【同步讲义】高中化学（苏教版2019）必修第一册--2.1.4 物质性质和变化的探究 讲义

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第4课时 物质性质和变化的探究
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课程标准
课标解读
能根据一定的化学原理设计简单的实验方案探究某些常见物质的存在及性质。
1．建构物质检验及性质探究的思想方法模型，并将其模型运用于理论解释或推测物质的组成、结构、性质与变化，从而学会实验探究的一般思路和方法。（证据推理与模型认知）
2．能根据实际需要提出问题和假设，根据假设提出多种探究方案，评价和优化方案，并进行实验，并能对实验中的“异常”现象进行解反思、质疑和新的实验设想。（科学探究与创新意识）

知识点01 物质性质和变化的实验探究
1．设计实验探究铝的性质
实验操作
主要现象
结论
打磨铝片，观察
打磨后的铝片呈银白色
铝是银白色金属，铝在空气中易被氧化，形成一层氧化膜
加热未打磨的铝片
铝片内部熔融但不下滴
表层有一层Al2O3，且熔点高于Al单质

铝片均溶解，且均有气泡产生
Al既能与盐酸反应又能与NaOH溶液反应
铝与盐酸和NaOH溶液反应的方程式为：
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2．设计实验方案探究影响双氧水分解速率的因素
实验
序号
实验方案
现象
结论
①

气泡产生较慢
①浓度越大，H2O2分解速率越快
②温度越高，H2O2分解速率越快
③加催化剂，H2O2分解速率加快
②

气泡产生非常慢
③

气泡产生较快
④

气泡产生非常快

【即学即练1】(1)设计实验证明二氧化碳溶于水生成的酸性物质不稳定。
(2)已知FeCl3溶液能对双氧水分解起催化作用，设计实验证明FeCl3溶液能催化双氧水的分解。
答案：(1)将二氧化碳通入水中，加几滴紫色石蕊试液，溶液变红色，加热该红色液体，溶液重新变为紫色。说明二氧化碳与水反应生成的酸性物质不稳定。
(2)取两支试管，分别加入3mL15%的双氧水溶液，向其中一支试管中加入几滴6%FeCl3溶液，观察实验现象，加入FeCl3溶液的试管中气泡产生速度比未加入FeCl3溶液明显加快。
知识点02 探究化学问题的一般思路
(1)确定要研究的化学问题
(2)提出假设：依据已有的知识和一定的化学原理提出假设
(3)设计化学实验方案：控制某些因素，选择适宜的条件、试剂和仪器。
(4)实施实验：观察、记录化学反应的现象、数据。
(5)得出结论：整理分析有关资料，基于实验证据推理判断，检验所作的假设或解释是否合理。
【即学即练2】下列有关物质性质和变化的探究的说法错误的是（ ）
A．化学实验是探究物质性质和变化的主要方法
B．确定要研究的化学问题之后，提出假设，假设是有化学原理作为依据的，不是凭空臆测
C．将CO2通入水中，滴入几滴紫色石蕊溶液，溶液变红色，说明CO2的水溶液显酸性
D．铝是金属，只能与酸反应，不能与NaOH溶液反应
答案：D

能力拓展

考法01 用控制变量法探究物质的性质和变化
物质变化往往受到多个因素的影响，在研究化学反应与外界因素之间的关系时，对影响物质变化规律的因素或条件加以人为控制，使其他几个因素不变，集中研究其中一个因素的变化所产生的影响，有利于在研究过程中，迅速寻找到物质变化的规律。

【典例1】为了探究温度对化学反应快慢的影响，下列实验方案可行的是(　　)
选项
实验方案
A

B

C

D

答案：D
解析：探究温度对化学反应速率的影响，要求在催化剂相同，H2O2浓度相同，而温度不同的条件下做对比实验，通过产生气泡的快慢来体现温度对化学反应速率的影响。

分层提分


题组A 基础过关练
1．铝制品不易被腐蚀，其主要原因是因为铝（ ）
A．化学性质不活泼 B．熔点高
C．表面有致密氧化膜 D．密度小
答案：C
解析：铝极易和空气中的氧气反应生成一层致密的氧化物薄膜而阻止铝进一步被氧化，铝不易被腐蚀与铝的熔点、密度、金属活动性强弱无关，故选：C。
2．化学研究最重要的方法是（ ）
A．观察法 B．实验法 C．推理法 D．计算法
答案：B
解析：化学研究方法很多，如观察法、实验法、类比推理法、计算法、分类法等；因化学是以实验为基础的学科，所以化学研究最重要的方法是实验法， 故选：B。
3．关于研究物质性质的基本程序：①观察物质的外观；②实验并观察现象；③解释现象并得出结论；④预测物质的性质。排序正确的是( )
A．②①③④ B．①②③④ C．④①②③ D．①④②③
答案：D
解析：对物质性质进行研究的基本程序是：观察物质的外观性质→预测物质性质→实验和观察→对实验现象进行分析、解释→得出结论，即①④②③正确，故D正确。故选D。
4．金秋是吃大闸蟹的时节，青色的生螃蟹被蒸煮之后会变为红色，固有“落汤螃蟹着红袍”的谚语。颜色变化可能是甲壳蛋白受热分解产生一种类似于胡萝卜素的物质所致。这采用的是哪种化学研究方法（ ）
A．实验法 B．分类法 C．假说法 D．比较法
答案：C
解析：A.本题给出的信息中，没有做实验，故A错误；B.没有做实验，不能得出结论，也无法进行分类，故B错误；C.颜色变化可能是甲壳蛋白受热分解产生一种类似于胡萝卜素的物质所致，这一看法属于建立假设，故C正确；D.没有可对比的现象，也就无法进行比较，故D错误。故选C。
5．有关铝制餐具下列使用较为合理的是（ ）
A．盛放烧碱 B．烧煮开水
C．用金属丝擦洗表面的污垢 D．用碱水洗涤
答案：B
解析：A.铝及其表面的氧化膜(氧化铝)都可以与NaOH反应，所以铝制仪器不能用于盛放烧碱 ，故A错误；B.铝及其表面的氧化膜(氧化铝)与热水很难反应，所以可用铝制仪器烧煮开水，故B正确；
C.铝制品表面有一层致密的氧化薄膜，可以起到保护作用，若用金属丝擦表面的污垢，会破坏保护膜，故C错误；D.铝及其表面的氧化膜(氧化铝)都可以与碱性溶液反应，所以铝制仪器不能用碱液洗涤污垢，故D错误。故选B。
6．某学生运用所学知识研究物质的性质：将一粒金属钠和一块铜片分别放在表面皿上，研究它们在空气中的稳定性。该学生采用的研究方法是（ ）
①假说法  ②实验法  ③分类法  ④比较法
A．①② B．①③ C．②④ D．②③
答案：C
解析：①假说法是以客观事实材料和科学理论为依据，对未知事实或规律所提出的一种推测性说明，题目未提出推测性说明，故①错误；②通过将两金属暴露于空气中，以实验研究它们在空气中的稳定性，故②正确；③没有分门别类地对物质及其变化进行研究，故③错误；④金属钠和铜片分别盛在表面皿中，采取对比方法来研究它们在空气中的稳定性，故④正确。所以采取的方法为实验法、比较法。故选C。
7．下列关于研究物质性质的方法的描述正确的（ ）
A．观察法只能通过视觉来完成
B．将NaCl固体放入水中，从而获取NaCl的某些性质，这只涉及实验法
C．银、铁、铜、锌等均为金属，具有金属光泽和导电性，涉及的是比较法
D．研究物质的性质时，往往同时采用观察、实验、分类、比较等方法中的多种方法
答案：D
解析：A.观察法可以通过视觉、嗅觉、触觉或实验仪器来完成，选项A错误；B.将NaCl固体放入水中是实验法，还需通过观察才能获取实验现象，选项B错误；C.银、铁、铜、锌等均为金属，具有金属光泽和导电性，涉及的是分类法，选项C错误；D.研究物质的性质时，往往不单独采用一种方法，而是多种方法综合使用，选项D正确；答案选D。
8．某同学在家中将白醋和食用碱面混在一起后，产生了大量的气泡，他想去探究此气体的性质，研究程序合理的是（ ）
A．预测(气体的性质)→观察(物质的外部特征)→实验和观察→解释和结论
B．观察(物质的外部特征)→预测(气体的性质)→实验和观察→解释和结论
C．观察(物质的外部特征)→实验和观察→预测(气体的性质)→解释和结论
D．实验和观察→预测(气体的性质)→观察(物质的外部特征)→解释和结论
答案：B
解析：研究物质性质的基本程序为：观察物质的外观性质→预测物质性质→实验和观察→对实验现象进行分析、解释→得出结论，故选：B。
9．门捷列夫在前人已经发现的几十种元素的基础上，先按照它们的相对原子质量大小排成一行，后又把性质相似的元素排成一列，最后得到了一个表，这就是元素周期表。在对元素周期表中的元素进行研究的基础上，门捷列夫成功预测了几种元素的存在，并很快被证实。试判断下列说法不正确的是（ ）
A．门捷列夫采用了分类的方法
B．预测是一种研究方法
C．比较也是一种科学方法
D．实验是化学唯一的研究方法
答案：D
解析：A.门捷列夫把性质相似的一些元素，作为一族来分析，采用了分类的方法，故A正确；B.在原有已知元素较少的情况下，对未知元素进行预测，也是一种科学的研究方法，故B正确；C.通过比较，可以发现元素性质的相似性和差异性，则比较也是一种科学方法，故C正确；D.实验并不是化学研究的唯一方法，理论化学以理论推导为基础，故D错误；故选D。
10．下列说法正确的是（ ）
A．自然界中金属都是以化合态存在
B．金、铂等在自然界中以游离态存在说明它们性质稳定、不活泼
C．使用最广泛的是铁，因此自然界中存在大量的游离态的铁
D．铝能在空气中稳定存在，说明铝不活泼
答案：B
解析：A.除少数很不活泼的金属(如金、铂等)以游离态存在外，其余的金属都以化合态存在，故A错误； B.金、铂等在自然界中以游离态存在，说明它们不活泼、化学性质稳定，故B正确； C.铁是活泼金属，在自然界中以化合态存在，故C错误；D.铝是活泼金属，铝能在空气中稳定存在，是由于铝与空气中的氧气反应生成致密的氧化铝保护膜，保护内部金属，故D错误；故选B。
11．我国古代的湿法冶金术是世界闻名的，我国在世界上最先应用湿法冶金的金属是（ ）
A．Fe B．Cu C．Ag D．Hg
答案：B
解析：早在西汉时期刘安在《淮南万毕术》中写到“曾青（CuSO4）得铁则化为铜”，其中的“曾青”就是指硫酸铜．这句话的意思就是说：硫酸铜溶液遇到金属铁时，铁与硫酸铜发生置换反应能生成金属铜；我国在世界上最先应用湿法冶炼的金属是铜。故选B。
题组B 能力提升练
1．类推是化学学习中常用的思维方法，下列类推正确的是（ ）
A．某些金属与酸反应有气体产生，则与酸反应产生气体的一定是金属
B．酸与碱发生中和反应生成盐和水，则生成盐和水的反应一定是酸与碱中和反应
C．纯净物一定是由同种元素组成的物质，则由同种元素组成的物质一定是纯净物
D．碱性溶液能使酚酞溶液变红，则能使酚酞溶液变红的溶液一定是碱性溶液
答案：D
解析：A.活泼金属与稀盐酸反应放出气体，但能与稀盐酸反应放出气体的物质不一定是金属，也可能是碳酸盐，故A错误；B.酸与碱发生中和反应生成盐和水，但生成盐和水的反应不一定是中和反应，如CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O，故B错误；C.单质一定是由同种元素组成的物质，但由同种元素组成的物质不一定是单质，也可能是同素异形体，即混合物，如氧气和臭氧的混合物，故C错误；D.无色酚酞溶液碱性溶液变红，遇碱性溶液能使酚酞溶液变红，则能使酚酞溶液变红的溶液一定是碱性溶液，故D正确。 故选D。
2．用如图装置进行实验。升温至60℃的过程中，仅①燃烧：继续升温至260℃的过程中，仅③燃烧。下列分析不正确的是（ ）
A．①燃烧，说明白磷是可燃物
B．对比①③，可说明红磷的着火点比白磷的高
C．对比②③，可验证燃烧需可燃物与氧气接触
D．④未燃烧，说明无烟煤不是可燃物
答案：D
解析：A、①燃烧，说明白磷是可燃物，故A正确；B、对比①③，升温至60℃的过程中，仅①燃烧，可说明红磷的着火点比白磷的高，故B正确；C、对比②③，继续升温至260℃的过程中，仅③燃烧，可验证燃烧需可燃物与氧气接触，故C正确；D、④未燃烧，不能说明无烟煤不是可燃物，可能是因为温度没有达到煤的着火点，故D错误；故选：D。
3．在Zn、ZnO、ZnCO3盐酸、CuCl2溶液和CaCl2溶液六种物质中，每两种物质反应能生成ZnCl2的方法有（ ）
A．5种 B．4种 C．3种 D．2种
答案：B
解析：由Zn的活泼性大于H、Cu可知，Zn与盐酸、ZnCl2溶液发生置换反应均可生成ZnCl2，由复分解反应的条件可知，金属氧化物、碳酸盐均与盐酸反应，则ZnO、ZnCO3均与盐酸反应生成ZnCl2，其他物质之间不反应，则每两种物质反应能生成ZnCl2的方法有4种，故B正确；故选B。
4．某研究性学习小组为了探究“铝的燃烧”，做了如下实验：
（1）甲同学用坩埚夹持一小块铝箔，在酒精灯上加热至熔化，轻轻晃动，观察到的现象是______________，产生该现象的原因是______________________________。
（2）乙同学将甲同学的实验方案进行了改进：另取一块铝箔，用砂纸仔细打磨，除去表面的保护膜，再用坩埚钳夹持在酒精灯上加热至熔化，结果观察到的现象与甲仍相同，其原因是
_____________________________________________________。
（3）丙同学积极改进实验，终于观察到铝在空气中燃烧，他的实验方案是
_________________________________________________________。
（4）丁同学善于思考，甲、乙两位同学的实验使他领会了为什么铝在空气中能表现出良好的抗腐蚀性，他的解释是__________________________________。
答案：（1）在酒精灯上加热至熔化，轻轻晃动，观察到的现象是铝箔熔化，失去了光泽，熔化的铝并不滴落，好像有一层膜兜着，产生该现象的原因是构成铝表面氧化膜的Al2O3熔点高，包在铝的外面，使液态铝不滴落，故答案为：铝箔熔化，失去了光泽，熔化的铝并不滴落，好像有一层膜兜着；成铝表面氧化膜的Al2O3熔点高，包在铝的外面，使液态铝不滴落；
（2）除去表面的保护膜，再用坩埚钳夹持在酒精灯上加热至熔化，结果观察到的现象与甲仍相同，其原因是除去氧化膜的铝在空气中又很快地生成一层新的Al2O3保护膜，故答案为：除去氧化膜的铝在空气中又很快地生成一层新的Al2O3保护膜；
（3）将铝粉撒到酒精灯火焰上（增大铝与空气的接触面积）可观察到铝在空气中燃烧，故答案为：将铝粉撒到酒精灯火焰上；
（4）铝在空气中能表现出良好的抗腐蚀性，是因铝易与空气中的氧气反应生成致密的氧化膜，阻止了内部的铝与空气接触，从而防止铝进一步被氧化。
5．常温下，H2O2分解生成O2的速率较为缓慢．研究性学习小组选择“H2O2 分解生成O2 的快慢与什么因素有关”的课题进行探究，以下是他们探究的主要过程：
【假设】催化剂的种类会影响H2O2分解生成O2的快慢。
【实验方案】常温下，取两份同体积、同浓度的H2O2溶液，分别加入二氧化锰和氯化钠固体，测量各生成一瓶相同体积的O2所需的时间。
【实验装置】如图是他们进行实验的装置图：

【实验操作】检查装置气密性良好，将分液漏斗中的液体加入锥形瓶中，立即收集一瓶放出的气体．实验记录如表：
实验编号
①
②
反应物
5%H2O2 100mL
5%H2O2 100mL
加入固体
氯化钠固体
0.5g二氧化锰
收集气体所需时间
165s
46s
实验①中加入氯化钠固体的质量是_________g。
【结论】该探究过程得出的结论是_________________________。
【反思】若要证明二氧化锰、氯化钠固体是该反应的催化剂，还需要增加实验来验证它们在化学反应前后的____________和_____________是否改变。
【交流讨论】小华同学提出，H2O2 分解生成O2 的快慢还与哪些因素有关？请你帮助他们继续探究（提出一种影响H2O2 分解生成O2 快慢的因素以及相关假设）。
【你的假设】__________________________________________________。
答案：【实验操作】0.5g；
【结论】在相同条件下，H2O2生成O2的快慢与催化剂种类有关；
【反思】质量、化学性质；
【假设】质量分数可能影响化学反应的速率；H2O2生成氧气的快慢与过氧化氢的浓度有关。
解析：【实验操作】根据控制变量法可知要探究催化剂种类的影响，需要控制质量等都相同，因此取氯化钠的质量也是0.5g；
【结论】根据控制变量法，分析表中的有关数据，可知分别用0.5g氯化钠固体和0.5gMnO2做催化剂，来催化反应时所用的时间分别是165s和46s；由此可知，用1gMnO2做催化剂要比用1g氯化钠固体做催化剂时，化学反应速率要快．因此，由实验现象可以得出的实验结论是：H2O2生成氧气的快慢与催化剂种类有关。
【反思】催化剂在化学反应前后质量和化学性质不变；
【假设】质量分数可能影响化学反应的速率；H2O2生成O2的快慢与H2O2的质量分数有关。

题组C 培优拔尖练
1．有一包从海水中获得的的粗盐（杂质可能为CaCl2或MgCl2），现对它的成分进行探究，并测定粗盐中NaCl的质量分数。
探究一：这包粗盐中究竟有什么杂质？
实验步骤：取样并溶解，加入数滴NaOH溶液，无明显现象，接着再加入数滴Na2CO3溶液，有白色沉淀生成。
（1）证明粗盐中的杂质是_____________。
探究二：这包粗盐中NaCl的质量分数是多少？
实验步骤：①称取一定质量的样品；②将样品加水溶解制成粗盐溶液；③向粗盐溶液中加入过量的Na2CO3溶液，过滤；④将沉淀充分洗涤干净后小心烘干，得到纯净固体A．称量沉淀质量，由此进一步计算出粗盐中NaCl的质量分数。
（2）步骤②③中都用到同一仪器（填名称）___________，目的分别是_____________、__________。
（3）步骤④中洗涤沉淀目的是为了洗去沉淀表面吸附的______________________。
【反思与交流】有同学认为，向滤出沉淀得到的滤液中加入稀盐酸，凋节pH=7，然后移入蒸发皿蒸发，得到纯净NaCl固体。由此也可计算出粗盐中NaCl的质量分数。
（4）这个方案如果可行，浓缩蒸发溶液时要用到玻璃棒，其作用是___________________________，如果不可行，理由是_________________________________ （若认为可行，可不填）。
答案：（1）CaCl2 （2）玻璃棒 加速溶解 引流
（3）洗去表面的杂质与溶液残留
（4）加热时，使液体受热均匀，防止由于局部温度过高，造成液滴飞溅 该过程中含有反应生成的氯化钠。
解析：（1）因为氯化镁与氢氧化钠反应生成氢氧化镁沉淀，而氯化钙与氢氧化钠反应没有沉淀或气体生成，加入数滴NaOH溶液，目的是检验有没有氯化镁；无沉淀既无氯化镁；因为Na2CO3溶液与CaCl2反应生成碳酸钙沉淀，故加入数滴Na2CO3溶液，目的是检验其有没有氯化钙；故答案为：CaCl2；
（2）实验②③步骤中，都使用到同一仪器为玻璃棒。．②中玻璃棒的作用是加速粗盐的溶解；③中玻璃棒的作用是引流作用；⑤中玻璃棒的作用是防止由于局部温度过高，造成液滴飞溅；故答案为：步骤⑥中需要称量的固体是A，因为B中含有反应生成的氯化钠。故答案为：玻璃棒；加速溶解；引流。
（3）步骤④中的洗涤操作是为了清洗掉固体表面的溶液与其他杂质，故答案为：洗去表面的杂质与溶液残留
（4）反思与交流：蒸发操作中玻璃棒的作用是：搅拌防止由于局部温度过高，造成液滴飞溅；因为在除杂质的过程中加入稀盐酸，反应的化学方程式：Na2CO3+2HCl=2NaCl﹢H2O﹢CO2↑；反应生成了氯化钠导致氯化钠，比原混合物中的氯化钠质量变大结果不会准确。故答案为：加热时，使液体受热均匀，防止由于局部温度过高，造成液滴飞溅；该过程中含有反应生成的氯化钠。
2．为了探究外界条件对过氧化氢分解速率的影响，某化学兴趣小组的同学做了以下实验．请回答下列问题：
编号
实验操作
实验现象
①
分别在试管A、B中加入5mL5%H2O2溶液，各滴入3滴FeCl3溶液。待试管中均有适量气泡出现时，将试管A放入盛有5℃右冷水的烧杯中浸泡；将试管B放入盛有40℃左右热水的烧杯中浸泡。
试管A中不再产生气泡；试管B中产生的气泡量增多
②
另取两支试管分别加入5mL5%H2O2溶液和5mL10%H2O2溶液
两支试管中均未明显见到有气泡产生

（1）过氧化氢分解的化学方程式为________________________。
（2）实验①的目的是_________________________________。
（3）实验②未观察到预期的实验现象，为了帮助该组同学达到实验目的，你提出的对上述操作的改进意见是_________________________________________________________________(用实验中所提供的几种试剂)。
（4）对于H2O2分解反应，Cu2+也有一定的催化作用。为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果，该兴趣化学小组的同学分别设计了如图所示的实验。请回答相关问题：
①定性分析：如图1可通过观察__________________，定性比较得出结论；该实验中将FeCl3溶液改为Fe2(SO4)3溶液的原因是___________________________。
②定量分析：用图2所示装置做对照试验，实验时均以生成40mL气体为准，其它可能影响实验的因素均已忽略。实验中需要测量的数据是____________________________。
（5）通过对上述实验过程的分析，在实验设计时，要考虑_________________方法的应用。
【答案】（1）2H2O22H2O+O2↑
（2）研究温度对H2O2分解速率的影响
（3）将两支试管同时放入盛有相同温度热水的烧杯中，或向两支试管中同时滴入2滴FeCl3溶液溶液，观察产生气泡的速率
（4）①溶液中气泡产生的速率    排除氯离子的干扰（合理即可） ②收集40mL气体所需的时间
（5）控制变量(或对比)
【解析】(1)氯化铁作催化剂条件下，双氧水迅速分解生成氧气和水，反应方程式为：2H2O22H2O+O2↑；
(2)分别在试管A、B中加入 5mL 5% H2O2溶液，各滴入1～2滴 FeCl3溶液．待试管中均有适量气泡出现，说明过氧化氢分解能发生，试管A、B中均有适量气泡出现时，将试管A放入盛有5℃左右冷水的烧杯中；将试管B放入盛有40℃左右热水的烧杯中，两支试管不同点是试管A的温度比试管B的温度低，说明研究的是温度对反应速率的影响；
(3)影响化学反应速率的外界因素有浓度、温度、气体的压强、催化剂、固体的表面积，另取两支试管分别加入 5mL 5%H2O2溶液和 5mL10%H2O2溶液，试管A、B中均未见气泡产生，为加快反应速率，可从温度、催化剂的影响角度考虑；
(4)①至于定性分析可以根据产生气泡的速率来进行判断反应的快慢；为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果，要保持其它条件相同，而FeCl3溶液中还有氯离子，CuSO4中含有铜离子，因此氯离子可能也会影响反应速率，产生干扰，所以可将FeCl3改为Fe2(SO4)3，故答案为：溶液中气泡产生的速率；排除氯离子的干扰(合理即可)；
②若定量分析反应的快慢可以测定收集40mL的气体所需的时间，时间短则反应快，故答案为：收集40mL气体所需的时间；
(5)通过对上述实验过程的分析，在实验设计时，要考虑控制变量(或对比)方法的应用，故答案为：控制变量(或对比)。