學(xué)習(xí)化學(xué)的重要途徑——科學(xué)探究

學(xué)習(xí)化學(xué)的重要途徑是實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究。實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究的重要手段和方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、記錄和分析等，可以發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證化學(xué)原理，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法并獲得化學(xué)知識(shí)。

一、化學(xué)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)

⒈ 關(guān)注物質(zhì)的性質(zhì)；

⒉ 關(guān)注物質(zhì)的變化；

⒊ 關(guān)注物質(zhì)變化的過(guò)程及其現(xiàn)象并進(jìn)行比較和分析，以得出可靠的結(jié)論。

二、學(xué)習(xí)化學(xué)的一般方法

學(xué)習(xí)方法有閱讀法、觀察法、分類法、比較法、討論法、推理法、歸納法等等。其中，

閱讀法就是通過(guò)閱讀教材或其它材料等（閱讀時(shí)，既要重視主要內(nèi)容，也不忽視小字部分和一些圖表及選學(xué)內(nèi)容，因?yàn)檫@些內(nèi)容有助于加深對(duì)主要內(nèi)容的理解及拓寬知識(shí)面），來(lái)學(xué)習(xí)和獲取知識(shí)的方法；

觀察法是指根據(jù)一定的學(xué)習(xí)目的、提綱或觀察表，用自己的感官和輔助工具去直接觀察被研究對(duì)象，從而獲得資料或知識(shí)的一種方法；

分類法就是按照事物的性質(zhì)、特點(diǎn)、用途等作為區(qū)分的標(biāo)準(zhǔn)，將符合同一標(biāo)準(zhǔn)的事物聚類，不同的則分開(kāi)的一種認(rèn)識(shí)事物的方法；

比較法是通過(guò)觀察、分析，找出研究對(duì)象的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)的一種認(rèn)識(shí)事物的基本方法；

討論法是在教師的指導(dǎo)下為解決某個(gè)問(wèn)題而進(jìn)行探討、辨明是非真?zhèn)我垣@取知識(shí)的方法；

推理法是在原有基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)概括、抽象、推理得出規(guī)律的一種研究問(wèn)題的方法；

歸納法是從通過(guò)分析個(gè)別性知識(shí),引出一般性知識(shí)，從而歸納出它們所共有的特性，得出一個(gè)一般性結(jié)論的推理方法。

三、實(shí)驗(yàn)探究的方法

學(xué)習(xí)化學(xué)的重要途徑——科學(xué)探究，科學(xué)探究本身也是一種學(xué)習(xí)方法。化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究的具體途徑。

科學(xué)探究的一般步驟，它是指按照：

“提出問(wèn)題→猜想與假設(shè)→制定計(jì)劃（或設(shè)計(jì)方案）→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)→收集證據(jù)→解釋與結(jié)論→反思與評(píng)價(jià)→拓展與遷移”這樣八個(gè)連續(xù)的環(huán)節(jié)，來(lái)認(rèn)識(shí)探究物質(zhì)的一種方法。

四、對(duì)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的探究

㈠ 對(duì)蠟燭及其燃燒的探究

⒈ 探究目的：探究石蠟的各種性質(zhì)；石蠟在點(diǎn)燃前后的變化；對(duì)蠟燭在點(diǎn)燃前、點(diǎn)燃時(shí)和熄滅后的三個(gè)階段進(jìn)行細(xì)致的觀察，學(xué)會(huì)完整地觀察物質(zhì)的變化過(guò)程及其現(xiàn)象。通過(guò)分析，得出真實(shí)可靠的結(jié)論。

⒉ 實(shí)驗(yàn)用品(主要儀器及藥品) ：小刀、燒杯或水槽(盛水)、火柴、干燥（干冷）的燒杯、蠟燭、澄清石灰水。

⒊ 探究方案

⑴ 點(diǎn)燃前探究：

① 步驟和方法：觀察蠟燭的顏色、狀態(tài)、形狀、硬度和密度，并嗅其氣味。然后用小刀切割，放入盛水的大試管或燒杯中。

② 現(xiàn)象：中心有一根燈芯，周圍是筒狀白色蠟狀固體，輕微氣味；可切割，放入水中不溶于水，浮在水面上。

③ 分析：常溫下為白色固態(tài)，略有氣味，質(zhì)軟（硬度小），不溶于水，密度比水小---物理性質(zhì)。

⑵ 燃著時(shí)探究：

①步驟和方法：用燃著的火柴慢慢靠近燭芯，觀察蠟燭的熔化到被點(diǎn)燃的過(guò)程；

觀察火焰的分層情況，取一根火柴平放入燭焰中，約1-2s后取出，觀察火柴梗在火焰的不同部位被燒的情況；

用冷而干燥的燒杯罩在火焰上方；

將燒杯迅速翻轉(zhuǎn)，倒入適量的澄清石灰水，振蕩。

②現(xiàn)象：蠟燭頂部先熔化，安靜燃燒，發(fā)出黃白色的火焰，放熱、發(fā)光，

蠟燭逐漸變短，受熱時(shí)熔化，冷卻后又凝固。

火焰分三層，中層（內(nèi)焰）最明亮，最里層最暗；

火柴梗接觸外層部分（外焰）最先被燒變黑，中層次之，最里層變黑最慢。

可觀察到燒杯內(nèi)壁有液滴出現(xiàn)，說(shuō)明蠟燭燃燒時(shí)有水生成；

可看到石灰水變渾濁，說(shuō)明有二氧化碳生成。

③ 分析：石蠟受熱易熔化（熔點(diǎn)低）。

火焰分三層：外焰、內(nèi)焰、焰芯，外焰溫度最高，內(nèi)焰次之，焰芯溫度最低；故加熱時(shí)用外焰。

⑶ 熄滅時(shí)探究：

① 步驟和方法：

吹滅蠟燭，并用火柴點(diǎn)燃剛熄滅時(shí)的“白煙”，

分別取一個(gè)干燥（冷）的燒杯和一個(gè)用澄清石灰水潤(rùn)濕內(nèi)壁的燒杯，先后罩在蠟燭火焰上方, 觀察燒杯壁上的現(xiàn)象。

或片刻后取下燒杯，迅速倒入少量澄清石灰水并振蕩。

② 現(xiàn)象：熔化的石蠟逐漸凝固，白色棉線燭心變黑，易碎；

熄滅時(shí)有一縷白煙（為石蠟蒸氣）從燭芯飄出；用火柴點(diǎn)燃白煙，白煙可燃燒并重新點(diǎn)燃蠟燭。

燒杯內(nèi)壁有水霧出現(xiàn)（小水珠/水霧）；

澄清石灰水變渾濁；或燒杯內(nèi)壁變渾濁。

③ 分析：石蠟遇冷凝固，燃燒時(shí)產(chǎn)生炭黑，棉線炭化。

石蠟熔化經(jīng)焰芯揮發(fā)出蒸氣，點(diǎn)燃后燃燒。熄滅后，蒸氣冷凝成白煙，故白煙是石蠟固體小顆粒，仍可被點(diǎn)燃。

在做此操作時(shí)應(yīng)注意，點(diǎn)燃的速度要快，稍慢，蠟燭冷卻，不再產(chǎn)生蒸氣，就很難點(diǎn)燃了；二是，火柴火焰不可離燭芯太遠(yuǎn)，距離越大，石蠟蒸氣濃度越小，越難點(diǎn)燃。

蠟燭燃燒后生成了水（H2O）和二氧化碳（CO2）（兩種新物質(zhì)）（化學(xué)變化或化學(xué)性質(zhì)）從而證明蠟燭中一定含有氫元素和碳元素。

⑷ 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

① 石蠟具有如下性質(zhì)：白色蠟狀固體，質(zhì)軟（硬度小），不溶于水，密度比水小，熔點(diǎn)低---物理性質(zhì)；石蠟燃燒能產(chǎn)生水和能使澄清石灰水變渾濁的二氧化碳--化學(xué)性質(zhì)。

② 石蠟受熱時(shí)發(fā)生如下變化：先發(fā)生熔化（物理變化）；然后發(fā)生燃燒，有火焰，發(fā)光，放熱，有新物質(zhì)二氧化碳和水蒸氣生成（化學(xué)變化）。在化學(xué)變化過(guò)程中同時(shí)發(fā)生物理變化。

③ 石蠟與助燃的氧氣在點(diǎn)燃條件下燃燒，有火焰和放熱現(xiàn)象，最終有水和二氧化碳生成。

石蠟＋氧氣→水＋二氧化碳

⒋ 問(wèn)題和建議：

⑴ 蠟燭為何能燃燒？蠟燭在什么條件下才能燃燒？像該物質(zhì)燃燒產(chǎn)生新物質(zhì)的變化是化學(xué)變化還是物理變化？

⑵ 石蠟具有哪些物理性質(zhì)？哪些化學(xué)性質(zhì)？用什么方法證明石蠟比木材軟？

⑶ 點(diǎn)燃蠟燭，觀察其火焰可分為哪幾層？其中哪層最明亮？哪層最暗？哪層溫度最高？哪層溫度最低？

⑷ 如何用實(shí)驗(yàn)對(duì)蠟燭燃燒的產(chǎn)物進(jìn)行證明？進(jìn)一步說(shuō)明石蠟中一定含有哪些元素？可能含有哪些元素?

⑸ 仔細(xì)觀察，可看到燒杯底或白瓷板上有一層黑色的物質(zhì)（炭黑C）。這進(jìn)一步說(shuō)明石蠟中一定含有什么元素？

⑹ 熄滅蠟燭，有何現(xiàn)象？再用火柴點(diǎn)燃剛熄滅時(shí)的白煙，又有何現(xiàn)象？推測(cè)白煙可能是什么？

⑺ 如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明蠟燭受熱后產(chǎn)生的是石蠟蒸氣或白煙是石蠟蒸汽冷凝形成的石蠟固體小顆粒？

⑻ 蠟燭在充足的空氣或氧氣中發(fā)生的是完全燃燒，會(huì)生成什么氣體？如何證明？若發(fā)生不完全燃燒，還可能會(huì)生成什么氣體？如何證明？

⑼ 若實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有水珠出現(xiàn)，分析可能的原因是什么？

⑽ 若實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有變渾濁出現(xiàn)，分析可能的原因又是什么？

㈡ 對(duì)人體吸入的空氣和呼出氣體的探究

⒈ 步驟一

收集空氣和人呼出的氣體各兩瓶并聞各氣體的氣味

結(jié)論：兩氣體均沒(méi)有氣味

⒉ 步驟二

取一瓶空氣和一瓶剛收集的人呼出的氣體，分別加入澄清石灰水，振蕩觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

① 空氣瓶中無(wú)明顯變化

② 人呼出氣體瓶中澄清石灰水變渾濁

結(jié)論：

空氣中二氧化碳的含量比人體呼出的含量低

⒊ 步驟三

將燃著的木條分別插入盛有空氣和人呼出氣體的兩個(gè)瓶中

⑴ 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

① 空氣瓶中燃著木條無(wú)明顯變化

②人呼出氣體瓶中燃著木條熄滅

⑵ 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

空氣中氧氣的含量比人體呼出的含量高

⒋ 步驟四

將一塊干燥的玻璃片放在空氣中，對(duì)著另一塊干燥的玻璃片吹氣

⑴ 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

① 空氣中玻璃片無(wú)明顯變化

②人呼氣的玻璃片上有水珠

⑵ 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

空氣中水蒸氣的含量比人體呼出的含量低

“兩多一少”——呼出的氣體比吸入的空氣，二氧化碳多、水蒸氣多，氧氣少。

㈢ 空氣中氧氣含量的測(cè)定

⒈ 步驟和方法：

⑴ 先把玻璃棒的下端燒熱，燃燒匙內(nèi)放一塊白磷，把橡皮塞插入瓶中，并把塞子塞緊。然后把玻璃棒的熱端按下與白磷接觸，白磷燃燒，產(chǎn)生大量白煙。

⑵ 待白磷熄滅并冷卻后，打開(kāi)彈簧夾，燒杯中的水倒吸進(jìn)入瓶?jī)?nèi)。

⒉ 現(xiàn)象：有大量白煙產(chǎn)生，廣口瓶?jī)?nèi)液面上升約1/5體積。

⒊ 結(jié)論：

⑴ 空氣是混合物；

⑵ O2約占1/5，可支持燃燒；

⑶ N2約占4/5，不支持燃燒，也不能燃燒，難溶于水

⒋ 實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵：

⑴ 可燃物要求：足量且產(chǎn)物是固體：選擇紅磷。

⑵ 裝置要求：氣密性良好。

⒌ 探究：

⑴ 液面上升小于1/5原因：裝置漏氣，紅磷量不足，未冷卻完全

⑵ 能否用鐵、鋁代替紅磷？不能。

原因：鐵、鋁不能在空氣中燃燒。

⑶ 能否用碳、硫代替紅磷？不能。

原因：產(chǎn)物是氣體，不能產(chǎn)生壓強(qiáng)差

㈣ 水的組成的實(shí)驗(yàn)探究：

⒈ 實(shí)驗(yàn)裝置：水電解器；

⒉ 電源種類：直流電

⒊ 實(shí)驗(yàn)步驟和方法：

⑴ 在電解器玻璃管里加滿水，接通直流電源，觀察并記錄兩個(gè)電極附近和玻璃管內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象；

⑵ 切斷上述裝置中的電源，用燃著的木條分別在兩個(gè)玻璃管尖嘴口檢驗(yàn)電解反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體，觀察并記錄發(fā)生的現(xiàn)象。

⒋ 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析：

⑴ 兩電極上均產(chǎn)生氣泡，速率快的是負(fù)極，正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的體積比約為1:2，說(shuō)明水通電分解產(chǎn)生氣泡。

⑵ 正極產(chǎn)生的氣體使燃著的木條燃燒得更旺，說(shuō)明正極產(chǎn)生的是氧氣。

⑶ 負(fù)極產(chǎn)生的氣體能燃燒，火焰呈淡藍(lán)色，說(shuō)明負(fù)極產(chǎn)生的是氫氣。

⑷ 反應(yīng)的文字表達(dá)式：水→通電→氫氣＋氧氣

⒌ 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

⑴ 水由氫元素和氧元素組成的。

⑵ 一個(gè)水分子是由2個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子構(gòu)成的。

⑶ 化學(xué)變化中，分子可分而原子不可分。

⒍ 實(shí)驗(yàn)拓展：

根據(jù)精確的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，每個(gè)水分子是由2個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子構(gòu)成的，因此水可以表示為H2O，電解水的化學(xué)方程式：2H2O＝通電＝2H2↑＋O2↑

【注意】

① 通電時(shí)，必須使用直流電。

② 電解水實(shí)驗(yàn)中，水中可加入少量硫酸鈉或氫氧化鈉以增強(qiáng)導(dǎo)電性。

③ 兩電極上產(chǎn)生的氣體和體積比口訣：“負(fù)氫正氧，負(fù)二正一”。

㈤ 實(shí)驗(yàn)室制備氧氣的實(shí)驗(yàn)探究

⒈ 實(shí)驗(yàn)室制取氣體的思路：（原理、裝置、檢驗(yàn)）

⑴ 發(fā)生裝置：固固加熱型、固液不加熱型；

⑵ 收集裝置：根據(jù)物質(zhì)的密度、溶解性。

⒉ 氣體制取與收集裝置的選擇

⑴ 發(fā)生裝置：由反應(yīng)物狀態(tài)及反應(yīng)條件決定：

① 反應(yīng)物是固體，需加熱，制氣體時(shí)則用高錳酸鉀制O2的發(fā)生裝置。

② 反應(yīng)物是固體與液體，不需要加熱，制氣體時(shí)則用制H2、CO2的發(fā)生裝置。

⑵ 收集方法：由氣體的密度及溶解性決定：

難溶于水用排水法收集，O2、H2能用排水法；

密度比空氣大用向上排空氣法，CO2只能用向上排空氣法；

密度比空氣小用向下排空氣法，H2能用向下排空氣法。

⒊ 氧氣的制備：

⑴ 實(shí)驗(yàn)室制氧氣的原理：2H2O2＝MnO2＝2H2O＋O2↑

2KMnO4＝△＝K2MnO4＋MnO2＋O2↑

2KClO3＝MnO2＝2KCl＋3O2↑

⑵ 制取氧氣的操作步驟：（以高錳酸鉀制取氧氣并用排水法收集為例）

查—裝—定—點(diǎn)—收—移—熄

⑶ 注意點(diǎn)：

① 試管口略向下傾斜：防止冷凝水倒流引起試管破裂；

② 藥品平鋪在試管的底部：均勻受熱；

③ 鐵夾夾在離管口約1/3處；

④ 導(dǎo)管應(yīng)稍露出橡皮塞：便于氣體排出；

⑤ 試管口應(yīng)放一團(tuán)棉花：防止高錳酸鉀粉末進(jìn)入導(dǎo)管；

⑥ 排水法收集時(shí)，待氣泡均勻連續(xù)冒出時(shí)再收集；（剛開(kāi)始排出的是試管中的空氣）

⑦ 實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，先移導(dǎo)管再熄滅酒精燈，防止水倒吸引起試管破裂；

⑧ 用排空氣法收集氣體時(shí)，導(dǎo)管伸到集氣瓶底部。

⑷ 氧氣的驗(yàn)滿：用帶火星的木條放在集氣瓶口。

⑸ 氧氣的檢驗(yàn)：用帶火星的木條伸入集氣瓶?jī)?nèi)。

⑹ 催化劑（觸媒）：在化學(xué)反應(yīng)中能改變其他物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后都沒(méi)有發(fā)生變化的物質(zhì)。（一變兩不變）

催化劑在化學(xué)反應(yīng)中所起的作用叫催化作用。