第2节 研究物质性质的方法和程序 第1课时（教学设计）化学鲁科版2019必修第一册

第2节 研究物质性质的方法和程序 第1课时 研究物质性质的方法 一、知识目标 1.了解研究物质性质的基本方法（观察法、实验法、分类法、比较法）的含义、步骤及注意事项。 2.掌握钠及其化合物（氧化钠、过氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠）的物理性质和化学性质，能正确书写相关化学方程式。 3.理解条件控制对实验研究的意义，能设计简单的实验方案探究物质性质。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：通过观察和实验，从宏观上认识钠及其化合物的性质表现，从微观角度理解其反应原理和本质。 2.证据推理与模型认知：通过对实验现象的分析和推理，建立研究物质性质的方法模型，培养逻辑思维能力。 3.科学探究与创新意识：通过实验探究钠与氧气、水等的反应，培养科学探究能力和创新精神，体会实验在化学研究中的重要作用。 4.科学态度与社会责任：了解钠及其化合物在生产生活中的应用，认识化学对社会发展的重要贡献，培养科学态度和社会责任感。 一、教学重点 1、研究物质性质的基本方法； 2、钠及其化合物的性质。 二、教学难点： 1、实验条件的控制 2、钠与盐溶液反应的原理 3、碳酸钠与碳酸氢钠性质的比较和鉴别。 本节教学内容源于鲁科版（2019 年版）高中化学必修第一册第一章《认识化学科学》第二节《研究物质性质的方法和程序》的第 1 课时《研究物质性质的方法》。这部分内容是化学学科研究的基础方法介绍，对于学生深入理解化学研究的本质、掌握化学学习和研究的方法具有重要意义，在高中化学知识体系中起到承上启下的作用。 按照《课标》要求，本课时围绕研究物质性质的基本方法展开，涵盖观察法、实验法、分类法和比较法等内容，并通过钠及其化合物的性质研究进行方法的具体应用。教材先通过溴化银、叠氮化钠、液态氢和液态氧等物质性质研究的实例引入，激发学生对科学研究物质性质方法的兴趣。接着详细阐述各种研究方法的含义、注意事项等理论知识，再以钠与水、钠与氧气的反应，以及氧化钠、过氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠的性质研究等实验和实例，让学生在实践中体会和运用这些研究方法。这种编排方式有助于学生将理论与实践相结合，逐步掌握研究物质性质的方法。 教学对象是初高中过渡阶段的学生，处于从初中化学的直观、感性认识向高中化学的抽象、理性研究转变的时期。学生在初中化学学习中，已经积累了一些关于物质性质和化学反应的基础知识，如常见金属和酸碱盐的部分性质，但对于研究物质性质的系统方法缺乏认识。在思维能力方面，学生正从形象思维向抽象思维过渡，开始具备一定的逻辑推理和分析能力，但在面对复杂的化学问题和实验现象时，可能还存在分析不够深入、全面的情况。 在学习习惯上，初中化学学习相对较为依赖教师的引导和讲解，而高中化学需要学生更多地自主思考、探究和总结。本课时内容对于学生来说既充满新鲜感又具有一定的挑战性，学生对钠与水、钠与氧气等实验现象会表现出浓厚的兴趣，但在理解实验背后所蕴含的研究方法和化学原理时，可能需要教师进行细致的引导和讲解。同时，学生在运用分类法和比较法对钠及其化合物的性质进行归纳总结时，可能会遇到困难，需要逐步培养和提高相关能力。教师应充分考虑学生的这些特点，在教学过程中注重引导学生从已有的知识经验出发，逐步建立起研究物质性质的科学方法和思维方式。 教学环节一 课堂导入 【展示图片与讲解】同学们，在正式开始今天的课程之前，老师先给大家展示几张图片。（展示感光胶卷、汽车安全气囊、火箭推进器的图片）大家现在看到的这些东西，在我们的生活和科技领域都有着非常重要的作用。像感光胶卷，它让我们能够记录下美好的瞬间；汽车安全气囊，在关键时刻能保护我们的生命安全；火箭推进器，则推动着人类探索宇宙的步伐。那大家知道吗，它们的诞生都离不开化学研究。科学家们通过对溴化银感光性的研究，制成了感光胶卷；利用叠氮化钠的性质，发明了汽车安全气囊；对液态氢和液态氧的深入研究，造就了火箭推进器。 【提出问题】看到这些由化学研究带来的伟大成果，老师想问大家，科学家们是怎样更科学地研究物质的性质，从而创造出这些对我们生活和科技发展有重大意义的东西呢？这就是我们今天要一起探讨的内容——研究物质性质的方法。 设计意图 1、激发学生兴趣：通过展示与生活和科技紧密相关的物品图片，如感光胶卷、汽车安全气囊、火箭推进器等，能迅速吸引学生的目光，让他们直观地感受到化学研究的实际应用价值，从而激发学生对本节课内容的兴趣和好奇心。 2、联系实际生活：将抽象的化学研究方法与具体的生活实例和科技成果相结合，使学生明白化学就在我们身边，它对我们的生活和社会发展有着重要的影响，增强学生对化学学科的认同感和学习的积极性。 3、引发思考，导入新课：提出“科学家怎样更科学地研究物质性质”的问题，引发学生的思考，自然地引出本节课的主题——研究物质性质的方法，让学生带着问题去学习，明确学习目标，提高课堂参与度和学习效果。 教学环节二 研究物质性质的基本方法 活动一 引入研究物质性质方法的概念 【问题引入】大家结合自己的生活经验和已有的化学知识，想一想我们可以通过哪些方式去了解物质的性质呢？ 【学生思考】学生可能会回答：用眼睛看物质的颜色、状态；用鼻子闻气味；做实验等。 【讲解】同学们说得都很对，这些其实就是我们研究物质性质的一些基本方法。接下来我们详细学习几种重要的研究方法。 【学生任务1】阅读教材相关内容，总结观察法的含义、方式和步骤。 【学生总结】 1.含义：是一种有计划、有目的地用感官考察研究对象的方法。 2.方式：眼看、耳听、鼻闻、手触摸、借助仪器等方法。 3.步骤：目的、内容、结果、分析和综合。 【讲解】强调观察法的重要性，它是我们研究物质性质的基础。在观察时一定要有明确的目的和内容，并且要对观察结果进行分析和综合。 设计意图 利用本部分的教学，使学生对“观察”的范畴有了进一步全面的认识，为以具体物质为例进行实验探究提供了坚实的理论基础。 活动二 学习实验法 【问题】我们知道观察法可以让我们初步了解物质的性质，那如果我们想要验证对物质性质的预测或者探究物质未知的性质，应该用什么方法呢？ 【学生思考】部分学生可能会回答用实验的方法。 【讲解】对，这就是实验法。实验法是通过实验来验证对物质性质的预测或探究物质未知的性质的方法。在进行实验时，我们要注意控制变量，比如控制温度、压强、浓度等条件。例如，碳和氧气反应，当氧气少量时，化学方程式为；当氧气足量时，化学方程式为。这说明条件不同，反应的结论也不同。 【学生任务2】思考在实验中控制变量的重要性，并举例说明。 【学生举例】比如在研究金属和酸反应的速率时，要控制金属的形状、酸的浓度、温度等条件相同，只改变其中一个变量，才能准确研究该变量对反应速率的影响。 【讲解】评价学生的举例，强调控制变量是实验法的关键，只有这样才能保证实验结果的准确性和可靠性。 设计意图 利用本部分的教学，强调控制变量是实验法的关键，明确设计实验前、中、后的操作，为以具体物质为例进行实验探究提供了坚实的理论基础。 活动三 分类法和比较法的学习 【引入】除了观察法和实验法，分类法和比较法在研究物质性质中也有着重要的作用。下面我们来学习这两种方法。 【问题】请同学们阅读教材，说一说分类法和比较法的含义分别是什么？ 【学生思考】阅读后回答，分类法是分门别类地对物质性质进行研究，总结出各类物质的一般性质；反之，知道某物质的类别，我们就可预测该物质的一般性质。比较法是认识各物质性质之间的异同及内在联系。 【讲解】很好，分类法可以帮助我们系统地认识物质的性质，比较法可以让我们更清晰地了解不同物质性质的差异。比如金属有一些通性，像金属光泽，良好的导热、导电性、延展性，活泼金属与盐酸反应生成，这就是通过分类法总结出来的。 【学生任务3】举例说明分类法和比较法在化学学习中的应用。 【学生思考】学生举例，如将酸分为强酸和弱酸，比较盐酸和硫酸的性质等。 【讲解】评价学生的例子，进一步强调分类法和比较法的重要性。 设计意图 让学生全面了解研究物质性质的基本方法，培养学生分类归纳和比较分析的能力。 教学环节三 金属钠的性质研究 活动一 观察法认识钠的物理性质 【引入】我们学习了研究物质性质的基本方法，下面我们就用这些方法来研究金属钠的性质。主要以观察金属钠的物理性质和钠与水反应的现象为例，看一看这一过程如何正确使用观察法。 【问题】请同学们阅读观察目的和内容，然后进行观察。观察内容包括钠的位置、状态、是静止的还是游动的、是否有声音、溶液的颜色等。 【学生思考】学生按照要求进行观察，观察后回答，钠是固态银白色，质软，密度是。 【讲解】非常棒，大家观察得很仔细。通过观察我们知道了金属钠的一些物理性质。接下来我们重点观察钠与水的反应。 【学生任务1】进行钠与水反应的实验，观察实验现象并记录 现象 结论 【学生回答并思考】学生进行实验，观察到钠浮在水面上，熔化成闪亮的小球，小球四处游走有气体产生，发出嘶嘶的响声，溶液颜色变红。出现这些现象说明了什么？ 【讲解】评价学生的实验操作和观察结果，分析实验现象得出结论。钠浮在水面上说明钠的密度比水小；熔化成闪亮的小球说明反应放热，钠的熔点低；有气体产生，经检验是氢气；溶液颜色变红说明有碱性物质生成，是氢氧化钠。化学方程式为。 设计意图 通过运用所学的观察法对具体物质性质探究，培养学生的观察能力和实践能力。加深对研究物质方法的理解应用，通过汇报实验现象，培养学生的语言表达能力。强化实验现象的记忆，突出重点，突破难点。 活动二 实验法认识钠的其他化学性质 【引入】我们知道了钠与水的反应，那钠还能与哪些物质发生反应呢？钠属于金属单质，利用金属通性，可能会与酸碱盐反应，下面我们来探究钠与酸、碱、盐的反应。 【问题】请同学们思考钠与酸反应的规律是什么？并举例说明。 【学生思考】学生回答，钠与酸反应是先酸后水，例如钠与盐酸反应，化学方程式为。 【讲解】非常正确，钠与酸反应时，先与酸中的氢离子反应。那钠与碱反应呢？ 【学生任务2】预测钠投入到饱和氢氧化钠溶液的反应。 【学生思考】学生思考后回答，钠与碱消耗水，会使饱和氢氧化钠溶液中的氢氧化钠析出。 【讲解】评价学生的预测，分析钠与碱反应的实质。钠投入到饱和氢氧化钠溶液中，先与水反应，消耗水，同时生成氢氧化钠，由于溶液是饱和的，会有氢氧化钠晶体析出。那钠与盐溶液反应呢？ 【问题】在金属活动顺序表中，钠排在铜的前面，所以，将钠加入到溶液或氯化铁溶液中，会置换出金属铜或铁。这种说法对吗？ 【学生思考】学生思考后回答，这种说法不对，钠先与水反应，生成氢氧化钠和氢气，氢氧化钠再与盐溶液反应，例如钠与溶液反应，总反应为。 【讲解】评价学生的回答，强调钠与盐溶液反应的特点。钠不能置换出盐溶液里的金属，而是先与水反应。那钠与熔融状态的盐反应呢？ 【学生任务3】写出钠与熔融态反应的化学方程式。 【学生思考】学生写出化学方程式。 【讲解】评价学生写出的化学方程式，说明钠在高温下可以置换出【金属活动性顺序表】中排在钠后面的金属单质。 【总结】K、Ca、Na活泼金属与盐溶液反应，不能置换出盐中的金属 【设计意图】培养学生的探究能力和知识迁移能力，让学生进一步了解钠的化学性质。 活动三 钠与氧气反应的实验探究 【引入】我们已经了解了钠与水、酸、碱、盐的反应，那钠与氧气反应会有什么现象呢？下面我们通过实验来探究。 【问题】请同学们阅读实验目的和实验内容，思考实验中需要注意什么？ 【学生思考】学生回答，要注意控制反应条件，如加热和不加热的区别；要仔细观察并记录实验现象。 【讲解】非常好，实验中控制条件很重要。下面我们进行实验。 【学生任务1】进行钠与氧气反应的实验，观察钠放置在空气中和钠在空气中加热的实验现象并记录。 【学生思考】学生进行实验，观察到钠放置在空气中，银白色光亮的金属切面很快变暗，生成白色固体，化学方程式为；钠在空气中加热，先熔化成闪亮的小球，发出黄色火焰，生成淡黄色固体，化学方程式为。 【讲解】评价学生的实验操作和观察结果，分析实验现象得出结论。通过这组实验，我们可以看到条件不同，钠与氧气反应的产物不同。 【问题】通过这组实验，你对金属钠与氧气反应有了哪些认识？ 【学生思考】学生回答，钠与氧气反应的产物与反应条件有关，常温下生成氧化钠，加热时生成过氧化钠。 【讲解】非常正确，这体现了条件控制对实验研究的重要意义。那金属钠除了能与氧气、水发生反应外，还能与哪些物质发生反应？请比较金属钠与其他金属在化学性质上的相同点和不同点。 【学生任务2】小组讨论并回答上述问题。 【学生思考】小组讨论后代表发言，相同点是都能与氧气等物质反应；不同点是钠的化学性质更活泼，反应更剧烈。 【讲解】评价小组讨论结果，强调钠的化学性质活泼的原因是其原子结构的特点。 【设计意图】让学生通过实验探究钠与氧气的反应，培养学生的实验操作能力和探究精神，同时让学生认识条件控制对实验研究的意义。 教学环节四 氧化钠及过氧化钠的性质 活动一 对比氧化钠和过氧化钠的基本性质 【引入】我们已经学习了研究物质性质的基本方法，接下来我们用这些方法来研究氧化钠和过氧化钠的性质。 【问题】请同学们阅读教材相关内容，对比氧化钠和过氧化钠的化学式、氧化合价、阴、阳离子个数比、颜色状态。 【学生思考】学生阅读后进行总结： 物质 化学式 氧化合价 阴、阳离子个数比 颜色状态 氧化钠 -2 1:2 白色固体 过氧化钠 -1 1:2 淡黄色固体 【讲解】强调过氧化钠中氧元素的化合价为 -1 价，这与氧化钠中氧元素 -2 价不同，这也决定了它们性质上的差异。 【学生任务1】写出氧化钠和过氧化钠分别与水、二氧化碳、盐酸反应的化学方程式。 【学生书写】 1.氧化钠与水反应： 2.过氧化钠与水反应： 3.氧化钠与二氧化碳反应： 4.过氧化钠与二氧化碳反应： 5.氧化钠与盐酸反应： 6.过氧化钠与盐酸反应： 【讲解】对学生书写的化学方程式进行评价和讲解，强调过氧化钠与水、二氧化碳、盐酸反应都有氧气生成，这是过氧化钠的一个重要性质。 【设计意图】让学生通过比较氧化钠和过氧化钠的性质，加深对这两种物质的认识，培养学生的比较分析能力。 活动二 思考钠着火的处理方法 【问题】我们知道钠着火是比较危险的，那思考一下，Na 着火可以用水灭火吗？可以用泡沫灭火器吗？应该怎么办？ 【学生思考】学生可能会根据钠和水、二氧化碳的反应进行分析，得出不能用水和泡沫灭火器灭火的结论。 【讲解】钠着火不能用水灭火，因为钠与水反应会生成氢气，氢气易燃，会使火势更旺；也不能用泡沫灭火器，因为泡沫灭火器会喷出二氧化碳，钠能在二氧化碳中燃烧。正确的方法是用沙子覆盖灭火。 设计意图 将化学知识与生活实际联系起来，让学生体会化学在生活中的应用。提高学生解决问题的能力。 教学任务三 碳酸钠及碳酸氢钠的性质 活动一 比较碳酸钠和碳酸氢钠的水溶性和酸碱性 【引入】我们继续用研究物质性质的方法来研究碳酸钠和碳酸氢钠的性质。 【问题】请同学们观察教材中碳酸钠和碳酸氢钠的相关内容，比较它们的俗称、水溶性和酸碱性。 【学生思考】学生总结： 物质 俗称 水溶性 酸碱性 碳酸钠 苏打、纯碱 都能溶于水，溶解性： 水溶液都显碱性，相同浓度时，溶液的碱性 > 溶液 碳酸氢钠 小苏打 【讲解】强调碳酸钠和碳酸氢钠都能溶于水，但碳酸钠的溶解性更强，并且它们的水溶液都显碱性，这与它们的水解有关。 【学生任务1】设计实验验证碳酸钠和碳酸氢钠水溶液的酸碱性。 【学生设计】学生可能会想到用酸碱指示剂，如酚酞试液，分别滴入碳酸钠和碳酸氢钠溶液中，观察溶液颜色变化。 【讲解】对学生的设计进行评价和补充，然后进行实验演示，让学生观察现象并得出结论。 【设计意图】 进一步巩固研究方法的应用，培养学生的探究能力。 活动二 研究碳酸钠和碳酸氢钠与碱、盐酸的反应 【问题】请同学们思考碳酸钠和碳酸氢钠分别与氢氧化钠溶液、稀盐酸反应的情况，并写出化学方程式。 【学生思考】学生书写化学方程式： 1.碳酸钠与氢氧化钠不反应。 2.碳酸氢钠与氢氧化钠反应： 3.碳酸钠与稀盐酸反应：开始时，后来 4.碳酸氢钠与稀盐酸反应： 【讲解】强调碳酸钠与稀盐酸反应的分步情况，这是碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应现象不同的原因。可以利用它们与盐酸反应的不同现象来检验和。 【学生任务2】思考把稀逐滴滴加到和把逐滴滴加到稀现象是否一样。 【学生思考】学生分析得出：把稀逐滴滴加到刚开始无气泡，后来才有气泡；把逐滴滴加到稀马上有气泡。 【讲解】总结可以通过互滴的方法鉴别碳酸钠和碳酸氢钠溶液。 【知识延申】 相互转化Na2CO3 → NaHCO3 ①通CO2：Na2CO3+CO2+H2O = 2NaHCO3 ②加少量盐酸：Na2CO3+HCl = NaHCO3+NaCl NaHCO3 → Na2CO3 ①固体：直接加热：2NaHCO3 = Na2CO3+ CO2↑+H2O ②溶液：加适量NaOH溶液：NaHCO3+NaOH = Na2CO3 +H2O 【思考】金属钠长期置于空气最终生成的物质是什么？发生哪些化学变化？ 设计意图 让学生通过比较碳酸钠和碳酸氢钠的性质，加深对这两种物质的认识，培养学生的比较分析能力。 钠 及其化合物 性 质 研究物质性质的方法 分类法 实验法 比较法 观察法 指导 应用 物理性质 化学性质 决定 反应 取用 保存 用途 第二节 研究物质性质的方法和程序 第2课时 研究物质性质的方法 一、研究物质性质的基本方法 1.观察法 o含义：有计划、有目的地用感官考察研究对象 o方式：眼看、耳听、鼻闻、手触摸、借助仪器 o步骤：目的、内容、结果、分析和综合 2.实验法 o含义：验证预测或探究未知性质 o注意：控制变量 3.分类法 o含义：总结类别性质，预测物质性质 4.比较法 o含义：认识性质异同及联系 二、钠单质的性质及应用 1.物理性质 o颜色状态：固态银白 o硬度：小（质软） o密度：ρ煤油＜ρ钠＜ρ水 o熔点：低 2.化学性质 o与水反应：2Na＋2H2O =2NaOH + H2↑ o与酸反应：先酸后水 o与碱反应：消耗水 o与盐反应 水溶液：先水后盐 熔融态：可置换后面金属 o与氧气反应 常温：4Na + O2 == 2Na2O 加热：2Na + O2 == Na2O2 3.用途 o原子反应堆导热剂 o高压钠灯 o冶炼某些金属 三、氧化钠及过氧化钠 物质 氧化钠（Na2O） 过氧化钠（Na2O2） 氧化合价 -2 -1 阴、阳离子个数比 1：2 1：2 颜色状态 白色固体 淡黄色固体 与H2O反应 Na2O + H2O = 2NaOH 2Na2O2 + 2H2O = 4NaOH + O2↑ 与CO2反应 Na2O + CO2 = Na2CO3 2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2 与盐酸反应 Na2O + 2HCl = 2NaCl + H2O 2Na2O2 + 4HCl = 4NaCl + 2H2O + O2↑ 用途 制碱 供氧剂、强氧化剂、漂白剂 转化关系 2Na2O + O2 === 2Na2O2（△） 四、碳酸钠及碳酸氢钠 1.物理性质 o俗称：苏打（Na2CO3）、小苏打（NaHCO3） o水溶性：Na2CO3＞NaHCO3 o酸碱性：都显碱性，Na2CO3溶液碱性＞NaHCO3溶液 2.化学性质 o与碱反应 Na2CO3与NaOH不反应 NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O o与盐酸反应 Na2CO3：先无气泡，后有气泡 NaHCO3：立即有气泡 o相互转化 Na2CO3→NaHCO3：通CO2、加少量盐酸 NaHCO3→Na2CO3：固体加热、溶液加NaOH 1.查阅资料得知，金属钠能跟多种物质发生化学反应，其中包括与酒精在常温下的反应。要研究金属钠跟酒精反应的性质以及该反应与金属钠跟水反应的异同点，下列研究方法中不需要的是(　　) A．实验法 B．观察法 C．分类法 D．比较法 2.在烧杯中加入水和煤油各50mL，将一小粒金属钠投入烧杯中，观察到的现象可能为（ ） A、 钠在水层中反应并四处游动 B、 钠停留在煤油层中不发生反应 C、 钠在煤油的液面上反应并四处游动 D、 钠在煤油和水的界面处反应并可能上下跳动 3.将金属钠分别投入下列物质的溶液中，有气体放出，且有沉淀生成的是（ ） A. 稀盐酸 B. K2SO4稀溶液 C. CuCl2稀溶液 D. 水 4.下列关于钠与氧气的反应的说法正确的是(　　) A．钠与少量的O2反应生成Na2O，Na与过量的O2反应生成Na2O2 B．切开的金属Na暴露在空气中，光亮表面逐渐变暗是由于发生反应：2Na＋O2===Na2O2 C．Na久置于空气中，可以和空气中的有关物质反应，最终生成NaHCO3 D．将一小块钠放在石棉网上，用酒精灯加热后，剧烈燃烧，产生黄色火焰，生成Na2O2 5.下列判断正确的是（ ） A．可用水来确定某Na2O粉末中是否含有Na2O2 B．可用CO2来确定某Na2O粉末中是否含有Na2O2 C．Na2O比Na2O2稳定 D．将足量的Na2O2、Na2O分别加到酚酞溶液中， 最终溶液均为红色 6.下列鉴别Na2CO3与NaHCO3固体的实验不能达到实验目的的是(　　) 选项操作结论 A 分别取少许两种固体于试管中加热 能产生使澄清石灰水变浑浊的气体的为NaHCO3 B 分别取少许两种固体于试管中，加水溶解后，滴加少量极稀的CaCl2溶液 能产生白色沉淀的为Na2CO3 C 分别取少许两种固体于试管中，加水溶解后，滴加少量Ca(OH)2溶液 产生白色沉淀的为Na2CO3 D 分别取少许两种固体于试管中，逐滴加入同浓度的稀盐酸 立即产生气泡的为NaHCO3 在本次教学中，通过丰富的实例引入研究物质性质的方法，如溴化银、叠氮化钠等的应用，激发了学生的学习兴趣。在讲解钠及其化合物的性质时，结合实验视频和现象分析，让学生更直观地理解知识。但在教学过程中，也发现了一些问题。部分学生对实验法中控制变量的理解不够深入，在后续教学中应增加相关实例讲解。此外，在引导学生思考问题时，部分学生参与度不高，今后要采用更多互动方式，鼓励学生积极思考，提高课堂参与度，以更好地实现教学目标。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$