17化学研究的方法.doc

第1课时 化学研究的方法考点聚焦1知道实验、模型、分类、比较、观察、假说等方法的界定、使用步骤、实际应用，能说出研究物质性质的基本程序并具有运用此程序的意识，体验这些方法对化学研究的作用。2体验实验、假说、模型、比较、分类等科学方法对化学研究的作用。考点精讲一、化学科学的研究方法1主要方法（1）观察：一种有计划、有目的的用感官考察研究对象的方法。人们既可用感觉器官观察物质的颜色、状态、气味，也可借用一些仪器进行观察，从而提高观察的灵敏度。例如，我们通过观察钠的颜色、状态、保存方法及钠与水反应的现象，可以分析归纳出金属钠是硬度、密度较小，熔点较低的银白色固体。（2）实验：借助实验，可以分离和提纯所需要的物质，确定组成物质的元素及含量，解释物质的微观结构，揭示化学现象的本质。实验一般可分为定性实验和定量实验。实验的一般程序是：明确实验目的设计实验步骤准备实验药品和装置实施实验记录结果及分析反思。（3）分类：指分门别类地对所研究的对象进行研究，从而总结出各类事物的一般规律，或者将所研究的某一对象归类，通过这一类事物的一般规律深刻认识所研究的对象。例如，在有机化学中学习烃类物质时，可根据烃的组成和结构将烃分为烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃进行研究。（4）比较：找出比较对象（如化学概念、物质性质）间的异同，认识比较对象间的内在联系。例如，通过对金属钠和金属铁的物理性质和化学性质的比较。可以在理解的基础上，更加牢固地掌握金属钠作为金属单质的通性以及作为活泼金属的特性。（5）假说：以已有的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明。假说提出后需要实验的证实，才能成为科学理论。（6）模型：以客观事实为依据建立起来的，是对事物及其变化的简化模拟。模型一般可分为理论物体模型和理论思维模型。例如：人类对原子结构的认识，就经历了道尔顿的原子模型（1803年）、汤姆逊的“葡萄干布丁”模型（1903年）、卢瑟福的核式模型（1911年），玻尔电子层排布模型（1913年）、量子力学模型（1926年）等不断发展深化的理论物体模型过程。再如，人们对于物质可能具有的化学性质的分析，首先确定该物质类别，通过该类物质的化学性质的通性确定该物质可能有哪些性质；然后再分析构成物质的各元素的价态是处于最高价、最低价、还是中间价态，判断可能发生的氧化还原反应；最后再通过实验验证这些化学性质是否真正存在，这是一种理论思维模型。2研究物质性质的一般程序观察物质的外观预测物质的性质实验和观察解释和结论可以运用分类的方法，根据物质所属的类别或利用有关反应规律预测物质的性质对实验现象进行分析、推理，概括出结论验证预测并做出新的预测发现特殊现象，提出新问题运用比较的方法，归纳出物质的通性和特性进一步研究3研究未知物性质实验设计对未知物应该先根据观察对其成分进行大胆猜测，以确定性质实验设计的方向。例如，蓝色晶体可能是铜的化合物，紫色晶体可能是高锰酸钾或钾单质等。另外，可以根据气体的气味初步判断气体的成分。在观察过程中，当得不到明显的信息时，一般可按如下次序进行实验：将物质加热，观察其稳定性。如果物质受热时状态发生变化，要注意判断是否有气体产生，气体的气味如何，是否有水凝结等。检验物质的酸碱性。对于可溶性的物质，可以用pH试纸或酸碱指示剂检验；对于难溶性物质，则可以分析其能否与酸、碱反应氧化还原性。分析物质与常见的强氧化剂如高锰酸钾溶液、硝酸、三氯化铁溶液或常见的强还原剂如铁粉、锌粉、一氧化碳、氢气等是否反应；若能反应，则要注意观察反应的情况，如观察反应发生的条件、难易等。4研究已知组成(或结构)的物质性质实验的设计对于已知组成(或结构)的物质，首先应该研究其元素组成、所含离子或原子团，根据已有的知识经验，猜测其可能具有的性质，再根据猜测的结果，设计相应的实验加以验证。因些，熟练掌握常见物质的性质是非常必要的。应用迁移【例1】已知甲烷可在空气中燃烧，现用如图所示的方法研究甲烷在空气中燃烧的产物是什么，请回答下列问题：（1）说明甲烷燃烧中有水的依据是 。（2）要说明甲烷燃烧的产物中有二氧化碳，还应进行的实验是： 。（3）从研究物质性质基本方法的方面来说，采用的研究方法主要包括 。（4）从研究物质性质基本程序的方面来说，其研究程序是 。解析：研究物质的基本方法有观察法、实验法、分类法、比较法。观察生成物的外观性质：无色的水蒸气在烧杯内壁遇冷后凝结为无色的液体。根据二氧化碳的化学性质预测，实验法验证无色的二氧化碳气体能使澄清石灰水变浑浊。答案：（1）烧杯内壁上产生了无色液体（2）观察烧杯内气体为无色，闻不到特殊气味。待火焰自然熄灭后立即关闭甲烷气源，小心地将烧杯正立，向其中倒入少量澄清石灰水，轻轻振荡烧杯，观察石灰水变浑浊。（3）观察法、实验法（4）观察物质的外观性质预测物质的性质实验和观察解释及结论【例2】水杨酸(邻羟基苯甲酸)最早来自杨柳树叶子的提取物，有解热镇痛的功效，广泛用于感冒药的生产。请设计实验，研究水杨酸的化学性质。解析：首先研究水杨酸的基本结构：含有苯环、酚羟基、羧基。故应该兼有这三种官能团的性质。可设计水杨酸与三氯化铁溶液及与溴水的反应、水杨酸酸性检验、羧基的酯化反应等实验。因为酚羟基不易直接发生酯化反应，故可不设计酚羟基的酯化实验。另外，应该考虑分子内不同官能团间的相互影响，如可设计实验比较水杨酸与苯甲酸的酸性强弱等。值得注意的是，题目中只笼统地说“研究水杨酸的化学性质”，并没有具体指出哪些方面的化学性质，故此题是很大的，限于中学的实验条件，一般不可能对其化学性质进行面面俱到的研究。如苯环的催化加氢等性质，就很难进行实验研究。再如，一般有机化合物都具备的还原氧化铜等性质，也没有必要专门进行实验研究。此题中只根据水杨酸的结构，设计其典型性质的实验即可。【答案】：根据水杨酸的结构，可设计如下实验：（1）检验水杨酸的酸性：用玻璃棒蘸取水杨酸溶液，测其pH，观察其酸性。把水杨酸的浓溶液滴加到浓的苯甲酸钠溶液中，观察是否有苯甲酸的沉淀产生，以判断水杨酸与苯甲酸的酸性强弱。（2）将水杨酸的溶液滴加到浓溴水中，观察有无白色沉淀产生。（3）向少量水杨酸溶液里滴加三氯化铁溶液，观察溶液的颜色变化。（4）把2 g左右水杨酸溶于3 mL乙醇（于大试管中），再向其中加入3 mL浓硫酸，并加入几片碎瓷片，小火加热试管，并将产生的气体导到另一盛有饱和碳酸钠溶液的试管上方，观察有无不溶于水的液体出现。若有，则振荡静置后，闻其气味。课时训练1某同学对亚硫酸钠的化学性质进行以下探究并写如下实验报告。请帮助他完成实验报告并回答以下问题：实验报告物质类别化学性质预测实验验证(仪器：试管、胶头滴管)现象实质(用离子方程式表示)Na2SO3正盐可以和酸(如 )反应出现大量气泡，有刺激性气味可以和盐(如氯化钡)反应可与碱(如 )反应出现白色沉淀实验报告物质硫元素化合价化学性质预测实验验证(仪器：试管、胶头滴管)现象实质(用离子方程式表示)Na2SO3+4氧化性将硫化钠、亚硫酸钠配成混合液，加盐酸出现淡黄色沉淀还原性将氯水加入Na2SO3溶液中，氯水颜色消失根据以上报告，回答下面问题：（1）如何鉴别亚硫酸钠和碳酸钠？（2）敞口放置亚硫酸钠，亚硫酸钠可能变质为 ，如何证明亚硫酸钠已经变质？2下面是某同学研究氯气性质过程中的一个片断。请你帮助他完成部分实验并补全实验记录。观察氯气的颜色、状态： 色 状态；闻氯气的气味： 气味。预测氯气是一种非金属单质，它可能具有的性质有 。从元素化合价的角度分析，它可能具有的性质有 。实验探究实验内容实验操作实验现象推断生成物氯气与铁反应氯气与氢气反应氯气与碘化钾溶液反应实验结论（1）氯气与铁反应生成 。氯气与氢气反应生成 。（2）通过比较氯气和曾经学习过的氧气等非金属单质的性质，可推知氯气的化学性质 ，能与 反应。（3）这位同学是按照怎样的程序来研究物质性质的？（4）在上述过程中，该同学都用到了哪些研究物质性质的方法？（5）说明闻气体气味的方法。3对牙膏的探究要用到许多知识。（1）下表列出了三种药物牙膏中的摩擦剂。请在表中填写三种摩擦剂所属的物质类别。两面针儿童牙膏珍珠王防臭牙膏中华透明牙膏摩擦剂氢氧化铝碳酸钙二氧化硅摩擦剂的物质类别（指酸、碱、盐、氧化物）（2）根据你的推测，牙膏摩擦剂的溶解性是 （填“易溶”或“难溶”）（3）牙膏中的摩擦剂碳酸钙可以用石灰石来制备。某学生设计了一种制备碳酸钙的实验方案 ，其流程图为： 高温 加水 加碳酸钠溶液石灰石 生石灰 石灰水 碳酸钙请写出上述方案中有关反应的化学方程式： （4）请你仍用石灰石为原料（其它试剂自选），设计另一种制备碳酸钙的实验方案。仿照（3）所示，将你的实验方案用流程图表示出来：石灰石你设计的方案优点是： 。（5）检验牙膏中是否含有碳酸盐的实验方法是： 。（6）某学生为了测定一种以碳酸钙为摩擦剂的牙膏中碳酸钙的含量，用烧杯称取这种牙膏膏体100.0 g，向烧杯中逐渐加入稀盐酸至不再有气体放出（除碳酸钙外，这种牙膏中的其他物质不能与盐酸反应生成气体），共用去稀盐酸200.0 g。反应完毕后称得烧杯内物质的质量为278.0 g。（所有质量数据均不含烧杯质量）。请你计算这种牙膏中碳酸钙的质量分数。（可能用到的相对原子质量：H:1; C:12; O:16; Cl:35.5; Ca:40） 4. 某化学课外小组为试验一未知有刺激性气味气体的性质，设计如下连续实验，并进行了记录 ：步骤实验内容实验现象1一定量气体通过足量灼热的氧化铜固体由黑变红2继续通入盛有足量无水硫酸铜的干燥管硫酸铜固体变蓝色3剩余气体通过足量的氢氧化钡溶液溶液中出现白色浑浊，无气体逸出4向白色浑浊中加稀盐酸逸出无色无味气体根据以上实验结果，小组成员展开了如下讨论：甲同学认为，步骤4所得无色无味气体是二氧化碳，说明原气体被氧化铜氧化得到水和二氧化碳，故原气体应该是氢气和一氧化碳的混合物。请回答问题：（1）乙同学否定甲同学结论的原因是 （2）可以帮助乙同学确定原气体是否含有氧元素的实验是： 。A分别测定固体氧化铜、无水硫酸铜、氢氧化钡溶液在反应前后的质量差依次为m1、m2、m3B测定参加反应气体的质量，以及无水硫酸铜、氢氧化钡溶液在反应前后的质量差依为n1、n2、n3C测定参加反应气体的质量，以及固体氧化铜在前后的质量差依次为p1、p25维生素C是生命活动中不可缺少的物质，不同的饮料中维生素C的含量不同。下面是小明同学应用学到的实验方法测定(比较)橙汁、果味饮料中维生素C含量的实验方案与结果。【实验目的】测定不同饮料中维生素C的含量【实验原理】（1）维生素C是一种无色易溶于水的有机物，能够和碘水反应。（2）淀粉遇碘水变蓝色。【实验用试剂】碘水、淀粉溶液、已知浓度的维生素C标准溶液、蒸馏水。【实验过程】（1）在4支试管中分别盛有3.0 mL下列物质：蒸馏水、标准维生素C溶液、橙汁、果味饮料。分别向4支试管中滴加2滴淀粉溶液。（2）在试管中滴加1滴碘水，试管中物质变蓝色；（3）按相同的操作方法向试管中滴加碘水，振荡试管，如试管中物质未