研究物质性质的方法(化学)

研究物质性质的方法和程序

化学是研究物质的组成、结构、性质和变化规律的一门科学，本讲内容就是告诉同学们研究物质性质的科学方法和基本程序。

【知识要点】:

一、研究物质性质的基本方法

观察法、实验法、分类法、比较法是研究物质性质的常用方法，尤其是前两种方法，是学习化学时必不可少的两种方法。

1、观察法：

观察不是简单地用眼看，而是有计划、有目的地去看。比如我们分析物质的物理性质，一般从颜色、状态、气味、熔点、沸点、硬度、密度、溶解性质等方面研究，这些方面都可以通过观察物质来得到。虽然，有一些不能得到具体数据，但通过观察可以定性的感受到熔沸点的高低、密度、硬度的相对大小等。所以，观察过程中必须注意到不仅看表面现象，还要积极地思考，对现象进行综合分析，得到有用的结论。

[观察·思考]：

观察金属钠的物理性质和钠与水的反应。通过对该实验的观察，主要是能够掌握从现象得到结论的方法。

2、实验法：

上述观察法中已涉及到了从实验中得到结论的思维方式,学习化学的过程中,会经常通过实验来验证物质的性质，甚至预测或探究物质未知的性质。对做的每个实验，不仅要仔细观察现象，更要书写完整的实验报告，最后依据实验结果分析出结论。

实验报告包括的内容有：实验目的、试剂和仪器、实验步骤、实验现象、记录、重要结论及思考的问题。教材中详细介绍了金属钠与O2反应的实验报告，同学们可以从中体会其书写格式，体会如何用实验法来研究物质的性质。

[活动·探究]:金属钠与氧气反应的实验

Na在空气中放置颜色变暗，而在空气中加热，生成淡黄色固体，前者是常温下Na表面被氧化为Na2O,后者是加热情况下Na与O2生成 Na2O2,可以得到启示：反应条件不同，生成产物不同。

[思维拓宽]

用小刀切下一小块钠，长期放置于空气中，出现的变化为：

银白色 → 变暗 → 白色固体 → 表面变湿 → 白色晶体 → 白色粉末

出现该变化的原因依次是：银白色变暗是Na被氧化为Na2O，Na2O吸水生成NaOH得白色固体，NaOH固体吸水潮解使表面变湿，表面为NaOH溶液易吸收CO2生成Na2CO3·10H2O白色晶体，该晶体风化得Na2CO3白色粉末。

通过上述实验现象的分析，得出一系列结论，把钠单质及其常见化合物的性质就可能综合到一块了。

3、分类法和比较法

这两种方法是数理化学习中经常使用的方法。化学教材中经常是从每族元素中各元素的性质总结出它们的相似性和递变性，分析这一类物质的通性和特性。也可以把不同章节、不同类型的物质进行综合比较，把知识点串到一块分析。

[交流·研讨]

1、金属Na与Fe性质的比较

(1)物理性质的相同点：纯净的Na、Fe都为银白色固体，都能导电、导热。

不同点：Na的熔点比Fe的低，Na的硬度比Fe小，Na的密度也比Fe小。

(2)化学性质的相同点：都能被O2氧化，都能与酸反应放出H2.

不同点：Na在空气中或O2中都能剧烈燃烧，铁丝只有在纯O2中才燃烧。Na在常温下就能与水反应,Fe与H2O常温下不反应，但可与水蒸气高温下反应。Fe能从CuSO4溶液中置换出Cu，Na则与CuSO4溶液反应生成Cu(OH)2蓝色沉淀。

2、预测金属具有的共同性质：

(1)金属大都为具有金属光泽的固体，具有良好的导电性、导热性和延展性。大多硬度比较大，熔沸点比较高。

(2)大多金属能与酸反应放出H2,能被O2氧化为金属氧化物。

3、在研究钠性质的过程中，观察法、实验法、分类法、比较法都用到了。

二、研究物质性质的基本程序

探究是新教材的一个亮点，探究的过程就是对物质性质研究的过程，研究的步骤有：

(1)观察物质的外观, (2)通过实验探究物质的性质, (3)观察现象，(4)得出结论。

[案例]:研究氯气的性质

研究Cl2的性质，除涉及到上述步骤外，还要用前面提到的几种方法:

1、观察Cl2分析物理性质：

通过观察，可总结出Cl2常温下为黄绿色气体，用手轻轻扇动可闻到有刺激性气味。倒扣在水槽中的Cl2，有少量的溶解。

2、预测Cl2的性质

Cl2和O2都为典型的非金属单质,已知O2具有较强的氧化性，在这些反应中，O2中的0价O元素被还原为－2价。据此可预测，非金属单质Cl2也有较强的氧化性，Cl元素从0价被还原为－1价，运用到了分类法和比较法。

3、验证预测Cl2的性质：

用实验验证

[实验1]：操作：红热的Fe丝伸进盛Cl2的集气瓶.

现象:铁丝在Cl2中燃烧产生红棕色烟，加水后得棕黄色溶液。结论:Cl2能把Fe氧化为FeCl3

变换:可以用铜丝代替铁丝在Cl2中点燃，铜丝也能在Cl2中燃烧。

结论:Cl2能把金属单质氧化为金属氯化物。

[实验2]：操作：空气中点燃H2，伸进盛Cl2的集气瓶.

现象:H2在Cl2中继续燃烧，产生苍白色火焰。结论:Cl2能和H2 反应生成HCl。

变换:可以用红磷代替H2在Cl2中点燃，红磷在Cl2中燃烧看到白色烟雾。

结论：Cl2能把H2、P等非金属单质氧化为非金属氯化物。

以上实验，验证了预测：Cl2与O2性质的相似性，都能氧化金属单质和非金属单质，运用了比较法和实验法。

4、进行新预测：

Cl2是否有不同于O2的性质呢？O2不溶于水，Cl2能溶于水吗？溶于水后，是单纯的物理变化，还是有化学反应呢？ Cl2溶于碱溶液吗？

5、实验探究

[实验3]：操作：把盛满Cl2的小试管倒扣在水中。

现象：试管内气体量减少，水上升一部分，所得溶液呈淡黄绿色。

结论：Cl2能溶于水。

Cl2是简单溶于水，还是与水反应，下面继继续通过实验验证：

[实验4]：把Cl2溶于水后的液体分装在三支试管中，做如下实验：

已知Cl2溶于水生成了盐酸，溶液中有漂白性的物质，是其中溶解的Cl2，还是生成的盐酸，还是有新物质，继续验证。

[实验5]：操作：把干燥的Cl2依次通过盛有干燥红纸条的集气瓶A和盛有湿润红纸条的集气瓶B，

现象：A中红纸条不褪色，B中红纸条褪色。

结论：Cl2不能直接漂白有色物质，应是Cl2与H2O生成了有漂白性的物质。

二、物质中有漂白性 [实验6]：操作：在红纸条上滴加盐酸。

现象：红纸条不褪色，结论：Cl2与H2O生成的盐酸不具有漂白性，说明Cl2与H2O还生成了具有漂白性的物质，这种漂白性物质中含Cl元素，其中次氯酸具有漂白性，故Cl2与H2O反应的生成物中有次氯酸。

反应为：Cl2＋H2O＝HCl＋HClO

6、再进行预测：

Cl2与H2O能生成两种酸，而酸与碱能发生中和反应，故Cl2也应能与碱溶液反应。

7、实验探究：

[实验7]：操作：把一盛满Cl2的试管倒扣在盛NaOH溶液的水槽中，现象：气体完全消失，NaOH 溶液充满试管，结论：Cl2与NaOH 溶液完全反应。

由Cl2与H2O 反应，可总结出Cl2与NaOH溶液反应的方程式：Cl2＋2NaOH＝NaCl＋NaClO＋H2O

[知识拓宽]：

1、Cl2能溶于碱,可用NaOH溶液对Cl2进行吸收，防止有毒的Cl2逸散到空气中，在做Cl2的制取和性质的实验中，最后必须用NaOH溶液对尾气进行吸收。

2、Cl2还能与Ca(OH)2反应，但由于石灰水浓度太稀，工业上常用石灰乳[Ca(OH)2的悬浊液]与Cl2反应制漂白粉，反应方程为:2Ca(OH)2＋2Cl2＝CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O.

[知识小结]:

由以上观察、分析、预测、探究可归纳出Cl2的性质

(1)Cl2为黄绿色有刺激性气味的气体

(2)Cl2溶于水,且能与水反应

(3)Cl2能与碱溶液反应

(4)Cl2具有强氧化性，能把大部分金属单质和非金属单质氧化

以上是通过实验进行验证总结出了物质的性质，化学的学习还要从结构上分析，物质为什么具有这些性质，需要研究物质内部的结构组成，常用到假说、模型法。这些是中学生不能达到，也无法用实验来解决。

【例题分析】

例1、根据你对金属钠性质的掌握，分析如下问题：

用金属钠制取Na2O通常采用以下方法：

2NaNO2＋6Na＝4Na2O＋N2↑

试说明为什么不采用钠在O2中燃烧而采用此法制取Na2O的原因

【分析】：因为金属钠在空气或氧气中燃烧会生成Na2O2,很难得到纯净的Na2O而题中的方法生成了N2,在N2环境中能保护Na2O不被继续氧化，可见,Na被O2氧化后的产物与反应条件有关。

【答案】：用燃烧的方法生成的产生中有Na2O2,用NaNO2与Na反应能生成N2，保护Na2O不被继续氧化为Na2O2

例2： 取两支充满氯气的大试管，向第一支中加入5mL蒸馏水，向第二支中加入5mLKOH溶液，用软木塞塞紧试管口，用力振荡，片刻后可观察到第一支试管上部空间呈_______色，溶液呈_________色，说明：①___________ ， ②___________ ，试管中发生反应的化学方程式为

_________ ；第二支试管中产生的现象为 _________ ，发生的反应化学方程式为 ___________ 。

【分析】：Cl2溶于水，能与水反应生成HCl、HClO，但Cl2溶于水的程度不大，上部仍是黄绿色的Cl2,溶液呈浅黄绿色，而Cl2能与碱完全反应，使黄绿色气体完全消失。

【答案】：黄绿色,浅黄绿色，

①Cl2在水中溶解度不大，

②Cl2溶于水后没有完全与水反应：Cl2＋H2O＝HCl＋HClO，

黄绿色完全消失,Cl2＋2KOH＝KCl＋KClO＋H2O

例3：

下表是验证饱和氯水中所含主要粒子的实验操作和实验现象，请根据实验要求将相应的操作和现象的标号填在答案栏内。

【分析】：已知知道了Cl2溶于水生成HCl、HClO故氯水中的成分有Cl2、HCl、HClO、H2O这些物质的性质都能表现出来，即氯水的性质是这些物质性质的综合。由于氯水中的Cl2有强氧化性，能把①中的H2S氧化为S，反应方程为：Cl2＋H2S＝S↓＋2HCl

S在溶液中为淡黄色沉淀。能把⑤中KI氧化为I2，I2遇淀粉变蓝，故C后面填①②或⑤③，由于氯水中的酸电离出的H＋,能使石蕊变红，随即由于HClO的漂白性，红色又褪去成无色，故a后面填③⑤，HClO能使品红褪色，故d后面填②④。

氯水中的 Cl－能与AgNO3中的Ag＋结合为AgCl白色沉淀,故b后面填④① 。

答案:a.③⑤ b.④① c.①②或⑤③ d.②④

【练习】：

1、①钠比水轻,②钠的熔点较低,③钠与水反应时要放出热量,④钠与水反应后溶液呈碱性。某学生将一小块金属钠投入滴有酚酞试液的水中,此实验能证明上述四点性质的 ( )