《第一單元 研究物質的實驗方法》講義

《第一單元研究物質的實驗方法》講義同學們，咱們現(xiàn)在開始學習高中蘇教版（2019）必修第一冊專題2研究物質的基本方法中的第一單元——研究物質的實驗方法。這可是化學學習中超級重要的一部分呢，就像我們要去探索一個神秘的寶藏島，這些實驗方法就是我們的尋寶工具。一、化學實驗的重要性咱們先來說說為啥要做化學實驗。大家都知道，化學這門學科呢，是研究物質的組成、結構、性質及其變化規(guī)律的科學。那我們怎么知道物質的這些情況呢？光靠腦袋想可不行，就像你想知道一個蘋果甜不甜，得咬一口嘗嘗，化學實驗就是我們“咬”物質這顆“蘋果”的方法。給大家講個我自己的事兒。我小時候特別好奇為什么蠟燭燃燒的時候火焰是那個樣子的。我就自己偷偷做了個小實驗，把蠟燭點燃，然后觀察火焰。我發(fā)現(xiàn)火焰有不同的顏色分層，而且蠟燭越燒越短，還會流下蠟油。那時候我還不太懂化學，但是這個簡單的觀察讓我對物質的變化產生了濃厚的興趣。后來我學習了化學知識才知道，蠟燭燃燒是一個復雜的化學變化過程，涉及到石蠟和氧氣的反應，而火焰的分層也和燃燒的不同階段有關。這個小經歷就告訴我們，實驗能讓我們直觀地看到物質的變化，是我們了解物質的重要途徑。二、常見的化學實驗儀器1、試管試管就像是一個小小的化學世界容器。它的形狀是細長的圓柱體，有不同的規(guī)格。我們可以用它來做很多簡單的實驗，比如加熱少量的液體或者固體。比如說，我們要觀察硫酸銅晶體加熱后的變化，就可以把硫酸銅晶體放在試管里，然后用酒精燈加熱。加熱的時候要注意試管的傾斜角度，大概是和桌面成45度角，這樣可以防止加熱過程中液體或者固體濺出來。2、酒精燈酒精燈是化學實驗室里的小火苗提供者。它的火焰分為三層，外焰、內焰和焰心。大家要記住，外焰的溫度是最高的，所以我們加熱的時候要用外焰。就像我們烤棉花糖的時候，肯定是把棉花糖放在火苗最旺的地方烤得最快呀。不過使用酒精燈的時候一定要小心，不能用一個酒精燈去點燃另一個酒精燈，這就像不能用一根點燃的火柴去點另一根還沒點著的火柴的頭部一樣危險。3、燒杯燒杯的形狀像個大口的杯子，它可以用來盛放較多量的液體。比如說我們要配制一定濃度的溶液，就可以把溶質和溶劑放在燒杯里攪拌。不過燒杯不能直接加熱哦，要墊上石棉網。這就好比你不能直接把鍋放在火上，得有個隔熱的東西，不然鍋容易壞，燒杯也容易破裂。4、量筒量筒是專門用來量取液體體積的儀器。它上面有刻度，但是要注意讀數(shù)的時候視線要和量筒內液體的凹液面最低處保持水平。我曾經見過一個同學，他量取液體的時候沒有平視，結果量取的液體體積就不準確了。這就像你去買東西稱重量，如果秤不準，那你得到的東西數(shù)量就不對了。三、物質的分離和提純1、過濾過濾是一種把固體和液體分開的方法。就像我們泡茶的時候，用濾網把茶葉和茶水分離一樣。在化學實驗中，我們會用到濾紙和漏斗。把濾紙對折兩次放在漏斗里，然后把要過濾的混合物倒進去，液體就會通過濾紙流到下面的容器里，固體就留在濾紙上了。比如說我們要把混有泥沙的水凈化，就可以用過濾的方法。泥沙顆粒比較大，不能通過濾紙的小孔，而水就可以順利通過。2、蒸發(fā)蒸發(fā)是把溶液中的溶劑（通常是水）變成氣體除去，從而得到溶質的方法。想象一下，你在海邊曬鹽，海水里有很多鹽，太陽一曬，水慢慢變成水蒸氣跑掉了，剩下的就是鹽。在實驗室里，我們把溶液放在蒸發(fā)皿里，用酒精燈加熱。加熱的時候要用玻璃棒不斷攪拌，防止局部溫度過高導致液體飛濺。等蒸發(fā)皿里出現(xiàn)較多固體的時候，就停止加熱，利用余熱把剩下的液體蒸干。3、蒸餾蒸餾是把液體混合物根據(jù)它們沸點的不同分開的方法。比如說酒精和水的混合物，酒精的沸點比水低，我們就可以通過蒸餾把它們分開。蒸餾的時候要用到蒸餾燒瓶、溫度計、冷凝管等儀器。先把混合物放在蒸餾燒瓶里加熱，酒精先變成蒸汽，然后通過冷凝管變成液體流出來，這樣就得到了比較純的酒精。這就好比是把一群不同速度的小動物分開，跑得快的先跑出去了。4、萃取萃取是利用溶質在兩種互不相溶的溶劑里溶解度的不同，把溶質從一種溶劑轉移到另一種溶劑里的方法。我給大家舉個例子，假如你有一碗混有辣椒油的水，你想把辣椒油弄出來。你發(fā)現(xiàn)辣椒油在油里的溶解度比在水里大很多，那你就可以加入一些油，然后攪拌一下，辣椒油就跑到油里去了，然后把油層分離出來就可以了。在化學實驗中，我們常用的萃取劑有四氯化碳、苯等。四、物質的檢驗1、離子的檢驗（1)氯離子（Cl?）的檢驗我們可以用硝酸銀溶液和稀硝酸來檢驗氯離子。如果溶液里有氯離子，當加入硝酸銀溶液的時候，就會產生白色沉淀，這個沉淀就是氯化銀（AgCl）。再加入稀硝酸，沉淀不溶解。就像我們找人，有一個特定的標志來識別他，看到這個標志就知道是他了。（2)硫酸根離子（SO?2?）的檢驗檢驗硫酸根離子要用氯化鋇溶液和稀鹽酸。當溶液里有硫酸根離子時，加入氯化鋇溶液會產生白色沉淀硫酸鋇（BaSO?），然后加入稀鹽酸沉淀不溶解。不過要注意哦，如果溶液里有銀離子，加入氯化鋇也會產生白色沉淀，但是這個沉淀在稀鹽酸里會溶解，所以要先排除銀離子的干擾。2、氣體的檢驗（1)氧氣（O?）的檢驗氧氣能使帶火星的木條復燃。這就像氧氣是一個小火苗的喚醒者，帶火星的木條就像一個睡著的小火苗，遇到氧氣就被喚醒了，重新燃燒起來。（2)二氧化碳（CO?）的檢驗二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁。大家可以想象二氧化碳是一個小調皮，跑到澄清石灰水里搗亂，讓石灰水變得渾濁起來。五、實驗安全化學實驗雖然很有趣，但是安全可是第一位的。就像我們出去探險，要先保證自己的安全一樣。1、防火實驗室里有很多易燃的物質，像酒精、汽油等。使用這些物質的時候一定要遠離火源。如果不小心著火了，也不要慌。如果是小面積著火，比如酒精燈打翻著火了，可以用濕抹布蓋滅。這就像給小火苗蓋了一床濕被子，讓它沒有氧氣就熄滅了。2、防爆有些反應可能會產生氣體，氣體如果在密閉的容器里不斷產生，壓力就會增大，可能會發(fā)生爆炸。所以在做有氣體產生的實驗時，一定要保證裝置的氣密性良好，并且不能在密閉容器里進行劇烈的反應。3、防中毒有些化學物質是有毒的，比如氯氣、一氧化碳等。在做有關這些物質的實驗時，要在通風良好的環(huán)境下進行，最好是在通風櫥里操作。這就像我們在有霧霾的天氣里要戴口罩一樣，通風櫥就像是給我們的一個保護罩，防止有毒氣體進入我們的身體。4、防腐蝕很多化學試劑有腐蝕性，像濃硫酸、氫氧化鈉等。如果不小心沾到皮膚上，要立即用大量的水沖洗，然后根據(jù)具體情況進行處理。比如說濃硫酸沾到皮膚上，先用大量水沖洗后，還要涂上3%5%的碳酸氫鈉溶液。六、實驗方案的設計當我們要研究一種物質或者解決一個化學問題的時候，就需要設計一個實驗方案。設計實驗方案就像我們規(guī)劃一次旅行一樣，要考慮很多因素。1、明確實驗目的比如說我們要探究鐵生銹的條件，那這個就是我們的實驗目的。我們要圍繞這個目的來設計實驗。2、確定實驗原理鐵生銹是鐵和氧氣、水發(fā)生的化學反應。根據(jù)這個原理，我們可以設計實驗來控制變量，看看在不同的條件下鐵是否生銹。3、選擇實驗儀器和藥品對于探究鐵生銹的實驗，我們可能需要用到鐵釘、試管、蒸餾水、植物油等。選擇合適的儀器和藥品是實驗成功的關鍵。4、設計實驗步驟我們可以把鐵釘分別放在不同的環(huán)境中，比如一支試管里放鐵釘和蒸餾水，一支試管里放鐵釘、蒸餾水和植物油（植物油可以隔絕空氣），還有一支試管里放干燥的鐵釘。然后觀察不同試管里鐵釘?shù)纳P情況。5、記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)在實驗過程中，我們要仔細觀察并記錄下每個試管里鐵釘?shù)淖兓闆r，比如生銹的時間、生銹的程度等。6、分析實驗結果根據(jù)我們記錄的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)來分析鐵生銹的條件，得出結論。七、課程重點和難點1、重點（1)掌握常見化學實驗儀器的使用方法，這是我們進行化學實驗的基礎。就像我們要蓋房子，得先知道各種建筑工具怎么用一樣。（2)學會物質的分離和提純方法，這對于我們得到純凈的物質非常重要。（3)能夠準確地進行物質的檢驗，這是我們了解物質組成的重要手段。2、難點（1)實驗方案的設計。因為這需要綜合考慮很多因素，包括實驗目的、原理、儀器、藥品、步驟等，就像我們要做一道復雜的菜，要考慮食材、調料、烹飪方法