实验4-1教案.doc

第四单元 研究型实验
课题一 物质性质的研究
实验4-1 纯净物与混合物性质的比较
教学目标：
1、知识目标
1）通过纯水与水溶液的凝固点比较，合金与成分金属的物理、化学性质的比较，在已有知识基础上将混合物与纯净物性质做较系统的比较与分类
2）通过上述实验，掌握比较研究不同类物质的方法，并运用这一方法研究、获得某些物质性质的知识
3）通过运用多学科知识与技能，提出化学问题，设计实验，提高综合解决实际问题的能力
2、过程与方法
1）认识科学探究的基本过程，能进行初步的探究活动。
2）初步学会运用观察、实验等方法获取信息，并能用图表和化学语言表达有关信息。
3）初步学会运用比较、归纳、概括等方法对获取的信息进行加工
3、情感与价值观
1）培养学生对化学现象的好奇心和探究欲，激发学习化学的兴趣。
2）培养学生的合作意识以及勤于思考、严谨求实、勇于实践的科学精神。
3)了解化学与日常生活和生产的密切关系
教学重点：
如何通过实验探究，特别是如何设计研究型实验进行探究不同类物质性质的物理性质与化学性质
教学难点：实验设计
教学方法：
问题情景—实验探究—得出结论—练习巩固—联系实际—仪器药品
课 时： 一课时
教师用具： 投影仪、
学生用具：
教学过程：
提出课题：举出生活中你所知道的混合物、纯净物，对比性质差异，设计实验。
如学生在对比混合物、纯净物性质差异方面感到无从下手，可以将问题分解，把问题具体化，从而降低问题的难度，例如：
（1）从学生最熟悉的水与食盐水的对比开始，提出问题：如何通过实验说明水和食盐水性质的差异？或从引导学生对比淡水与海水的性质差异开始，引起学生的讨论；
（2）通过阅读我国古代关于铜锡合金成分与用途的记载，思考讨论相关问题；
（3）对比纯铁、普通碳素钢、不锈钢的耐腐蚀的性质引起学生的疑问：三者主要成分都是铁元素，为什么抗腐蚀能力有很大的差异？
学生可能提出的不同回答是：密度不同，凝固点不同，沸点不同，渗透压不同，对金属的腐蚀性不同，合金的抗腐蚀性不同等。
教师在教学过程中将学生的回答总结分类为物理性质、化学性质几个方面的不同，进一步提出如何通过可行的实验，探究两者性质的差异。
对实验方案的设计，应更多地为下一课题做相应的铺垫，定性实验与定量、半定量实验相结合，如实验条件允许，可以较多地引入现代实验设备。
性质
实验探究

物
理
性
质

密度
水与溶液、金属与合金的密度比较

凝固点降低
金属与和金熔点、纯水与溶液凝固点比较

沸点升高
纯水与溶液沸点比较

溶液渗透压的不同
纯水与溶液渗透压比较
化
学
性
质
对金属腐蚀性的不同
海水、河水对船体的腐蚀比较
合金的耐腐蚀性不同

合金与纯净金属的耐腐蚀性比较
实验的实施
（一）比较水和水溶液的凝固点
1．原理
步骤1──液体的固化过程，即比较不同液体凝固温度或不同液体相同温度下凝固的难易程度。
步骤2──固体的液化过程，即比较不同条件下固体开始熔化的温度。
2．实验材料
选择常温下为液态，且较易凝固的物质为实验对象。
3．方案
方案①：取两种不同浓度的甘油溶液和蒸馏水各半试管，插入木条（或插入温度计），置于冰盐混合物中，观察现象。

甘油溶液1
甘油溶液2
水
凝固温度

方案②：比较冰盐混合物不同组成比例时可获得的最低温度。

冰盐混合物1
冰盐混合物2
冰

最低温度

（二）比较单质金属与合金的某些性质
1．原理：通过比较单质金属与合金在相同的加热条件下熔化的难易程度，比较两者熔点的高低。通过单质金属与不同合金在相同条件下与酸的反应，或将其浸泡在食盐水中一段时间后比较两者抗腐蚀能力。
2．实验材料：选择熔点较低金属与合金为实验对象，可供选择的材料为相同规格的保险丝（成分为铅锡合金）、铅丝、锡丝。
3．方案
（1）取合金与组分金属同时在酒精灯火焰上加热，记录熔化的先后顺序，比较熔点高低。
（2）取铁丝、纯铁、不锈钢分别浸泡在同浓度盐酸中，比较反应剧烈程度。

铁丝
纯铁丝
不锈钢
现象

解释、结论

（3）取铁丝、纯铁、不锈钢分别浸泡在同浓度食盐水中，比较生锈腐蚀程度。

铁丝
纯铁丝
不锈钢
现象

解释、结论

学生通过讨论交流可以提出的方案一般多于教材提示的实验方案，例如，学生可能提出用将金属浸入食盐水、蒸馏水，模拟比较海水与河水对船体的腐蚀；比较纯水与溶液的沸点等实验。在设计合理、实验室条件允许、保证实验安全的前提下，每个教学班可分为多个小组，分别完成不同实验，通过汇报讨论，交流各组的收获体会。
活动建议
【学与问】
冰融化从环境吸收热量。为使试管温度下降更快，可采取以下措施：一是将盛有冰水混合物的大烧杯放入保温容器中，如纸箱中（内填碎纸屑），或在大烧杯外包裹上保温层（用多层报纸做保温层，廉价易得，保温效果较好），以便与环境隔离，减少混合物从环境中吸收热量。二是冰块与水的接触面积大，冷却效果较好，实验前将冰块敲碎，成黄豆大小（过大冷却较慢，过小融化较快，不能较长时间提供低温）。三是冰中加水至浸没碎冰块的二分之一至三分之一处冷却效果较好。四是加入的水应在实验前投入一定量冰块，冷却至0 ℃使用。五是加入的粗盐应当压碎成粉末。六是冰水混合物中加入粗盐后应充分搅拌。
【问题与讨论】
1．物质的性质与其组成成分和混合状态有关。例如硫酸浓度不同（即水与硫酸的比例不同）沸点不同，冰盐混合时混合均匀可获得较低温度，合金性质与组分金属的差异等。
2．在水中加入糖、醋、盐的比例不同，可以获得不同口味，还可以与家长共同烹制各种口味的菜肴与饮品，例如糖醋排骨、消暑运动型饮料、凉菜等，在生活中学习更多的化学知识，了解健康膳食的结构。在水中加入糖、醋、盐的比例相同时，如果每加入一种物质品尝一次，由于加入与品尝的顺序不同，也可以获得不同口感。
3.甘油水溶液作汽车防冻液、氯化钠作融雪剂、冰盐水作制冷剂应用的都是混合物凝固点降低的性质。
混合物的应用较为广泛，例如：制冰淇淋时所使用的稳定剂、各种合金制品、建筑涂料、各种食用调和油与调味剂、改变牛奶口感的添加剂、白酒的勾兑等等，因此研究混合物对生产、生活都有着重要意义。
实验说明
（一）比较水与水溶液的凝固点
1．两支试管中的液体应等量，两支试管不能相互接触。准备的烧杯不应小于250 mL，以保证试管盛装液体的部分能完全浸没在冰水混合物中。
2．甘油溶液的浓度为5%左右较适合。可使用氯化钠溶液代替甘油。
3．为使实验更为精确，可以用温度计代替细木条插入试管的溶液中，优点是：一可定量观察，效果更好。二可以观察到蒸馏水的固定的凝固点，甘油溶液在凝结过程中凝固点在一定范围内变化。
4．有条件的学校，两个实验都可以使用手持技术，利用温度传感器（温度探头）定量绘制水与水溶液的凝固过程的温度变化曲线，使学生体会现代实验技术在实验中的应用。
5．如实验室没有冰箱等制造冰块的设备，可通过测试蒸馏水与水溶液的沸点、密度、渗透压，来比较两种物质的性质。
（二）比较单质金属与合金的某些性质
1．合金可供选择的有家用保险丝、焊锡条等。
2．合金与组分金属条应相同粗细。
3．取坩埚钳夹取合金与组分金属同时在酒精灯火焰上加热，按熔断顺序判断熔点高低。
4．金属条熔断后应立即离开火焰，避免熔化的金属滴落在酒精灯上，发生意外事故。
5．铁丝、纯铁、不锈钢浸泡在同浓度食盐水中，生锈腐蚀大约需要几个小时时间。
拓展实验
1．比较蔗糖溶液与纯水的凝固点
实验基本程序与操作参见教材中实验4-1中比较水与水溶液的凝固点实验。
2．自制等体积的纯水冰棍和糖水冰棍
（1）可以配制较高浓度的糖水，建议浓度为20％。
（2）取等体积纯水和糖水，观察凝固前后体积的变化。
（3）两者凝固时均匀程度不同，纯水冰棍结晶均匀，糖水冰棍结晶不均匀，若糖水浓度较大，最终可能有晶体析出或不凝固的高浓度液体。糖水冰棍先凝固的部分糖含量低，后凝结的部分糖含量较高，通过品尝可以区分。与糖水凝固相比较，盐水的实验效果更好，一定浓度(23%)的盐水凝固时可以有氯化钠晶体析出。
（4）实验所需时间较长，建议作为家庭小实验完成，由学生通过实验条件控制，得出在什么浓度下实验效果最佳。
3．酸的性质研究
参考方案①：同种酸不同浓度时性质比较
例如，冰醋酸与1 mol/L的稀醋酸溶液导电性比较；冰醋酸稀释过程中导电性的变化；稀硫酸与浓硫酸性质比较等。
参考方案②：不同酸物理性质和化学性质比较，如苯甲酸、乙二酸、冰醋酸等。
4.不同金属形成阳离子倾向比较
这里主要是溶液中不同金属形成阳离子倾向比较，即金属活动性的比较。可以将复习判断金属活动性顺序的方法作为问题的引入，以这些方法为依据，设计实验方案。
参考方案①：比较不同金属与酸的反应，由反应的剧烈程度判断不同金属形成阳离子的倾向。反应的难易与金属活动性和酸中氢离子浓度有关，因此可以观察不同金属与固定浓度盐酸的反应。还可以将酸滴入同体积的蒸馏水中，向蒸馏水中逐滴加入一定浓度的盐酸，不同金属开始出现气泡时，加入的盐酸的量不同，同样可以比较不同金属形成阳离子的倾向。设计方案如下：
金属
0.1moL∕L盐酸
（记录反映的剧烈程度）
在约2ml蒸馏水中加入金属后，滴加0.1moL∕L的盐酸（记录出现气泡是，加入的盐酸的量）
Mg

Al

Zn

Fe

Cu

说明：
（1）实验所使用的金属形状应相似，使用前要除去表面的氧化膜；
（2）金属与酸长时间反应后，因反应放热，溶液温度升高，反应可能十分剧烈，产生大量氢气，将酸液冲出试管，因此观察到金属与酸的反应后，应尽快中止反应；
（3）酸浓度不可过大，否则与活泼金属反应都比较剧烈，难以区分实验现象。盐酸浓度以0．1~1 mol/L较为适宜。
参考方案②：不同活泼金属与铜形成原电池的电压
金属

电压

说明：
（1）电压与金属的活动性有关，还与电极间距离和电极与溶液的接触面积有关，因此实验中应注意控制以上相关实验条件；
（2）若使用酸做电解质溶液，因在铜电极上有氢气生成，以及电极附近氢离子浓度的变化，电压表的示数变化较快，应注意观察记录形成原电池时的电压最大值；
（3）电压的测量可使用多用数字式测试仪。