物质性质的研究样本.docx

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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、

6、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: 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

7、油溶液1甘油溶液2水凝固温度方案: 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

8、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

9、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

10、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

11、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250 mL, 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

12、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

13、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

14、: 同种酸不同浓度时性质比较例如, 冰醋酸与1 mol/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: 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: 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

15、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0.1moLL盐酸( 记录反映的剧烈程度) 在约2ml蒸馏水中加入金属后, 滴0.1moLL的盐酸( 记录出现气泡是, 加入的盐酸的量) MgAlZnFeCu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

16、剧烈, 难以区分实验现象。盐酸浓度以01 mol/L较为适宜。参考方案: 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

17、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

18、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

19、性。镁、 铝、 锌单质化学性质的探究实验设计参考金属单质MgZnAl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,

20、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1 mol/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: