高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 研究物质性质的方法和程序第1课时导学案

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第1课时　研究物质性质的基本方法1．认识钠是一种非常活泼的金属单质，了解钠的物理性质、主要化学性质，形成科学探究与创新意识的化学核心素养。2．在归纳金属钠的性质的过程中，体验分类、比较等研究方法在研究和学习物质性质过程中的重要应用，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。3．根据氧化钠是碱性氧化物和碱性氧化物的通性，预测氧化钠、过氧化钠的性质，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  1．观察法观察是一种有计划、有目的地运用感官考察研究对象的方法。观察2．实验法在研究物质性质的过程中，可通过实验来验证对物质性质的预测或探究物质未知的性质。(1)实验注意事项实验过程中，要注意控制温度、压强、溶液的浓度等条件，这是因为同样的反应物在不同的条件下可能会发生不同的反应。(2)实验步骤　　3.分类法(1)概念：根据分析对象的共同点和差异性，将对象分为不同的种类，并且形成有一定从属关系的、不同等级的、系统的逻辑方法。(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；②可以预测物质的性质。4．比较法(1)含义：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。(2)比较法的分类比较法1．清蒸大闸蟹由青色变成红色，一同学认为这种红色物质可能像酸碱指示剂一样，遇到酸或碱颜色会发生改变。就这位同学的看法而言，这应该属于科学探究中的(　　)A．实验　　　　　　　　　　 B．假设C．观察 D．分类解析：选B　本题给出的信息中，没有做实验，故A错误；该同学认为这种红色物质可能就像酸碱指示剂一样，遇到酸或碱颜色会发生改变，则这位同学的看法属于建立假设，故B正确；没有做实验，就无法观察现象，故C错误；没有做实验，不能得出结论，也无法进行分类，故D错误。2．下列有关研究物质性质的方法中，说法不正确的是(　　)A．研究物质的性质时，常用到观察、实验、分类、比较、模型、假设等方法B．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C．科学家提出的假说一定能成为科学理论D．使用模型有助于人们研究物质的性质解析：选C　观察、实验、分类、比较、模型、假设等是研究物质性质时常用到的方法，A项正确；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，B项正确；假说不一定是正确的，C项错误；通过建构模型对物质或物质的变化进行简化模拟，有助于人们研究物质的性质，D项正确。3．某学习小组探究钠的化学性质，进行如下活动：(1)该小组认为钠属于金属单质，其研究方法为________。(2)用小刀切开钠块(已用滤纸吸去表面的煤油)，切面呈银白色，有金属光泽，其研究方法为________。(3)将钠放置于石棉网上用酒精灯加热，钠熔化成闪亮的小球，剧烈燃烧，发出黄色火焰，生成淡黄色固体，其研究方法为________________。解析：“钠属于金属单质”运用了分类法。“切面呈银白色，有金属光泽”运用了观察法。“将钠放置于石棉网上用酒精灯加热”运用了实验法。“钠熔化成闪亮的小球，剧烈燃烧，发出黄色火焰，生成淡黄色固体”运用了观察法。答案：(1)分类法　(2)观察法　(3)实验法、观察法 1．钠的取用用镊子将金属钠从试剂瓶中取出，用滤纸将其表面的煤油吸干，在玻璃片上用小刀切下一小块金属钠。[问题探讨](1)能否用手直接取用金属钠？提示：金属钠具有腐蚀性，不能用手直接接触金属钠。(2)实验室如何保存金属钠？剩余的金属钠如何处理？提示：少量的金属钠保存在煤油中；剩余的金属钠应放回原试剂瓶中。(3)上述研究金属钠的性质运用了哪些方法？提示：观察法。2．钠与水的反应向培养皿中加入适量的水，滴入1～2滴酚酞溶液，取一块绿豆粒大小的金属钠投入水中。　　　实验现象　　　　　　解释和结论[问题探讨](1)金属钠和水反应的化学方程式如何书写？提示：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。(2)若将金属钠投入滴有石蕊溶液的水中，会观察到什么现象？提示：浮、熔、游、响、蓝。(3)研究金属钠与水的反应运用了哪些方法？提示：实验法、观察法。3．钠与氧气的反应反应条件常温加热或点燃实验装置及仪器实验操作用镊子从煤油中取出一小块金属钠，用滤纸吸干其表面的煤油在玻璃片上用小刀切去一端的外皮，观察金属钠表面的变化把钠块放在坩埚中加热实验现象钠块表面呈灰色新切开的钠具有银白色的金属光泽，在空气中很快变暗钠先熔化成小球，然后剧烈燃烧，火焰呈黄色，生成淡黄色固体实验分析①钠的化学性质活泼，需要隔绝空气保存；②钠的质地软，常温下极易与氧气反应，化学方程式为4Na＋O2===2Na2O；③钠的熔点低，受热易熔化，受热时与氧气剧烈反应，化学方程式为2Na＋O2Na2O2实验结论钠与氧气反应时，条件不同，产物不同 1．钠的性质(1)物理性质状态颜色硬度密度熔点块状固体银白色质地柔软比煤油大、比水小低(2)化学性质①钠与水的反应金属钠能与水(滴有酚酞溶液)反应生成氢氧化钠和氢气：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。②钠与水溶液的反应钠与任何水溶液(如酸、碱、盐的水溶液)反应时，实质是钠与溶液中的H＋反应，产生H2。反应物质类别反应分析与酸钠投入酸中时，钠先与酸中的H＋反应，当酸反应完时，再与水反应，即“先酸后水”。如钠与盐酸的反应：2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑。钠与酸溶液的反应比钠与水的反应更剧烈，因为酸中的H＋浓度大与碱钠与碱溶液的反应实质是钠与水的反应与盐溶液钠与盐溶液反应，一般分两步考虑：先考虑Na与水反应生成NaOH，再考虑NaOH是否与盐反应将钠投入NaCl溶液中，只有H2放出：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑将钠投入饱和NaCl溶液中，有H2放出，还有NaCl晶体析出(温度不变)将钠投入CuSO4溶液中，有H2放出和蓝色沉淀生成(注意Na不能置换出Cu)：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑；CuSO4＋2NaOH===Cu(OH)2↓＋Na2SO4将两方程式叠加可得总反应：2Na＋2H2O＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑注意：在描述钠与盐溶液反应的现象时，不要忘记钠与水反应的现象，如Na与CuSO4溶液反应的现象：①浮在水面　②熔成闪亮小球③四处游动　④发出“嘶嘶”响声⑤形成蓝色沉淀将钠投入NaHCO3溶液中，有H2放出，酸式盐变成正盐：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑；NaOH＋NaHCO3===Na2CO3＋H2O ③钠与氧气的反应常温下，钠能与空气中的氧气反应生成氧化钠：4Na＋O2===2Na2O；加热条件下，钠在空气中燃烧生成过氧化钠：2Na＋O2Na2O2。2．钠露置于空气中的变化金属钠长期露置于空气中最终完全转变为Na2CO3粉末，此过程中的主要变化与现象：发生主要变化的化学方程式为①4Na＋O2===2Na2O②Na2O＋H2O===2NaOH④2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O，Na2CO3＋10H2O===Na2CO3·10H2O⑤Na2CO3·10H2O===Na2CO3＋10H2O3．钠的保存方法金属钠通常保存在煤油或石蜡油中，这是因为：①钠比煤油(石蜡油)的密度大；②煤油(石蜡油)与钠不发生化学反应；③钠暴露在空气中，能够与水、氧气发生反应。4．钠的重要用途(1)钾钠合金用于原子反应堆，用作导热剂。(2)制备Na2O2。(3)用作电光源：高压钠灯。(4)冶炼稀有金属。如冶炼金属钛：4Na＋TiCl4Ti＋4NaCl。　1．某学生将一小块钠投入滴有酚酞溶液的水中，此实验能证明钠下面4点性质中的(　　)①钠的密度比水的小　②钠的熔点较低　③钠与水反应时放出热量　④钠与水反应后的溶液呈碱性A．①④　 B．①②④　　C．①③④　　 D．①②③④解析：选D　将一小块金属钠投入滴有酚酞溶液的水中，钠块浮在水面上可证明钠的密度比水的小；熔成小球说明钠的熔点低、钠与水反应时放出热量；溶液变红色，说明钠与水反应后的溶液呈碱性，故选D。2．下列关于钠的说法不正确的是(　　)A．金属钠与O2反应，条件不同产物不同B．钠在通常情况下是固体，密度比水的小C．钠的化学性质活泼，少量的钠可保存在煤油中D．将金属钠投入水中，生成氢氧化钠，同时放出O2解析：选D　金属钠与O2反应，常温下生成氧化钠，加热条件下生成过氧化钠，A项正确；钠在通常情况下是固体，密度比水的小，B项正确；钠的化学性质很活泼，可与空气中的水蒸气和氧气反应，少量的钠可保存在煤油中，以隔绝空气，C项正确；将金属钠投入水中，生成氢氧化钠，同时放出氢气，D项错误。3．将金属钠分别投入下列物质的稀水溶液中，能生成白色沉淀的是(　　)A．HCl B．K2SO4  C．MgCl2 D．CuCl2解析：选C　在考虑钠与碱、盐的水溶液反应的问题时，注意钠与水反应的同时，还要考虑生成的NaOH与溶液中溶质的反应。钠与四种溶液反应都生成氢气；CuCl2溶液中会有蓝色沉淀生成，只有氯化镁溶液中可生成白色沉淀。4．金属钠投入水中可以观察到下列现象，请解释产生这些现象的原因：(1)钠浮在水面上：_______________________________________________________。(2)钠熔化成小球：________________________________________________________。(3)小球在水面上四处游动，并发出“嘶嘶”声：_____________________________。(4)钠逐渐变小，最后完全消失：___________________________________________。(5)滴有酚酞溶液的水变红：______________________________________________。解析：(1)由于钠的密度比水的小，所以钠浮在水面上；(2)钠的熔点比水的沸点低，且钠与水反应放出的热使钠熔化成小球；(3)钠与水剧烈反应，并有氢气产生，生成的氢气推动小球在水面上四处游动，并发出“嘶嘶”声。(4)钠与水反应生成可溶性氢氧化钠，所以钠逐渐变小，最后完全消失；(5)反应后生成氢氧化钠，溶液呈碱性，遇到酚酞溶液变红。答案：(1)钠的密度比水的小　(2)钠的熔点低，钠与水反应放热　(3)钠与水剧烈反应，并有氢气产生　(4)反应生成可溶性氢氧化钠　(5)反应生成氢氧化钠，溶液呈碱性  [问题探讨](1)钠着火时，能否用CO2或H2O灭火？为什么？提示：不能。钠着火燃烧生成Na2O2，Na2O2与H2O或CO2均能反应产生O2而助燃，应用沙子等与之不反应的物质进行灭火。(2)如何判断Na2O2与H2O反应所得气体是H2还是O2?提示：用排水法收集Na2O2与H2O反应产生的气体，若是H2则点燃产生爆鸣声；若是O2则可以使带火星的木条复燃。(3)将Na2O2加入紫色石蕊试液中有什么现象？并说明理由。提示：试液先变蓝后褪色。过氧化钠与H2O反应生成碱，使紫色石蕊试液变蓝，过氧化钠具有漂白性，故褪色。(4)在一支试管中加入1～2 g Na2O2，再滴加1～2 mL水，用手触摸试管外壁，有灼热感，说明什么问题？提示：Na2O2与H2O反应放出热量。1．氧化钠与过氧化钠的比较化学式Na2ONa2O2颜色白色淡黄色状态固体固体氧元素的化合价－2价－1价属类碱性氧化物过氧化物生成条件常温下缓慢氧化燃烧或加热稳定性不稳定，易转化为Na2O2较稳定与H2O反应Na2O＋H2O===2NaOH2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑主要用途—漂白剂、供氧剂转化：2Na2O＋O22Na2O2 [名师点拨](1)Na2O2是由Na＋和O组成的，其阳离子和阴离子数目之比为2∶1，与Na2O中的Na＋与O2－数目之比相同。(2)Na2O2比Na2O稳定，常温下，钠与氧气反应生成Na2O，而在加热条件下生成Na2O2，说明Na2O在空气中加热能与O2反应生成更稳定的Na2O2。(3)Na2O2与H2O的反应，实质上可以分成两个过程：①Na2O2＋2H2O===2NaOH＋H2O2，②2H2O2===2H2O＋O2↑。①×2＋②可得：2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑。2．三角度认识Na2O2与CO2、H2O反应的规律(1)质量角度2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑①2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2②对于Na2O2固体，在反应①中，Na2O2增加的质量实际相当于水中H的质量，其结果可以看作：Na2O22NaOH＋O；在反应②中，Na2O2增加的质量实际上相当于CO2中CO的质量，其结果可以看作：Na2O2Na2CO3＋O。综合以上分析，可以认为：Na2O2＋H2===2NaOHNa2O2＋CO===Na2CO3实际上两反应均不能发生，只是从质量的角度可看作Na2O2只吸收了H2O中的“H2”和CO2中的“CO”，Na2O2增加的质量等于H2和CO的质量，这样在处理H2和CO在氧气中点燃后被Na2O2完全吸收，分析固体质量变化问题时，会变得很方便。如果物质的分子组成符合(CO)m·(H2)n，W g该物质在O2中完全燃烧，将其产物(CO2和水蒸气)通过足量的Na2O2后，固体增重必为W g。或是由C、H、O三种元素组成的物质，只要C、O原子个数比为1∶1，即可满足该情况。(2)气体分子数角度2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O22Na2O2＋2H2O(气体)===4NaOH＋O2由化学方程式可以看出，将CO2、H2O(蒸气)通入足量的Na2O2固体中，充分反应后，气体分子数变为原来的一半。(3)反应先后顺序关系当CO2和H2O(气体)的混合气体与Na2O2反应时，由于Na2O2与H2O反应生成的NaOH能与CO2反应生成Na2CO3，所以可以视为Na2O2先与CO2反应，待CO2反应完全后，再与H2O(气体)反应。1．下列有关Na2O2的叙述中，正确的是(　　)A．过氧化钠与二氧化碳的反应是置换反应B．过氧化钠可用于呼吸面具中作为氧气的来源C．过氧化钠常用于自来水杀菌消毒D．阴离子与阳离子个数比为1∶1解析：选B　过氧化钠与二氧化碳反应产生Na2CO3和O2，反应物中无单质参加，因此该反应不属于置换反应，A错误；过氧化钠能够与人呼吸产生的CO2及H2O反应产生O2，因此可用于呼吸面具中作为氧气的来源，B正确；过氧化钠具有强氧化性，能够起杀菌消毒作用，但由于其反应产物具有强的腐蚀性，因此过氧化钠不能用于自来水的杀菌消毒，C错误；Na2O2中阳离子为Na＋，阴离子为O，故其中含有的阴离子与阳离子个数比为1∶2，D错误。2．下列叙述中不正确的是(　　)A．Na2O2是淡黄色固体，Na2O是白色固体，二者都能与水反应生成NaOHB．钠投入盐酸中，钠先与水反应C．将钠投入滴有紫色石蕊溶液的水中，水溶液变为蓝色D．2 g H2充分燃烧后产物被Na2O2完全吸收，Na2O2固体增重2 g解析：选B　钠与水反应的实质是与水电离出的氢离子反应，盐酸中氢离子的浓度大于水中氢离子的浓度，则钠投入盐酸中，钠先与盐酸反应，故B错误。3．Na2O和Na2O2在下列哪些性质上是相同的(　　)A．Na2O和Na2O2中氧元素的化合价B．与盐酸反应所观察到的现象C．长期放置在空气中的最终产物D．与水反应后滴加酚酞溶液所观察到的现象解析：选C　Na2O中O元素的化合价为－2价，Na2O2中O元素的化合价为－1价，氧元素化合价不同，故A不选；氧化钠与盐酸反应生成氯化钠、水，没有气体放出；过氧化钠与盐酸反应生成氯化钠、水和氧气，产生气泡，现象不相同，故B不选；氧化钠和过氧化钠长期放置在空气中，都会变质，最终都生成碳酸钠，所以最终产物相同，故C选；氧化钠和水反应生成氢氧化钠，滴加酚酞溶液后，溶液变为红色；过氧化钠和水反应生成氢氧化钠和氧气，滴加酚酞溶液先变为红色，随后又褪色，现象不同，故D不选。[分级训练·课课过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．下列关于钠与水反应的说法中，不正确的有(　　)①将小块的钠投入滴有紫色石蕊试液的水中，反应后溶液变红　②将钠投入稀盐酸中，钠先与水反应，后与HCl反应　③钠在水蒸气中反应(密闭)时因温度高会发生燃烧现象　④钠跟CuSO4溶液反应生成的蓝色沉淀上有时出现暗斑，这是析出了金属铜A．1项　　　　　　　　 B．2项C．3项 D．4项解析：选D　①金属钠和水反应生成氢氧化钠和氢气，氢氧化钠能使石蕊试液变蓝色，故①错误；②金属钠和酸的反应比和水的反应剧烈，将钠投入稀盐酸中，钠先与盐酸反应，后与水反应，故②错误；③钠在水蒸气中反应时，因缺氧不会发生燃烧，故③错误；④Na与H2O反应生成NaOH，NaOH再与Cu2＋反应生成Cu(OH)2，因Na与H2O发生的反应是放热反应，可导致生成的Cu(OH)2表面部分分解为CuO(黑色)而非Cu，故④错误。综上所述，全部错误，故选D。2．取一块金属钠放在燃烧匙里加热，观察到下列实验现象：①金属钠先熔化；②在空气中燃烧，放出黄色火花；③燃烧后得白色固体；④燃烧时火焰为黄色；⑤燃烧后生成浅黄色的固体物质。描述正确的是(　　)A．①② B．①②③C．④⑤ D．①④⑤解析：选D　取一块金属钠放在燃烧匙里加热，钠的熔点比较低，所以会先熔成一个小球，然后会燃烧起来，火焰为黄色，燃烧后生成淡黄色的固体过氧化钠。所以描述正确的是①④⑤，故选D。3．将适量的金属钠投入下列物质的溶液中，有气体放出，但无沉淀生成的是(　　)A．BaCl2溶液B．饱和Ca(OH)2溶液C．FeCl3溶液D．MgCl2溶液解析：选A　钠与盐溶液的反应可以分两步进行：钠首先和水反应生成氢氧化钠和氢气，再判断氢氧化钠和盐是否反应及生成物的溶解性。NaOH和BaCl2溶液不反应，无沉淀生成，故A选；由于金属钠消耗了溶剂水，导致部分Ca(OH)2析出，故B不选；NaOH和FeCl3溶液反应，生成氢氧化铁沉淀，故C不选；NaOH和MgCl2溶液反应，生成氢氧化镁沉淀，故D不选。4．下列对于Na2O、Na2O2的比较正确的一项是(　　)A．Na2O、Na2O2都是钠的氧化物，都能与H2O反应生成O2B．Na2O、Na2O2都是易溶于水(与水反应)的白色固体C．Na2O2具有漂白性，能够用来漂白食品D．含等质量钠元素的Na2O与Na2O2固体，加入等量且足量水充分反应后所得溶液溶质的质量分数相等解析：选D　过氧化钠能和水反应生成氢氧化钠和氧气，氧化钠与水反应只生成氢氧化钠，故A错误；过氧化钠是淡黄色固体，氧化钠是白色固体，故B错误；过氧化钠和水反应生成强碱氢氧化钠，氢氧化钠具有强腐蚀性，所以不能用于食品漂白，故C错误；由Na2O＋H2O===2NaOH、2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑可知，钠元素的质量相同时，生成的溶质(NaOH)质量相同，且反应后溶液的质量相同，故最终所得溶液溶质的质量分数相等。5．A、B、C是由H、O、Na三种元素中的两种或三种组成的化合物。甲、乙、丙是三种单质，分别由上述元素组成。上述单质和化合物之间存在如下反应关系：回答下列问题：(1)B的分子式为__________。(2)写出甲＋B→C＋丙的化学方程式：__________________________。(3)用脱脂棉花包住约0.2 g A的粉末，置于石棉网上，往脱脂棉花上滴水，可观察到脱脂棉花剧烈燃烧起来。①由实验现象得出的有关A和H2O反应的结论是____________________(填字母)。a．反应放热b．棉花在空气中可以自燃c．有O2生成d．A在空气中可以自燃②写出A和H2O反应的化学方程式：________________________。解析：根据题中信息分析可知甲是钠，乙是氧气，丙是氢气，A是过氧化钠，B是水，C是氢氧化钠。(1)B是水，分子式是H2O。(2)甲＋B→C＋丙的化学方程式为2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。(3)①脱脂棉花剧烈燃烧起来，说明反应放热，a正确；由该实验现象不能得出棉花在空气中可以自燃的结论，b错误；过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和氧气，即有O2生成，c正确；由该实验现象不能得出过氧化钠在空气中可以自燃的结论，d错误。②过氧化钠和H2O反应的化学方程式为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑。答案：(1)H2O　(2)2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑(3)①ac　②2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑