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2.1 第3课时　物质性质和变化的探究
【学习目标】
1.实验探究铝的性质,温度和浓度对双氧水分解速率的影响。
2.能仔细观察、准确记录实验现象,能结合现象进行分析,并运用化学原理进行解释和推断。
【合作探究】
【学习情境】
　　拉瓦锡是欧洲的近代化学之父,他最著名的成就就是测定了空气成分。18世纪,拉瓦锡测定空气成分的实验结果一出来就震惊全世界,因为他推翻了前人的观念,也推翻了人们脑海中固有的观念,但这只是拉瓦锡声名大噪的开始。
拉瓦锡测定空气成分的实验结果就是氧气约占空气体积的,在当时,这个结果是不被大多数人所接受的,甚至连拉瓦锡就职的法国科学院的院长也不接受他的这种说法,他认为拉瓦锡的测定方法是错误的。但是真理就是真理,即使历经百年也不会因为某个人某句话而丧失闪光点。事实证明,拉瓦锡的结论是正确的。
任务1　探究铝的性质
【新知生成】
实验探究铝的物理、化学性质:
实验 序号 实验操作 主要现象 结论与相关化学方程式
1 观察比较铝片在打磨前后的光泽 打磨前呈 　　　　色 打磨后呈 　　　　色 铝是一种　　　　的金属,在空气中容易被　　　　(化学方程式为　　　　　),氧化铝的熔点　　　铝的熔点
2 用坩埚钳夹持一片未打磨的薄铝片,在酒精灯火焰上加热,当铝片表面呈灰白色时,轻轻晃动铝片
3 取两支试管,分别放入一小片打磨过的铝片,再分别加入3mL 6mol·L-1盐酸和氢氧化钠溶液,观察现象 两支试管中都有 产生 铝既能跟　　　　反应(化学方程式为 　), 又能跟　　　反应(化学方程式为　　　　　　　　　)
　　【答案】灰白　银白　铝片内有熔化的物质被包裹着,但铝片没有熔融下滴　活泼　氧气氧化　4Al+3O22Al2O3　高于　气泡　酸　2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑　碱　2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑
【核心突破】
典例1　用铁、铝的混合物进行如下实验:
(1)操作X的名称是　　　　。
(2)气体A是　　　　。
(3)加入足量NaOH溶液时发生反应的化学方程式为　　　　　　　　。
(4)溶液B中阴离子除OH-外还有　　　　,溶液D中存在的金属离子为　　　　。
【答案】(1)过滤　(2)H2(或氢气)　(3)2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑　(4)Al　Fe2+
【解析】Al既可以与酸反应,也可以与碱反应,Fe只能与酸反应,因此铁、铝混合物遇到足量NaOH溶液,其中的Al完全反应生成H2(气体A)、NaAlO2溶液(与剩余的NaOH溶液构成溶液B),过滤后滤渣Fe(固体C)与稀盐酸反应生成H2和FeCl2溶液(溶液D)。
归纳总结
认识物质的性质和变化的一般思路
训练1　下表是某种常见金属M的部分性质。
颜色 状态 硬度 密度 熔点 导电性 导热性 延展性
银白色 固体 较小 2.70g·cm-3 660.4℃ 良好 良好 良好
　　将该金属M投入稀盐酸或NaOH溶液中,均可产生大量的无色气体。根据上述信息回答下列问题:
(1)金属M是　　　　(填名称)。
(2)试推断金属M的一种用途:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)金属M的活动性比铜　　　　(填“强”或“弱”),判断的事实依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)请写出金属M与NaOH溶液反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)现有一种合金,可能由M、Fe和Ag中的两种或三种组成。某学生为了弄清楚该合金的成分,设计了下列实验探究方案,请填写有关内容。
实验步骤 实验现象 结论
第一步:取一块合金,加入足量的①　　　　溶液 ②　　　
第二步:取上述未反应完全的固体,加入足量的③　　　 ④　　　 该合金由M、 Fe和Ag组成
　　【答案】(1)铝　(2)作导线、作炊具等　(3)强　M能与酸反应放出氢气,而铜不能
(4)2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑
(5)①NaOH　②有气体放出,固体部分溶解　③盐酸(或稀H2SO4)　④有气体放出,固体部分溶解
【解析】(1)根据表中给出的部分性质知,能与稀盐酸和NaOH溶液反应生成无色气体的金属M应该是铝。
(2)铝的导电性好,可用于制导线;导热性好,可用于制炊具。
(3)在金属活动性顺序中,Al是排在氢前面的金属,能与盐酸或稀H2SO4反应生成H2;Cu是排在氢后面的金属,不能与盐酸或稀H2SO4反应。
(5)在金属活动性顺序中,Al、Fe是排在氢前面的金属,Ag是排在氢后面的金属,因此可以利用Al能与NaOH溶液反应来检验Al的存在;利用Fe能与盐酸或稀H2SO4反应,进一步来确定Fe、Ag的存在。
任务2　探究双氧水分解快慢的影响因素
【新知生成】
探究温度对双氧水分解速率的影响
实验步骤 实验现象 结论
1.取浓度约为15%的双氧水2~3mL盛放于试管中,观察溶液中气泡产生的快慢
2.把实验1所用的双氧水置于75℃热水浴中,观察溶液中气泡产生的快慢
　　【答案】产生少量气泡　快速产生大量气泡　温度越高,H2O2的分解速率越快
【核心突破】
典例2　某课外兴趣小组对双氧水(H2O2的水溶液)做了如下实验探究。
(1)将质量相同但聚集状态不同的MnO2分别加入到5 mL 5%的双氧水中,并用带火星的木条测试。测定结果如下:
MnO2 操作 情况 观察结果 反应完成 所需时间
粉末状 混合 不振荡 剧烈反应,带火星的木条复燃 3.5分钟
块状 反应较慢,火星红亮但木条未复燃 30分钟
　　①写出H2O2发生反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　。
②实验结果说明催化剂作用的大小与　　　　　　　　　　　　有关。
(2)取三份含有等量的H2O2,但质量分数不同的双氧水,分别向其中加入1 g MnO2粉末。测定结果如下:
双氧水体积 操作 情况 反应完成 所需的时间 收集到 气体体积 反应后 液体温度
a1%的150 mL 混合 不振荡 11分钟 539 mL 24 ℃
a2%的15 mL 1分20秒 553 mL 56 ℃
a3%的7.5 mL 9秒 562 mL 67 ℃
　　请简要说明:
①反应完成所需的时间不同的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　。
②反应后液体温度不同的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　。
③收集到气体体积不同的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)①2H2O22H2O+O2↑　②催化剂的表面积(聚集状态) 　(2)①溶质的质量分数不同,液体温度不同　②反应放热相同,但液体的量不同　③液体的量不同,液体温度不同,从而影响气体在溶液中的溶解量,使得收集到的气体体积不同。
【解析】(1)其他条件相同时,加入粉末状MnO2时,反应剧烈,带火星的木条能复燃,反应完成所需时间明显短,说明催化剂的表面积(聚集状态)对反应速率有明显影响,表面积大时反应速率大。
归纳总结
控制变量法
训练2　化学反应速率受很多因素影响。下列措施主要是从降低反应速率的角度考虑的是(　　)。
A.将食物置于冰箱中冷藏保存
B.将MnO2加入H2O2溶液中制备O2
C.将洗衣粉溶于温水后洗涤衣服
D.将CaCO3固体研磨后再与稀HCl反应
【答案】A
课堂小结
【随堂检测】
1.除去镁粉中的少量铝粉,可选用的试剂是(　　)。
A.硫酸 B.水 C.氢氧化钠溶液 D.盐酸
【答案】C
【解析】Mg不与NaOH溶液反应,Al与NaOH溶液反应。
2.用坩埚钳夹住一小块刚用酸处理过的铝箔,在酒精灯上加热至熔化,发现熔化的铝并不滴落。下列关于该实验现象的解释不正确的是(　　)。
A.用酸处理时未能将氧化铝溶解
B.铝在空气中能很快形成氧化膜
C.氧化铝的熔点比铝高
D.铝箔表面未熔化
【答案】A
【解析】用酸处理时可以将氧化铝溶解掉,A项错误;铝在空气中加热,表面生成一层致密的氧化膜,由于氧化铝的熔点比铝高,故铝熔化而铝箔表面未熔化,因此熔化的铝不滴落,B、C、D三项正确。
3.下列实验方案可用于探究浓度对双氧水分解速率影响的是(　　)。
A.两支试管均盛有2mL 5% H2O2溶液,向其中一支试管中加入少量MnO2,与另一支对比
B.两支试管均盛有2mL 5% H2O2溶液,将其中一支试管放入75℃热水中,与另一支对比
C.两支试管均盛有2mL 5% H2O2溶液,向其中一支试管中加入少量MnO2,另一支中加入少量FeCl3溶液
D.两支试管分别盛有2mL 5% H2O2溶液、2mL 30% H2O2溶液,均加入少量MnO2,观察现象
【答案】D
【解析】A项用于探究催化剂对双氧水分解速率的影响;B项用于探究温度对双氧水分解速率的影响;C项用于探究不同催化剂对双氧水分解速率的影响;D项用于探究浓度对双氧水分解速率的影响。
4.化学实验是探究物质性质和变化的主要方法。
(1)某校化学兴趣小组通过实验探究得知以下两组物质均能发生反应:
Ⅰ.铁和硫酸铜溶液;Ⅱ.铝和硫酸亚铁溶液。
①Ⅰ中发生反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　。
②铁、铝、铜的金属活动性由强到弱的顺序是　　　　　　。
(2)该化学兴趣小组又测定一定质量的某镁铝混合物中镁的质量分数,设计了如下实验方案:
方案Ⅰ:镁铝的混合物测定生成气体的体积;
方案Ⅱ:镁铝的混合物测定剩余固体的质量。
下列有关判断不正确的是　　　　(填字母)。
a.溶液A选用NaOH溶液
b.若溶液B选用NaOH溶液,则剩余的固体为镁
c.溶液A和B均可选用稀盐酸
d.实验室中方案Ⅱ更便于实施
【答案】(1)①Fe+CuSO4FeSO4+Cu　②铝>铁>铜　(2)c
【解析】(2)在方案Ⅰ中,能与NaOH溶液反应的只有铝,根据生成的氢气可以计算出混合物中铝的质量,从而能计算出镁的质量及镁在混合物中的质量分数,所以溶液A可为NaOH溶液,a项正确;若溶液B选用NaOH溶液,镁不能与NaOH溶液反应,铝能与NaOH溶液反应,则剩余的固体为镁,b项正确;镁和铝均可与稀盐酸反应,利用测量气体的体积,可以计算出混合物中镁、铝的质量,反应最后没有固体剩余,不能通过测定剩余固体的质量进行计算,c项错误;测量气体的体积不如测定固体的质量简单易操作,d项正确。
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