉入煤油底部。

（3）通过长颈漏斗加入滴有酚酞的水后，金属钠与水剧烈反应，有气泡产生，钠在两液面间上下跳动，直至消失，下层溶液变红色；反应结束时，由于试管中压强增大，长颈漏斗中的液面高于试管中的液面；若将滴有酚酞的水换成硫酸铜溶液，除了以上现象外，溶液中还有氢氧化铜蓝色沉淀生成。

（4）为了获得较纯的气体产物，反应初期打开止水夹，待排出液面上方的空气后再关闭止水夹（或验纯后再收集）。

16．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_______________________________________________________________________