《第一單元 研究物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法》講義

《第一單元研究物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法》講義同學(xué)們，咱們現(xiàn)在開(kāi)始學(xué)習(xí)高中蘇教版（2019）必修第一冊(cè)專題2研究物質(zhì)的基本方法中的第一單元——研究物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法。這可是化學(xué)學(xué)習(xí)中超級(jí)重要的一部分呢，就像我們要去探索一個(gè)神秘的寶藏島，這些實(shí)驗(yàn)方法就是我們的尋寶工具。一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性咱們先來(lái)說(shuō)說(shuō)為啥要做化學(xué)實(shí)驗(yàn)。大家都知道，化學(xué)這門學(xué)科呢，是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的科學(xué)。那我們?cè)趺粗牢镔|(zhì)的這些情況呢？光靠腦袋想可不行，就像你想知道一個(gè)蘋果甜不甜，得咬一口嘗嘗，化學(xué)實(shí)驗(yàn)就是我們“咬”物質(zhì)這顆“蘋果”的方法。給大家講個(gè)我自己的事兒。我小時(shí)候特別好奇為什么蠟燭燃燒的時(shí)候火焰是那個(gè)樣子的。我就自己偷偷做了個(gè)小實(shí)驗(yàn)，把蠟燭點(diǎn)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(huì)流下蠟油。那時(shí)候我還不太懂化學(xué)，但是這個(gè)簡(jiǎn)單的觀察讓我對(duì)物質(zhì)的變化產(chǎn)生了濃厚的興趣。后來(lái)我學(xué)習(xí)了化學(xué)知識(shí)才知道，蠟燭燃燒是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)變化過(guò)程，涉及到石蠟和氧氣的反應(yīng)，而火焰的分層也和燃燒的不同階段有關(guān)。這個(gè)小經(jīng)歷就告訴我們，實(shí)驗(yàn)?zāi)茏屛覀冎庇^地看到物質(zhì)的變化，是我們了解物質(zhì)的重要途徑。二、常見(jiàn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器1、試管試管就像是一個(gè)小小的化學(xué)世界容器。它的形狀是細(xì)長(zhǎng)的圓柱體，有不同的規(guī)格。我們可以用它來(lái)做很多簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，比如加熱少量的液體或者固體。比如說(shuō)，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(shí)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(guò)程中液體或者固體濺出來(lái)。2、酒精燈酒精燈是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里的小火苗提供者。它的火焰分為三層，外焰、內(nèi)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(shí)候要用外焰。就像我們烤棉花糖的時(shí)候，肯定是把棉花糖放在火苗最旺的地方烤得最快呀。不過(guò)使用酒精燈的時(shí)候一定要小心，不能用一個(gè)酒精燈去點(diǎn)燃另一個(gè)酒精燈，這就像不能用一根點(diǎn)燃的火柴去點(diǎn)另一根還沒(méi)點(diǎn)著的火柴的頭部一樣危險(xiǎn)。3、燒杯燒杯的形狀像個(gè)大口的杯子，它可以用來(lái)盛放較多量的液體。比如說(shuō)我們要配制一定濃度的溶液，就可以把溶質(zhì)和溶劑放在燒杯里攪拌。不過(guò)燒杯不能直接加熱哦，要墊上石棉網(wǎng)。這就好比你不能直接把鍋放在火上，得有個(gè)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(lái)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(shí)候視線要和量筒內(nèi)液體的凹液面最低處保持水平。我曾經(jīng)見(jiàn)過(guò)一個(gè)同學(xué)，他量取液體的時(shí)候沒(méi)有平視，結(jié)果量取的液體體積就不準(zhǔn)確了。這就像你去買東西稱重量，如果秤不準(zhǔn)，那你得到的東西數(shù)量就不對(duì)了。三、物質(zhì)的分離和提純1、過(guò)濾過(guò)濾是一種把固體和液體分開(kāi)的方法。就像我們泡茶的時(shí)候，用濾網(wǎng)把茶葉和茶水分離一樣。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們會(huì)用到濾紙和漏斗。把濾紙對(duì)折兩次放在漏斗里，然后把要過(guò)濾的混合物倒進(jìn)去，液體就會(huì)通過(guò)濾紙流到下面的容器里，固體就留在濾紙上了。比如說(shuō)我們要把混有泥沙的水凈化，就可以用過(guò)濾的方法。泥沙顆粒比較大，不能通過(guò)濾紙的小孔，而水就可以順利通過(guò)。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(zhì)的方法。想象一下，你在海邊曬鹽，海水里有很多鹽，太陽(yáng)一曬，水慢慢變成水蒸氣跑掉了，剩下的就是鹽。在實(shí)驗(yàn)室里，我們把溶液放在蒸發(fā)皿里，用酒精燈加熱。加熱的時(shí)候要用玻璃棒不斷攪拌，防止局部溫度過(guò)高導(dǎo)致液體飛濺。等蒸發(fā)皿里出現(xiàn)較多固體的時(shí)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(diǎn)的不同分開(kāi)的方法。比如說(shuō)酒精和水的混合物，酒精的沸點(diǎn)比水低，我們就可以通過(guò)蒸餾把它們分開(kāi)。蒸餾的時(shí)候要用到蒸餾燒瓶、溫度計(jì)、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(guò)冷凝管變成液體流出來(lái)，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(dòng)物分開(kāi)，跑得快的先跑出去了。4、萃取萃取是利用溶質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑里溶解度的不同，把溶質(zhì)從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑里的方法。我給大家舉個(gè)例子，假如你有一碗混有辣椒油的水，你想把辣椒油弄出來(lái)。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(lái)就可以了。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們常用的萃取劑有四氯化碳、苯等。四、物質(zhì)的檢驗(yàn)1、離子的檢驗(yàn)（1)氯離子（Cl?）的檢驗(yàn)我們可以用硝酸銀溶液和稀硝酸來(lái)檢驗(yàn)氯離子。如果溶液里有氯離子，當(dāng)加入硝酸銀溶液的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生白色沉淀，這個(gè)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(gè)特定的標(biāo)志來(lái)識(shí)別他，看到這個(gè)標(biāo)志就知道是他了。（2)硫酸根離子（SO?2?）的檢驗(yàn)檢驗(yàn)硫酸根離子要用氯化鋇溶液和稀鹽酸。當(dāng)溶液里有硫酸根離子時(shí)，加入氯化鋇溶液會(huì)產(chǎn)生白色沉淀硫酸鋇（BaSO?），然后加入稀鹽酸沉淀不溶解。不過(guò)要注意哦，如果溶液里有銀離子，加入氯化鋇也會(huì)產(chǎn)生白色沉淀，但是這個(gè)沉淀在稀鹽酸里會(huì)溶解，所以要先排除銀離子的干擾。2、氣體的檢驗(yàn)（1)氧氣（O?）的檢驗(yàn)氧氣能使帶火星的木條復(fù)燃。這就像氧氣是一個(gè)小火苗的喚醒者，帶火星的木條就像一個(gè)睡著的小火苗，遇到氧氣就被喚醒了，重新燃燒起來(lái)。（2)二氧化碳（CO?）的檢驗(yàn)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(gè)小調(diào)皮，跑到澄清石灰水里搗亂，讓石灰水變得渾濁起來(lái)。五、實(shí)驗(yàn)安全化學(xué)實(shí)驗(yàn)雖然很有趣，但是安全可是第一位的。就像我們出去探險(xiǎn)，要先保證自己的安全一樣。1、防火實(shí)驗(yàn)室里有很多易燃的物質(zhì)，像酒精、汽油等。使用這些物質(zhì)的時(shí)候一定要遠(yuǎn)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(méi)有氧氣就熄滅了。2、防爆有些反應(yīng)可能會(huì)產(chǎn)生氣體，氣體如果在密閉的容器里不斷產(chǎn)生，壓力就會(huì)增大，可能會(huì)發(fā)生爆炸。所以在做有氣體產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要保證裝置的氣密性良好，并且不能在密閉容器里進(jìn)行劇烈的反應(yīng)。3、防中毒有些化學(xué)物質(zhì)是有毒的，比如氯氣、一氧化碳等。在做有關(guān)這些物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，要在通風(fēng)良好的環(huán)境下進(jìn)行，最好是在通風(fēng)櫥里操作。這就像我們?cè)谟徐F霾的天氣里要戴口罩一樣，通風(fēng)櫥就像是給我們的一個(gè)保護(hù)罩，防止有毒氣體進(jìn)入我們的身體。4、防腐蝕很多化學(xué)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(jìn)行處理。比如說(shuō)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(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)當(dāng)我們要研究一種物質(zhì)或者解決一個(gè)化學(xué)問(wèn)題的時(shí)候，就需要設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)康谋热缯f(shuō)我們要探究鐵生銹的條件，那這個(gè)就是我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。我們要圍繞這個(gè)目的來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。2、確定實(shí)驗(yàn)原理鐵生銹是鐵和氧氣、水發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)這個(gè)原理，我們可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)控制變量，看看在不同的條件下鐵是否生銹。3、選擇實(shí)驗(yàn)儀器和藥品對(duì)于探究鐵生銹的實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。4、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們要仔細(xì)觀察并記錄下每個(gè)試管里鐵釘?shù)淖兓闆r，比如生銹的時(shí)間、生銹的程度等。6、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)我們記錄的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)來(lái)分析鐵生銹的條件，得出結(jié)論。七、課程重點(diǎn)和難點(diǎn)1、重點(diǎn)（1)掌握常見(jiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法，這是我們進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。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(xué)會(huì)物質(zhì)的分離和提純方法，這對(duì)于我們得到純凈的物質(zhì)非常重要。（3)能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行物質(zhì)的檢驗(yàn)，這是我們了解物質(zhì)組成的重要手段。2、難點(diǎn)（1)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。因?yàn)檫@需要綜合考慮很多因素，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、儀器、藥品、步驟等，就像我們要做一道復(fù)雜的菜，要考慮食材、調(diào)料、烹飪方法