高中第2节 研究物质性质的方法和程序导学案

研究物质性质的基本方法

一、研究物质基本性质的四种方法

1．研究物质的方法，通常有观察、实验、分类、比较等方法。

2．观察法

(1)定义：有计划、有目的地运用感官考察研究对象的方法。

(2)方式：用肉眼看、用鼻子闻、借助仪器观察等。

3．实验法

(1)含义：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的方法。

(2)注意的问题：在进行实验时，要注意控制温度、压强、溶液的浓度等条件。

(3)实验的步骤

4．运用分类的方法，总结各类物质的一般性质，并根据物质所属的类别对物质及其变化进行预测。

5．运用比较的方法，认识各类物质性质之间的异同，以及各类物质性质之间的内在联系。

　一元硬币的外观有银白色的金属光泽，一些同学认为它可能是铁制成的。在讨论时，有同学提出：“我们可以先拿磁铁来吸一下。”

同学们在探讨的过程中应用了研究物质性质的哪些方法？

[提示]　同学通过磁铁验证硬币是否属于铁，这属于用实验验证对物质性质的预测或探究物质未知的性质的方法。这一过程属于实验法，还应用了观察法。

二、金属钠的性质、用途及保存

1．物理性质

2．化学性质

(1)钠与水的反应

观察并记录结果，分析得出结论：

(2)钠与氧气的反应

3．用途

(1)钠和钾的合金可用作原子反应堆的导热剂。

(2)高压钠灯发出的黄光射程远、透雾能力强，常用作路灯。

(3)金属钠还可用于钛、锆、铌、钽等金属的冶炼。

4．保存

实验室中少量的金属钠保存在煤油或石蜡油中。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)金属钠着火时，可以用水灭火 (　　)

(2)取用金属钠时，剩余的钠放入废液缸 (　　)

(3)钠与皮肤接触会腐蚀皮肤，应用干燥的镊子夹取，不能用手直接接触 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)√

三、过氧化钠的性质及用途

1．物理性质：淡黄色的固体。

2．化学性质：

(1)与CO2反应：2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2。

(2)与H2O反应：2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑。

3．用途：作为呼吸面具和潜水艇里的供氧剂，也可作漂白剂。

　 某同学设计了一个“滴水点火，水火相容”的魔术实验，他用脱脂棉包住一些过氧化钠粉末放在石棉网上，向脱脂棉上滴几滴蒸馏水，结果脱脂棉竟然剧烈燃烧起来。我们知道水能灭火，为什么滴水生火？

[提示]　可燃物燃烧需要满足两个条件：有氧气、温度达到着火点。因此说明过氧化钠与水反应生成氧气且是放热反应。

1807年，戴维发现了金属钠。戴维把这种金属颗粒投入水中，发现它浮在水面上，在水面上急速奔跃，并发出“嘶嘶”的声音。

[问题1]　取一小块金属钠放入一定量稀盐酸中，能否反应？与水相比剧烈程度如何？

[提示]　能反应。在酸溶液中H＋浓度比水中大，所以钠在酸溶液中反应更剧烈。

[问题2]　钠与CuSO4溶液反应，能观察到哪些现象？涉及反应的化学方程式有哪些？

[提示]　现象：浮、熔、游、响、蓝(沉淀)。

涉及反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，CuSO4＋2NaOH=== Cu(OH)2↓＋Na2SO4。

[问题3]　已知Ca(OH)2的溶解度随温度升高而降低。试分析把一小块钠放入饱和石灰水中时会发生什么现象？

[提示]　钠浮在水面上，熔化成银白色的小球并四处游动，同时发出嘶嘶的响声。由于Na与水反应消耗水，且该反应放热，会使溶液温度升高，从而使Ca(OH)2因溶解度降低和溶剂减少而析出，所以还会观察到石灰水变浑浊。

1．钠与酸溶液反应

2．钠与碱溶液反应：其实质是钠与水的反应。如钠与氢氧化钠溶液的反应，即钠与水的反应。

3．钠与盐溶液反应

速记口诀：

遇酸酸优先，遇碱消耗水，遇盐水优先，遇氧看条件。

1．将一块金属钠投入足量的下列溶液中，既能生成气体，又能生成白色沉淀的是(　　)

A．稀硫酸    B．Ba(OH)2稀溶液

C．MgCl2溶液   D．CuSO4溶液

C　[Na投入稀硫酸、Ba(OH)2稀溶液中，只有气体产生；Na投入MgCl2溶液中，发生反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，MgCl2＋2NaOH===Mg(OH)2↓＋2NaCl，Mg(OH)2为白色沉淀；Na投入CuSO4溶液中，发生反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，CuSO4＋2NaOH===Cu(OH)2↓＋Na2SO4，Cu(OH)2为蓝色沉淀。]

2．将一小块钠投入盛有5 mL饱和澄清石灰水的试管中，不可能观察到的现象是(　　)

A．钠熔化成闪亮的小球

B．钠在液面上四处游动

C．溶液底部有银白色物质生成

D．溶液变浑浊

C　[钠与水反应放出大量的热，使钠熔成小球，故A正确；钠的密度小于水的密度，故一定小于饱和澄清石灰水的密度，所以会浮在液面上，钠与水反应生成的氢气使钠球在液面上四处游动，故B正确；钙的金属活动性强于钠，且钠、钙都易与水反应，所以钠不可能置换出钙，故C错误；因为反应消耗了水，且反应放热，所以饱和澄清石灰水中会有部分溶质析出而导致溶液变浑浊，故D正确。]

3．将一小块金属钠投入CuSO4溶液中，不可能观察到的现象是(　　)

A．溶液中有蓝色沉淀生成 B．有气体生成

C．有红色物质析出   D．钠在液面上熔成小球

C　[钠投入硫酸铜溶液中，钠和水反应生成氢氧化钠和氢气，钠的密度比水小，浮在液面上，反应放热使金属钠熔化，氢氧化钠和硫酸铜反应生成氢氧化铜蓝色沉淀，故不能看到红色物质析出。]

[问题1]　金属钠露置空气中，能和哪些物质发生化学反应？

[提示]　能和H2O、O2等物质反应。

[问题2]　钠单质暴露在空气中会不会有Na2O2生成？

[提示]　钠只有在加热条件下才会与O2反应生成Na2O2，故钠单质暴露在空气中不会有Na2O2生成。

1．变化过程

2．发生主要变化的化学方程式

①4Na＋O2===2Na2O

②Na2O＋H2O===2NaOH

④2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O

Na2CO3＋10H2O===Na2CO3·10H2O

⑤Na2CO3·10H2O===Na2CO3＋10H2O

NaCO3·10H2O风化生成Na2CO3属于化学变化

1．钠露置在空气中，其变质过程中不可能产生的物质是(　　)

A．Na2O  B．NaOH  C．NaHCO3  D．Na2CO3

C　[钠露置在空气中的变化过程为Na→Na2O→NaOH→ Na2CO3·10H2O→Na2CO3，不可能会有NaHCO3生成。]

2．某同学将一小块金属钠置于表面皿上，并露置于空气中，观察到下列现象：

银白色变灰暗变白表面出现液滴白色固体白色粉末，下列说法正确的是(　　)

A．过程①钠转化为过氧化钠

B．过程③是碳酸钠吸收空气中的水蒸气形成溶液

C．过程④只发生了物理变化

D．如果时间足够长，最后得到的白色粉末是Na2CO3

D　[钠露置于空气中，发生的反应如下：①4Na＋O2===2Na2O，生成的不是过氧化钠；②Na2O＋H2O===2NaOH，生成的不是碳酸钠；③氢氧化钠吸收空气中的水蒸气，表面出现液滴；④2NaOH＋CO2＋9H2O===Na2CO3·10H2O，发生的是化学变化；⑤Na2CO3·10H2O风化为Na2CO3。]

[问题1]　过氧化钠的组成微粒是什么？其个数比为多少？

[提示]　Na＋和O；个数比为2∶1。

[问题2]　氧化钠和过氧化钠性质有何不同？

[提示]　过氧化钠在反应中常表现出氧化性，与多种物质反应能产生O2。Na2O可与O2反应生成Na2O2，所以Na2O2的稳定性大于Na2O。

1．Na2O2与Na2O性质的比较

2．Na2O2与H2O、CO2反应后固体质量的变化

相当于固体(Na2O2)只吸收了CO2中的“CO”，H2O中的“H2”；可以看作发生相应的反应：Na2O2＋CO===Na2CO3、Na2O2＋H2===2NaOH(实际上两反应不能发生)。

1不可忽视过氧化钠的漂白性，过氧化钠投入到含有酚酞或石蕊的水中，溶液先变红或蓝色，后褪色。

2过氧化钠中的阴离子是O，而不是O2－或O。

3过氧化钠与某些盐如CuSO4溶液反应时，一般是先与水反应，然后生成的碱再与盐反应。

【例题】　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NaOH

B．Na和O2在加热时反应生成Na2O2，在常温下反应生成Na2O

C．Na2O与CO2发生化合反应生成Na2CO3，Na2O2与CO2发生置换反应生成O2

D．2 g H2充分燃烧后产物被Na2O2完全吸收，Na2O2固体增重2 g

C　[Na2O2与CO2反应生成O2：2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，该反应不是置换反应。2 g H2充分燃烧后生成18 g水，完全被Na2O2固体吸收，发生反应2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，由质量守恒定律可知，固体由2Na2O2→4NaOH，其质量增加的量等于2H2O→O2质量减少的量，18 g水被吸收后生成16 g O2，即Na2O2固体增重为2 g。]

【变式旁通】　(1)Na2O粉末中若混有少量的Na2O2，如何进行检验？

(2)将一定量的Na2O2、Na2O分别加入滴有酚酞溶液的水中，二者现象是否相同？

(3)若将D项中的H2改为CO，此选项是否正确？为什么？

[提示]　(1)取少量粉末于试管中，滴加少量水，若有气体生成，则说明含有Na2O2。

(2)不同。Na2O2加入滴有酚酞溶液的水中可以观察到有气体生成，溶液先变为红色后褪色；而Na2O加入滴有酚酞溶液的水中只观察到溶液变为红色。

(3)正确。因为CO完全燃烧生成CO2，然后和Na2O2反应后，固体增加的质量即为CO的质量。

1．下列对Na2O2的叙述不正确的是(　　)

A．Na2O2是淡黄色固体，久置于空气中变成白色

B．Na2O2的稳定性比Na2O差

C．用Na2O2和水反应制取氧气

D．Na2O2放入饱和NaOH溶液中有O2放出，恢复常温后有晶体析出

B　[Na2O2是淡黄色固体，久置于空气中会与空气中的水和二氧化碳发生反应，最终变成白色的碳酸钠；Na2O加热时可与O2反应生成Na2O2，故Na2O2更稳定；Na2O2和水反应生成氢氧化钠和氧气，所以可以用Na2O2和水反应制取氧气；Na2O2放入饱和NaOH溶液中会与水反应，有O2放出，此过程中不只生成了氢氧化钠，而且还消耗了大量的溶剂水，所以恢复常温后溶液过饱和，会有晶体析出。]

2．下列关于钠的氧化物的叙述正确的是(　　)

A．氧化钠和过氧化钠都是白色固体，都能和冷水反应

B．过氧化钠与水反应后的溶液中滴加紫色石蕊试液，溶液变红色

C．Na2O和Na2O2都能由金属钠和O2化合生成

D．氧化钠和过氧化钠都能与CO2发生化合反应

C　[Na2O2为淡黄色固体，A项错误；Na2O2具有强氧化性，向其水溶液中滴加紫色石蕊试液，溶液先变蓝后褪色，B项错误；Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2，不属于化合反应，D项错误。]

1．下列关于钠的叙述中，不正确的是(　　)

A．钠燃烧时发出黄色的火焰

B．钠燃烧时生成氧化钠

C．钠具有很强的还原性

D．钠原子的最外电子层上只有1个电子

B　[钠燃烧生成Na2O2。]

2．对一小块钠跟水反应的现象叙述完全正确的是(　　)

A．钠浮在水面上，反应很快停止

B．钠浮在水面上剧烈燃烧，火焰呈黄色

C．钠熔化成闪亮小球浮在水面上，不断游动，嘶嘶作响

D．钠熔化成闪亮小球，沉在水底，并有气泡产生

C　[钠与水反应时，反应剧烈，不会立即停止，不会在水面上燃烧，由于钠的密度比水小，故不会沉在水底。]

3．关于Na2O和Na2O2的叙述正确的是(　　)

A．都是白色固体

B．都是碱性氧化物

C．都能与水反应形成强碱溶液

D．只有Na2O2可以与CO2反应

C　[Na2O2为淡黄色固体，Na2O2不是碱性氧化物，Na2O能与CO2反应。]

4．下列说法正确的是(　　)

A．将一小块钠放入水中，钠将沉在水底

B．将一小块钠放在稀盐酸中，钠先与水反应生成NaOH和H2，生成的NaOH再与HCl反应生成NaCl和H2O

C．将一小块钠放在CuSO4溶液中发生如下反应：2Na＋CuSO4===Na2SO4＋Cu

D．钠可用于冶炼金属

D　[钠密度比水小，且与水反应放出H2，放入水中会浮在水面上，并不停地游动，故A错；钠在酸溶液中先与酸反应，钠在盐溶液中先与水反应，故B、C错；金属钠可以从熔融的化合物中置换出钛、钽、铌、锆等金属，故D正确。]

5．A、B、C是三种常见的化合物，A为淡黄色固体。它们之间的转化关系如图所示：

(1)A的化学式是________，B的化学式是________。

(2)写出甲＋B―→C＋丙的化学方程式：_____________。

(3)写出A的一种重要用途：______________。

[解析]　A为淡黄色固体，则A为Na2O2，由甲A(Na2O2)可推断出甲为Na；由于Na、Na2O2均可与化合物H2O反应，可推知B为H2O，则C为NaOH，乙为O2，丙为H2，经丙(H2)＋乙(O2)B(H2O)验证，上述推断合理。所以A、B、C分别为Na2O2、H2O、NaOH，甲、乙、丙分别为Na、O2、H2。

[答案]　(1)Na2O2　H2O

(2)2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

(3)呼吸面具中的供氧剂(其他合理答案也可)