化學(xué)性質(zhì)實驗方案的設(shè)計學(xué)習(xí)指導(dǎo)

1、化學(xué)性質(zhì)實驗方案的設(shè)計學(xué)習(xí)指導(dǎo)我們知道，物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)，而物質(zhì)的性質(zhì)在一定程度上也反映其結(jié)構(gòu)，并決定它的用途和制法。在進(jìn)行性質(zhì)實驗方案的設(shè)計時，要充分了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途與制法之間的相互關(guān)系。要根據(jù)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點來設(shè)計化學(xué)實驗方案，探究或驗證物質(zhì)所具有的一些性質(zhì)。對于物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)實驗方案的設(shè)計，要抓住物質(zhì)的本質(zhì)特征進(jìn)行整體考慮，學(xué)會應(yīng)用分析、比較、綜合、概括的方法?？蓱?yīng)用元素周期律來分析元素及化合物的有關(guān)知識，使物質(zhì)的存在、性質(zhì)和制法的知識條理化。在設(shè)計實驗方案時，要對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)有正確的理解與認(rèn)識。推測物質(zhì)的性質(zhì)應(yīng)從其結(jié)構(gòu)出發(fā)，與已學(xué)過的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，抓共性、找個性。

2、一、乙二酸的結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)推測乙二酸結(jié)構(gòu)簡式為，含兩個羧基，可推測乙二酸應(yīng)具有：酸的通性：和活潑金屬反應(yīng)生成氫氣，和堿性氧化物反應(yīng)生成鹽和水，和酸堿指示劑作用，和堿作用生成鹽和水，和某些鹽作用。乙二酸晶體中含結(jié)晶水，受熱時會失去結(jié)晶水，繼續(xù)強(qiáng)熱，乙二酸可能分解為氣體CO2和水。乙二酸能和醇在催化劑作用下發(fā)生酯化反應(yīng)。乙二酸中兩羧基直接相連，可能會被酸性高錳酸鉀氧化，使高錳酸鉀溶液褪色。根據(jù)常識，衣服上沾有藍(lán)墨水，可用乙二酸洗滌干凈，說明乙二酸能使藍(lán)墨水褪色。二、設(shè)計實驗方案，驗證乙二酸所具有的性質(zhì)（1）乙二酸的酸性的檢驗分別用潔凈的玻璃棒蘸同物質(zhì)的量濃度的乙二酸溶液、稀硫酸、乙酸點在pH試紙上，

3、并與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對比，可看出pH試紙均顯紅色，說明乙二酸溶液和稀硫酸溶液、乙酸溶液一樣均顯酸性。那么酸性怎樣呢？乙二酸溶液顯示的pH試紙紅色比乙酸使pH試紙變紅的更明顯，說明乙二酸酸性強(qiáng)于乙酸。向盛有少量Na2CO3粉末的試管中加入約3mL乙二酸溶液，觀察現(xiàn)象。可以看到產(chǎn)生大量的無色氣泡，這是CO2氣體，說明乙二酸酸性比H2CO3強(qiáng)，綜合上述兩點，知乙二酸的酸性強(qiáng)于乙酸、碳酸。（2）乙二酸晶體受熱分解性質(zhì)的檢驗如圖，先將導(dǎo)氣管通入一倒立的干而冷的小燒杯中，可以看到燒杯內(nèi)壁有霧狀水霧生成，然后再通入澄清的石灰水中，可觀察到澄清的石灰水變渾濁，說明乙二酸受熱能分解，產(chǎn)物有CO2和H2O。 說明：驗證

4、乙二酸受熱分解產(chǎn)物時可直接用上面的裝置，加熱試管時管口應(yīng)略向上傾斜。如驗證有水生成，可直接觀察加熱時試管口部出現(xiàn)較多液珠，且冷卻之后不變?yōu)楣腆w即可。從澄清石灰水變渾濁可證明乙二酸受熱分解生成了CO2。（3）乙二酸和酸性KMnO4溶液作用乙二酸的還原性向盛有約5mL乙二酸飽和溶液的試管中滴入3滴用硫酸酸化的0.5%的KMnO4溶液，振蕩，可觀察到酸性KMnO4溶液褪色，說明乙二酸具有還原性。說明：驗證乙二酸的還原性，高錳酸鉀溶液濃度不宜過大，而且混合后要充分振蕩。最初看到溶液變?yōu)闇\褐色，過一會兒才接近于無色。（4）乙二酸的酯化反應(yīng)如圖，在一試管中加入3mL乙二醇，然后邊搖動試管邊慢慢加入2mL濃

5、硫酸和2mL乙二酸，用酒精燈小心均勻地加熱試管3min5min，產(chǎn)生的蒸氣經(jīng)導(dǎo)管通到飽和Na2CO3溶液的液面上。可觀察到在Na2CO3液面上有無色透明油狀液體產(chǎn)生，并可聞到香味。這種香味是由酯散發(fā)出的，說明乙二酸和乙二醇發(fā)生了酯化反應(yīng)。 （5）乙二酸使藍(lán)墨水褪色在一支試管中放一塊濺有藍(lán)墨水的布條，用2的乙二酸與乙二酸鉀混合溶液浸泡，可觀察到布條上的藍(lán)墨水漬消失了，證明乙二酸能洗去濺在布條上的藍(lán)墨水漬。三、性質(zhì)實驗的設(shè)計中，要注意下列問題：1實驗方案要可行。要盡量避免使用高壓和特殊催化劑等實驗室難以達(dá)到的條件，實驗方案要簡單易行。例如，設(shè)計“證明醋酸是弱電解質(zhì)”的實驗時，有這樣一個方案：配制p

6、H=1的鹽酸溶液和pH=1的醋酸溶液，然后分別取兩溶液各1mL均稀釋至10mL，然后在兩溶液中各加入少量鎂條觀察現(xiàn)象，產(chǎn)生氣泡速率較快的是醋酸。這個實驗設(shè)計的原理并沒有錯，但是中學(xué)階段要準(zhǔn)確配制pH=1的醋酸在實際操作上是有一定難度的，而且等比例稀釋后與鎂反應(yīng)的速率，通過氣泡的觀察，其結(jié)論也是不可靠的。2實驗順序要科學(xué)。要對各個實驗步驟進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃和安排，保證實驗的準(zhǔn)確高效。同時要減少副反應(yīng)和避免實驗步驟間的干擾。例如，已知檸檬醛結(jié)構(gòu)為： 設(shè)計檸檬醛的化學(xué)性質(zhì)實驗時，有一個方案是：通過加入高錳酸鉀酸性溶液或溴水，根據(jù)溶液褪色來驗證C=C的性質(zhì)。用新制的氫氧化銅懸濁液在加熱條件下產(chǎn)生磚紅色沉淀

7、來驗證醛基的性質(zhì)。殊不知，由于醛基具有還原性，很容易被氧化，也會使高錳酸鉀酸性溶液和溴水褪色，所以實驗結(jié)論是不準(zhǔn)確的。其實只要把實驗步驟做一下調(diào)整，先用新制的氫氧化銅懸濁液驗證醛基的性質(zhì)，醛基完全氧化成羧基后，再用高錳酸鉀酸性溶液或溴水驗證C=C的性質(zhì)，即可避免上述錯誤。3實驗現(xiàn)象要直觀。仍然是設(shè)計“證明醋酸是弱電解質(zhì)”的實驗，如果我們?nèi)ヅ渲埔粋€一定濃度的CH3COONa溶液，用pH試紙測試溶液的pH，通過測定的結(jié)果pH7來得出醋酸是弱電解質(zhì)的結(jié)論，既操作簡便又現(xiàn)象明顯。4實驗結(jié)論要可靠。要反復(fù)推敲實驗步驟和多方論證實驗結(jié)果，做到實驗結(jié)論的準(zhǔn)確可靠。四、設(shè)計銅和銅的化合物的性質(zhì)實驗方案1銅和銅

8、的化合物的性質(zhì)銅是一種不活潑的金屬，可和氧氣反應(yīng)生成CuO，和硫反應(yīng)只能生成低價的Cu2S；與鹽酸、稀H2SO4不反應(yīng)；與冷的濃H2SO4也不反應(yīng)，在加熱條件下可以和濃H2SO4作用，但不產(chǎn)生H2，能與HNO3作用，其中和濃HNO3作用生成NO2氣體，和稀HNO3作用生成NO氣體。實驗室可利用這些反應(yīng)來制取SO2、NO2、NO等氣體；在鹽溶液中銅只能置換比它更不活潑的Hg、Ag等金屬，但它可以和FeCl3溶液反應(yīng)，工業(yè)上利用這個原理來腐蝕線路板；銅在干燥的空氣中比較穩(wěn)定，但在潮濕的空氣中會發(fā)生銹蝕而生成銅綠。氧化銅是堿性氧化物，與酸等反應(yīng)生成銅鹽和水。在氧化銅中銅處于高價，因此氧化銅有一定的氧

9、化性，能氧化乙醇等。因此，銅可以作為乙醇氧化為乙醛的催化劑。硫酸銅晶體帶5個單位結(jié)晶水，呈藍(lán)色，加熱時易失去結(jié)晶水變?yōu)榘咨牧蛩岱勰?。銅離子還能與鐵、堿、硫離子等反應(yīng)。氫氧化銅是弱堿，有弱堿的通性，即：與酸反應(yīng)、受熱分解等。2、實驗步驟參考設(shè)計如下：（1）銅與非金屬反應(yīng)用一根銅絲在酒精燈火焰上灼燒，觀察銅絲在灼燒前后的變化。銅絲變黑。說明生成了CuO。取一支小試管加入少量硫粉，在酒精燈上加熱至硫變成蒸氣，迅速插入一束擦亮的細(xì)銅絲，觀察現(xiàn)象。銅絲在硫蒸氣中保持紅熱，最后變黑，說明生成了Cu2S。（2）銅與氧化性酸反應(yīng)在盛有一小塊銅片的試管中加入約3mL濃H2SO4，觀察現(xiàn)象；小心加熱試管，觀察現(xiàn)

10、象；把生成的氣體通入品紅溶液中，觀察現(xiàn)象?？煽吹姐~與冷濃硫酸不反應(yīng)，在加熱時溶液逐漸變藍(lán)色；生成的氣體使品紅溶液褪色。說明銅與氧化性酸反應(yīng)，生成SO2等。在兩支試管中各加入一小塊銅片，分別加入少量濃硝酸和稀硝酸，立即用無色透明塑料袋將試管口罩上并系緊，觀察發(fā)生的現(xiàn)象；然后，將加稀硝酸的試管口上的塑料袋稍稍松開一會兒，使空氣進(jìn)入塑料袋，觀察發(fā)生的現(xiàn)象?？煽吹姐~與濃硝酸反應(yīng)生成紅棕色的NO2，溶液變藍(lán)色；銅與稀硝酸反應(yīng)生成無色的NO，溶液變藍(lán)色。（3）銅與鹽溶液反應(yīng)在試管中加入約3mL AgNO3溶液，插入一根銅絲，過一會兒取出，觀察現(xiàn)象?？梢娂t色的銅表面覆蓋了一層銀白色的光亮銀。證明銅比銀活潑。

11、在盛有一小塊銅片的試管中加入約3mL濃FeCl3溶液，不斷振蕩試管，觀察現(xiàn)象。可看到溶液由棕黃色逐漸變?yōu)樗{(lán)綠色，銅不斷溶解。（4）銅的催化作用在試管中加入3mL乙醇，把一端彎成螺旋狀的銅絲放在酒精燈外焰上加熱，使銅表面生成一薄層黑色的氧化銅，立即把它插入盛有乙醇的試管里，這樣反復(fù)操作幾次，聞生成物的氣味，并觀察銅絲表面的變化。可看到灼燒變黑的銅在乙醇中又變?yōu)榧t色。說明CuO有一定的氧化性。（5）銅的其他性質(zhì)取兩小塊銅片，都在教室里，并露置在空氣中。使其中一塊銅片保持表面的濕潤，另一塊銅片放在干燥處，使其表面保持干燥。課后不斷觀察銅片表面的變化。通過數(shù)天的觀察，可看到濕潤的銅表面出現(xiàn)了一層銅銹。

12、（6）銅的化合的性質(zhì)取少量CuO粉末于試管中，加入少量水，不溶解；再加入少量稀硫酸，黑色粉末溶解，溶液變?yōu)樗{(lán)色。說明氧化銅與硫酸反應(yīng)生成了硫酸銅和水。取少量硫酸銅晶體于大試管中，把試管固定在鐵架臺上并使試管口略向下傾斜，加熱大試管，會看到藍(lán)色的晶體逐漸變?yōu)榘咨?。冷卻后，向試管中滴加1滴水，會看到晶體又變成藍(lán)色。取適量硫酸銅溶液于試管中，向試管中放入一細(xì)鐵釘，過一會兒看到鐵釘表面出現(xiàn)了一層紅色的銅。說明鐵比銅活潑。取少量硫酸銅溶液于試管中，滴加少量氫氧化鈉溶液，會看到出現(xiàn)藍(lán)色沉淀。說明銅離子與堿反應(yīng)生成氫氧化銅沉淀。向一盛有硫酸銅溶液的試管中通入硫化氫氣體或滴加硫化鈉溶液，會看到黑色沉淀出現(xiàn)。說

13、明銅離子與硫離子反應(yīng)生成了黑色的CuS沉淀。五、紅磚中氯化鐵成分的檢驗實驗原理：紅磚是由粘土燒成的一種常用建筑材料。紅磚之所以顯紅色是因為含有Fe2O3。Fe2O3是堿性氧化物，可溶于酸(Fe2O3+6H+=2Fe3+3H2O)。Fe3+可用KSCN溶液檢驗Fe3+3SCNFe(SCN)3。實驗步驟及現(xiàn)象：把約20g紅磚粉末，放入小燒杯中，加入20mL 3mol/L鹽酸，放置約30min。從燒杯中取2mL澄清溶液于試管中，滴入0.1moI/L KSCN溶液2滴3滴，觀察到溶液立即顯血紅色。實驗結(jié)論：通過實驗，說明溶液中含有Fe3+，進(jìn)而說明原紅磚中含有Fe2O3。注意事項：紅磚與鹽酸反應(yīng)較慢，

14、要給予足夠的反應(yīng)時間。可以用KSCN溶液檢驗，也可用NaOH溶液檢驗，前者比后者反應(yīng)靈敏度高。典型例題例1設(shè)計雙氧水化學(xué)性質(zhì)實驗方案。分析在設(shè)計雙氧水化學(xué)性質(zhì)實驗方案前，先預(yù)測雙氧水可能具有的性質(zhì)。雙氧水是H2O2的水溶液，H2O2中的氧元素是-l價，-1價的氧元素是中間價態(tài)，它既能升高又能降低，因此它可能既具有氧化性又具有還原性；中負(fù)一價的氧元素在溶液中可能不太穩(wěn)定(Na2O2遇水立刻反應(yīng))，因此它可能還具有不穩(wěn)定性；根據(jù)常識，雙氧水在醫(yī)院里可用作皮膚上傷口的消毒劑，而且消毒后皮膚表面變白，這說明雙氧水不但能殺菌消毒使蛋白質(zhì)變性，而且還可能有漂白作用。綜上所述，在設(shè)計雙氧水化學(xué)性質(zhì)實驗方案時

15、，可以從以下幾個方面加以推測并進(jìn)行實驗：雙氧水可能具有不穩(wěn)定性，在受熱或遇到恰當(dāng)?shù)拇呋瘎r，可能發(fā)生分解，如果分解產(chǎn)物中有氣體，很可能是O2；雙氧水可能具有氧化性，可能會氧化H2S、Fe2+等物質(zhì)；雙氧水可能具有還原性，可能被KMnO4酸性溶液、K2Cr2O7溶液等氧化；雙氧水還可能具有漂白性；雙氧水可能使雞蛋白等蛋白質(zhì)變性。解實驗步驟設(shè)計如下：（1）雙氧水的不穩(wěn)定性在試管中加入約3mL雙氧水，在酒精燈上小火加熱，觀察現(xiàn)象，然后把帶火星的木條伸到試管內(nèi)，觀察現(xiàn)象。在試管內(nèi)加入約3mL雙氧水，加入少量MnO2粉末，觀察現(xiàn)象；然后把帶火星的木條伸到試管內(nèi)，觀察現(xiàn)象。（2）雙氧水的氧化性在試管中加入

16、約3mL新制的FeSO4溶液，同時滴入幾滴KSCN溶液，振蕩、觀察現(xiàn)象；然后逐滴加入雙氧水，振蕩，觀察現(xiàn)象。（3）雙氧水的還原性向盛有5mL雙氧水的試管中加入10滴用硫酸酸化的1（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的KMnO4溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象；用帶火星的木條伸到試管內(nèi)，觀察現(xiàn)象。（4）雙氧水的漂白性在兩支試管中分別加入1mL品紅溶液，然后在其中一支試管中逐滴加入雙氧水，振蕩，觀察現(xiàn)象；在另一支試管中逐滴加入同樣多的水，振蕩，觀察現(xiàn)象。（5）雙氧水使雞蛋白變性在兩支試管中分別加入1mL雞蛋白，然后在第1支試管中加入3rnL水，振蕩，觀察現(xiàn)象；在第2支試管中逐滴加入同樣多的雙氧水，振蕩，觀察現(xiàn)象。若第2支試管有沉淀，

17、則過濾，把溶液再放入試管中，加入適量蒸餾水，觀察是否溶解。通過實驗，可以觀察到雙氧水具有不穩(wěn)定性，在變熱或遇到恰當(dāng)?shù)拇呋瘎r，會發(fā)生分解并生成氧氣。雙氧水具有氧化性，會把Fe2+氧化成Fe3+。雙氧水具有還原性，能使KMnO4酸性溶液褪色，并生成氧氣。雙氧水具有漂白性，能使品紅溶液褪色。雙氧水能使雞蛋白變性而凝固。例2BaCl2溶液中通入SO2不會產(chǎn)生沉淀，若繼續(xù)通入另一種氣體，使之產(chǎn)生沉淀，請問通入何種氣體？分析：我們注意到，SO2是酸性氧化物，可以與堿性氣體反應(yīng)生成亞硫酸鹽，另外具有明顯的還原性，容易被氧化成。解答：（1）向溶液中通入NH3，就可以生成BaSO3沉淀。反應(yīng)： （2）通入具有

18、氧化性的氣體，如Cl2、NO2等，可以生成BaSO4沉淀。反應(yīng)如下： （3）SO2也具有弱氧化性，溶液中通入H2S也可以生成沉淀，不過是淡黃色的硫。反應(yīng)： 例3阿司匹林（Aspirin），化學(xué)名稱乙酰水楊酸，是我們?nèi)粘Ｉ钪凶钍煜さ囊环N解熱鎮(zhèn)痛藥。它自從1882年在德國拜爾公司誕生起至今，已經(jīng)有了100多年的歷史，經(jīng)久不衰，始終是臨床治療發(fā)熱、風(fēng)濕的良藥。阿司匹林為白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，無味或微帶醋酸味，微溶于水，易溶于乙醇、氯仿，微溶于乙醚。 阿司匹林的結(jié)構(gòu)簡式如上。根據(jù)阿司匹林的分子結(jié)構(gòu)和你已有的知識，判斷它有怎樣的化學(xué)性質(zhì)？如何驗證？分析：結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，我們先來分析阿司匹林的分子結(jié)構(gòu)。阿

19、司匹林分子中有兩個主要的官能團(tuán)，分別是羧基和酯的結(jié)構(gòu)，因此推測阿司匹林可能具有：（1）酸性：阿司匹林結(jié)構(gòu)中的羧基（COOH），在水中可電離出H+。（2）水解反應(yīng)：阿司匹林結(jié)構(gòu)中的“COO”在一定條件下可以水解。根據(jù)以上推測，實驗步驟設(shè)計如下：1阿司匹林的酸性：向一試管水中加入阿司匹林粉末并加熱。分別蘸取稀硫酸和阿司匹林溶液點在pH試紙上，并與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對比。向另一盛有Na2CO3溶液的試管中加入阿司匹林粉末，并加熱，觀察現(xiàn)象。2阿司匹林的水解反應(yīng)：將阿司匹林溶于適量NaOH溶液中，加熱直至溶液沸騰。冷卻后向溶液中滴入稀HCl，直至溶液顯酸性。有該溶液進(jìn)行兩個實驗：向上述溶液中滴入少量FeCl3

20、溶液，觀察現(xiàn)象。向上述溶液中滴入少量濃溴水，觀察現(xiàn)象。通過實驗，可以觀察到阿司匹林顯酸性，與Na2CO3反應(yīng)有CO2生成。阿司匹林在堿性條件下水解： 由于酚羥基的存在，所以可以與Fe3+發(fā)生顯色反應(yīng)，與濃溴水生成白色沉淀。通過以上阿司匹林化學(xué)性質(zhì)的實驗設(shè)計，我們不難發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計性質(zhì)實驗方案時，要充分了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途與制法之間的相互關(guān)系，要根據(jù)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點來設(shè)計實驗方案，探究或驗證物質(zhì)所具有的一些性質(zhì)。推測物質(zhì)的性質(zhì)的基本思路是：根據(jù)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，推出該物質(zhì)所屬類別，推測其基本的化學(xué)性質(zhì)（共性）；然后進(jìn)一步分析該物質(zhì)的特殊性，推測其獨有的化學(xué)性質(zhì)（個性）。例4有兩瓶pH=2的酸溶液，一

21、瓶是強(qiáng)酸，一瓶是弱酸?，F(xiàn)只有石蕊試液、酚酞試液、pH試紙和蒸餾水，而沒有其它試劑。簡述如何用最簡便的實驗方法來判別哪瓶是強(qiáng)酸：_。分析：此題要求根據(jù)強(qiáng)弱酸性質(zhì)的差別設(shè)計實驗。答案：各取等體積酸液用蒸餾水稀釋相同倍數(shù)(如100倍)，然后用pH試紙分別測其pH值，pH值變化大的那瓶是強(qiáng)酸。例5（05廣東、20）（14分）研究性學(xué)習(xí)小組進(jìn)行SO2的制備及性質(zhì)探究實驗。（1）根據(jù)反應(yīng)Na2SO3（固）+H2SO4（濃） Na2SO4 + SO2+ H2O，制備SO2氣體。用下列簡圖，在答題卡的方框中畫出制備并收集SO2的實驗裝置（含試劑）示意圖。實驗過程中，使用分液漏斗滴加濃硫酸的操作是_。（2）將SO2氣體分別通入下列溶液中：品紅溶液，現(xiàn)象是_；溴水溶液，現(xiàn)象是_；硫化鈉溶液，現(xiàn)象是_。（3）有一小組在實驗中發(fā)現(xiàn)，SO2氣體產(chǎn)生緩慢，以致后續(xù)實驗現(xiàn)象很不明顯，但又不存在氣密性問題。請你推測可能的原因并說明相應(yīng)的驗證方