第四单元 研究型实验课题一物质性质的研究1.学习综合运用已有知识、技能进行实验探究的一般思路和方法。2.能运用已学知识、技能对一些物质的性质进行探究。一二三一、化学实验探究的一般步骤1.明确要想知道什么或证明什么,也就是要提出欲探究的问题,即实验目的。2.根据实验的目的,选择合适的方法,包括合适的反应、仪器、条件等,设计出实验探究的具体步骤。3.认真细致地进行实验,如实记录数据、现象。4.对实验结果进行认真的整理、讨论、分析,得出结论。我们通常通过物质的哪些性质来了解或介绍某一物质?提示:我们研究某种物质,一般研究其物理性质与化学性质两方面,物理性质包括颜色、气味、状态、熔点、沸点、硬度、密度、溶解性、导电性等,化学性质包括氧化性、还原性、酸碱性、可燃性、稳定性等。一二三二、纯净物与混合物性质的比较1.组成比较纯净物是由一种物质组成,混合物是由两种或两种以上物质组成。2.相关知识(1)水的物理性质:纯净的水是没有颜色、没有气味、没有味道的液体。101kPa时,水的凝固点为0,沸点为100。4时,水的密度最大,为1gcm-3。(2)合金:由两种或两种以上金属或金属与非金属熔合在一起形成具有金属特性的物质。合金的熔点低于组成合金各金属的熔点,形成合金后硬度变大。一二三3.比较纯水和水溶液的凝固点(1)实验原理:两种以上纯净物混合之后,往往会表现出不同于任一成分纯净物的新性质。如,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不同。(2)实验步骤:取甘油溶液和蒸馏水各半试管(等量),再各插入一支细木条,备用。向盛有冰水共存物的烧杯中加入45药匙粗盐,搅拌,使其温度下降至-5-6后,将上述两支试管同时置于冰盐混合物中冷却。67min后,同时取出两支试管,观察到试管内的甘油溶液没有凝固,蒸馏水已经凝固,动一动两支试管中的木条,发现插入蒸馏水中的木条与蒸馏水凝固在一起,而插入甘油溶液中的木条仍能活动。(3)结论:甘油溶液可作汽车防冻液,氯化钠可作融雪剂,冰盐水可作制冷剂。这些应用,都是利用混合物凝固点降低的性质。一二三4.比较单质金属与合金的某些性质(1)实验原理:通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。通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的不同。(2)实验步骤:a.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,得出结论:组分金属的熔点合金。b.取铁丝、纯铁、不锈钢分别浸泡在同浓度盐酸中,比较反应的剧烈程度:铁丝纯铁不锈钢。c.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,结论同上。比较焊锡条与金属锡硬度大小的简单方法。提示:分别扭曲焊锡条和金属锡,易扭曲的硬度小。一二三三、金属镁、铝、锌化学性质的探究 一二三一二三实验结论是金属活动性:MgAlZn。说明:(1)镁与盐溶液反应时,往往会促进盐的水解。如镁与硫酸铜溶液反应时会产生氢气并生成蓝色沉淀。镁与氯化铁溶液反应一般不发生与铁的置换,而是有氢气与红褐色沉淀生成。(2)锌能溶于强碱(Zn+2NaOHNa2ZnO2+H2)。锌离子能与氨分子形成配离子,因此锌也可溶于氨水,而铝离子不能与氨分子形成配离子,因此铝不溶于氨水。锌溶于氨水的离子方程式:Zn+4NH3+2H2OZn(NH3)42+H2+2OH-。(3)氢氧化锌是两性氢氧化物,能溶于强碱,而且锌离子能与氨分子形成配离子,因此氢氧化锌可溶于氨水,而氢氧化铝不溶于氨水。氢氧化锌溶于氨水的离子方程式:Zn(OH)2+4NH3H2OZn(NH3)42+2OH-+4H2O。一二三Al、Al(OH)3能否如Zn、Zn(OH)2一样溶于氨水?提示:不能。铝离子不能与氨分子形成配离子,因此铝不溶于氨水,Al(OH)3也不溶于氨水。一二三一、金属活动性顺序、金属的性质及金属的冶炼方法 一二三一二三一二三一二三二、探究混合物性质实验注意事项1.比较水与水溶液的凝固点实验注意事项(1)两支试管中的液体应等量,两支试管不能相互接触。准备的烧杯容积不应小于250mL,以保证试管盛装液体的部分能完全浸没在冰水共存物中。(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,可以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。二可以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。一二三(4)为使试管温度下降更快,可采取以下措施:一是将盛有冰水共存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(用多层报纸作保温层,廉价易得,保温效果较好),以便与环境隔离,减少冰水共存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。六是冰水共存物中加入粗盐后应充分搅拌。一二三2.比较单质金属与合金的某些性质实验注意事项(1)可供选择的合金有家用保险丝、焊锡条等。(2)合金与组分金属条应相同粗细。(3)用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小时。一二三三、锌及其化合物性质的探究1.探究思路2.探究过程(1)预测。一二三(2)探究。锌与氧气、硫、盐酸、氢氧化钠溶液、硫酸铜溶液作用的现象。氧化锌与盐酸、氢氧化钠溶液作用的现象。氢氧化锌与盐酸、氢氧化钠溶液、氨水作用的现象。氯化锌溶液性质:测溶液的pH;向其溶液中加一条打磨干净的镁条;向其溶液中分别加氢氧化钠、氨水至过量,观察记录有关现象并解释。知识点1知识点2知识点3知识点1 金属的活动性【例题1】将铁粉、铜粉、FeCl3溶液、FeCl2溶液和CuCl2溶液,混合于某种容器中充分反应(假定组成容器的物质不参与反应),试判断下列情况下容器中金属离子和金属单质的存在情况。(1)若铁粉有剩余,则容器中不可能有。(2)若氯化铜有剩余,则容器中还可能有。(3)若氯化铁和氯化铜都有剩余,则容器中不可能有,可能有。(4)若氯化铁有剩余,则容器中不可能有。知识点1知识点2知识点3解析:解答本题应首先弄清物质间可能发生的反应,凡相互间能发生反应的物质就不可能(大量)共存,本题涉及的反应有:(1)若铁粉有剩余,则容器中就不可能有Fe3+、Cu2+,因为它们能发生上述反应。(2)若CuCl2有剩余,则容器中不可能有Fe,可能有Fe3+、Fe2+(或Cu、Fe2+)。(3)若FeCl3和CuCl2均有剩余,则容器中不可能有Fe、Cu,可能有Fe2+。(4)若FeCl3有剩余,则容器中不可能有Fe、Cu。知识点1知识点2知识点3答案:(1)Fe3+、Cu2+(2)Fe3+、Fe2+(或Cu、Fe2+)(3)Fe、CuFe2+(4)Fe、Cu点拨本题是对金属性质的考查。金属的共性是金属原子的还原性、金属离子的氧化性。氧化还原反应的先后顺序:即氧化性强的阳离子先反应,还原性强的金属原子先反应。知识点1知识点2知识点3知识点2 探究锌与铝的性质【例题2】锌和铝都是活泼金属,其氢氧化物既能溶于强酸,又能溶于强碱,但是氢氧化铝不溶于氨水,而氢氧化锌能溶于氨水,生成Zn(NH3)42+。回答下列问题:(1)单质铝溶于氢氧化钠溶液后,溶液中铝元素的存在形式为(用化学式表示)。(2)写出锌与氢氧化钠溶液反应的化学方程式。(3)下列各组中的两种溶液,用相互滴加的实验方法即可鉴别的是。硫酸铝和氢氧化钠硫酸铝和氨水硫酸锌和氢氧化钠硫酸锌和氨水(4)写出可溶性铝盐与氨水反应的离子方程式。试解释在实验室不适宜用可溶性锌盐与氨水反应制备氢氧化锌的原因。知识点1知识点2知识点3解析:因铝、锌性质相似,本题可考查我们在灵活应用铝的性质基础上的知识迁移能力。由于从教科书上学习了Al与NaOH溶液反应的方程式,所以我们可轻松地获得(1)的答案为Al与碱的反应,推导出Zn+2NaOHNa2ZnO2+H2;利用题干信息,Al(OH)3和Zn(OH)2性质差异性,可判定滴加顺序不同,现象也不一样;而不论怎样滴加,现象只有一个,即产生白色沉淀。因Zn(OH)2能溶于过量氨水,不易控制氨水的量,故不适宜在实验室用可溶性锌盐与氨水反应制取Zn(OH)2。知识点1知识点2知识点3知识点1知识点2知识点3知识点3 物质化学性质的实验探究方案【例题3】铁是日常生活中常见的金属,某班同学在学习铁的知识时,有下列问题:问题一铁为何称为黑色金属?问题二CuO在高温下可分解为Cu2O和O2,Fe2O3在高温下可分解为FeO和O2吗?(1)对于问题一,同学们上网查找,有两种解释:A.因为在铁表面有黑色的铁的氧化物,所以叫黑色金属;B.因为铁的粉末为黑色,铁的氧化物也均为黑色,所以叫黑色金属。你认为上述说法中无知识性错误的是。若有一黑色粉末,如何鉴别是铁粉还是Fe3O4粉末:。若有一黑色粉末,为铁和四氧化三铁的混合物,如何证明其中有Fe3O4(只要求简述实验方法):。知识点1知识点2知识点3(2)对于问题二,同学们准备进行实验探究,他们设想了两种方法:A.将三氧化二铁高温灼烧,看灼烧前后颜色是否变化;B.将三氧化二铁高温灼烧,看灼烧前后质量是否变化。实验中应将Fe2O3放在(填仪器名称)中灼烧。方法A中,如果高温灼烧后颜色由变为,说明Fe2O3确实发生了变化。能说明生成的一定为FeO吗?(填“能”或“不能”)。理由是。方法B中,如果发生了预期的反应,固体高温灼烧前后质量比应为,但是,实验结果是固体灼烧前后质量比为3029,则高温灼烧后固体生成物是。比较两种方法,你认为较好的方法是。知识点1知识点2知识点3解析:这是道探究性的实验题,考查了Fe与Fe3O4的性质及Fe2O3受热分解产物验证实验方案的评价。解题关键是:把握好Fe、Fe3O4、Fe2O3的性质及2Fe2O34FeO+O2的定量计算。(1)B错误,因为Fe2O3是红棕色的;常用的方法是加酸溶解,金属与稀盐酸反应生成氢气,而Fe3O4与酸反应时没有气泡产生;鉴别混合物中是否有Fe3O4固体,可以用还原剂将氧化物还原,检验氧化产物,如用氢气还原,则检验是否有水生成,如用CO还原,则检验是否有CO2气体生成。知识点1知识点2知识点3(2)因为Fe2O3是红棕色的,FeO是黑色的,若方法A成立,那么颜色变化是由红棕色变为黑色,但从颜色并不能直接判断,因为也可能生成黑色的Fe3O4,6Fe2O34Fe3O4+O2;若方法B成立,则下列反应成立:2Fe2O34FeO+O2,灼烧前后的质量之比为(2160)(472)=109,若质量之比是3029,则发生了反应6Fe2O34Fe3O4+O2,最后的分解产物是Fe3O4和O2;结合两种方法的分析,方法B更严密,此方法涉及了定量计算,而方法A仅仅是定性地从颜色来观察,不严密。知识点1知识点2知识点3答案:(1)A取黑色粉末少许于试管中,加适量稀盐酸或稀硫酸,若有气泡产生则原黑色粉末为铁,若无气泡产生则原黑色粉末为Fe3O4(其他合理答案也可)用干燥的氢气与黑色粉末加热反应,用无水硫酸铜检测是否有水产生(或用纯净的一氧化碳与黑色粉末加热反应,用澄清石灰水检测是否有二氧化碳产生)(其他合理答案也可)(2)坩埚红棕色黑色不能也可能为Fe3O4109Fe3O4B1 2 3 41下列有关纯铁的描述正确的是()A.熔点比生铁的低B.与相同浓度的盐酸反应生成氢气的速率比生铁的快C.在潮湿空气中比生铁容易腐蚀D.在冷的浓硫酸中可钝化解析:生铁主要是铁与碳的合金。合金的熔点低于成分金属的熔点;生铁与盐酸反应时,铁、碳可以形成原电池,增大了反应速率,同样原理,生铁在潮湿空气中腐蚀较快。铁在常温下遇浓硫酸或浓硝酸会钝化。答案:D1 2 3 42下列各组金属混合物的质量相同,它们分别与足量盐酸反应,在相同的条件下产生的氢气体积也相同,则其中锌的含量最多的是()A.锌和铁B.锌和铝C.锌和镁D.锌和钠解析:因为单位质量的铝生成的氢气最多,所以铝、锌混合时锌的质量分数最大。答案:B1 2 3 43某化学兴趣小组对奥运会金牌成分提出猜想:甲认为金牌是由纯金制造;乙认为金牌是由金银合金制成;丙认为金牌是由黄铜(铜锌合金)制成。为了验证他们的猜想,请你选择一种试剂来证明甲、乙、丙猜想的正误()A.硫酸铜溶液 B.稀硝酸C.盐酸D.硝酸银溶液解析:利用成分金属的活动性差异加以鉴别。答案:B1 2 3 44下表是某种常见金属的部分性质:将该金属投入冷水中无变化,投入稀盐酸中可产生大量的无色气体。试回答:(1)推断该金属可能的一种用途:,该金属的活动性比铜(填“强”或“弱”)。1 2 3 4(2)请自选试剂,设计不同的实验探究该金属与铁的活动性强弱,并完成下表:解析:本题考查了金属的性质及验证金属活动性的实验设计(利用金属间的置换反应或原电池原理等)。但不能将该金属投入到FeCl3溶液中来判断该金属与铁的活动性强弱。1 2 3 4答案:(1)电线电缆(或加热器皿等)强(2)