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（A33）2011-2012高中化学大纲版、第三册、、第6章、第2节、 性质实验方案的设计（第一课时）
第二节 性质实验方案的设计
●教学目标
1.了解性质实验方案设计的一般方法和基本要求。
2.应用乙二酸的性质，设计对乙二酸性质实验完整的化学实验方案。
3.综合运用信息所给有关铜和铜的化合物的知识，设计实验方案验证铜以及铜的化合物的有关性质。
3.培养并发展学生的思维能力，使学生初步具有分析、综合、评价之能力，培养其辩证唯物主义观点。
●教学重点
对乙二酸化学性质的推测与评价。
●教学难点
对乙二酸及有机物结构决定性质在设计过程中的灵活运用。
对于铜及铜的化合物主要性质实验过程的设计。
●教学方法
分析、推理、讨论、验证、设计
●课时安排
一课时
●教具准备
多媒体课件、投影仪、胶片
学生实验用仪器：烧杯、试管、玻璃棒、铁架台、酒精灯、导气管、pH试纸、标准比色卡、白色布条
学生实验用药品：乙二酸溶液、稀H2SO4溶液、乙酸溶液、Na2CO3粉状固体、澄清石灰水、0.5% KMnO4溶液、浓H2SO4、乙二醇、蓝墨水、饱和Na2CO3溶液、乙二酸钾溶液
●教学过程
［引言］化学实验各种各样，有对物质制备的化学实验，还有对物质性质的实验，不同的化学实验，因其实验目的不同，实验操作过程即化学实验方案亦各有不同，本课时，我们就来学习性质实验方案的设计。
［板书］第二节 性质实验方案的设计
［讲述］化学物质种类繁多，各化学物质的性质又各有差异，造就了化学世界诡丽多姿的千变万化。
［想一想］不同的化学物质，其化学性质为何会各有不同？
［答］结构不同
［讲评］对于不同的化学物质而言，结构决定性质，性质又在一定程度上反映其结构情况，并决定着其用途存在和制取方法，所以，对于物质性质的实验在化学实验中有着非常重要的作用和地位。下面，我们就以乙二酸为例，对其性质实验方案进行设计。
［板书］一、乙二酸性质实验方案的设计
［过渡］结构决定性质，我们在对乙二酸性质实验方案设计之前，首先，应该对乙二酸的结构进行分析。
［板书］1.乙二酸的结构特点
［多媒体电脑课件展示］
内容1：乙二酸的物理性质，以及结构情况如：分子式、结构式、结构简式。
内容2：乙酸的物理性质，以及其结构情况如：分子式、结构式、结构简式。
［问题］请对照乙二酸和乙酸的结构，分析比较其在结构上有何异同。
［学生讨论］教师巡视，了解讨论情况。
［多媒体课件］鼠标点击，乙酸和乙二酸结构式中的羧基不断闪烁。
［师生共同分析讨论后总结］
［总结］从上可以看出，二者结构上的相似之处是均含有羧基，不同点是所含羧基个数不同。
［板书］乙二酸含有2个羧基(—COOH)
［想一想］羧基对乙酸的化学性质有什么作用？
［答］羧基是乙酸之官能团，官能团是决定化合物特殊性质的原子或原子团。在乙酸中官能团羧基决定着乙酸的化学性质。
［议一议］乙酸有哪些主要的化学性质。
［学生活动］回忆讨论乙酸的主要化学性质。
［提问］部分同学回答，其余同学补充。
［投影］乙酸的化学性质
1.具有酸的通性：如可使酸碱指示剂变色，可以和某些金属反应。可和碱发生反应。可以和某些盐如Na2CO3发生反应等。
2.可和醇发生酯化反应
［过渡］乙酸有如上的化学性质，是因为乙酸中含有决定其化学性质的官能团——羧基(—COOH)，那么，乙二酸中同样含有羧基，下面，请同学们据此推测乙二酸应该具有哪些化学性质。
［板书］2.乙二酸可能化学性质的推测：
［学生活动］推测乙二酸可能具有的化学性质
［提问］根据乙二酸与乙酸结构上的共同点，乙二酸可能会具有哪些化学性质？
［学生回答］其余同学可予以质疑补充
［答］具酸的通性；也可发生酯化反应。
［问］对于乙二酸的酸性，可通过怎样的实验操作进行实验？
［答］根据乙酸的性质可推测：可以用酸碱指示剂或pH试纸进行检验。
［过渡］很好。然而乙二酸在结构上虽和乙酸一样同样含有羧基，但是乙二酸所含羧基比乙酸要多，我们已知，在有机化合物中，不同的基团相互连接，对该物质的化学性质是会产生一定程度的影响。比如同样含有羟基的乙醇和苯酚。因为其分别是与甲基与苯基相连，所以化学性质有一定程度的差别。
［问题］乙二酸中含有羧基，应该具有酸性，但在乙二酸分子的结构中，是两个羧基直接相连，其相互影响的结果是使其酸性增强还是减弱？可以通过怎样的实验操作进行检验？
［学生讨论后提问］
［答］对于乙二酸的酸性强弱，可以通过和乙酸的酸性实验的对照实验进行比较。
［过渡］很好。通过对乙二酸和乙酸酸性比较的对照实验，我们可以判断乙二酸较之乙酸的酸性强弱，但是，
［想一想］对于乙二酸到底是强酸还是弱酸又该如何确定？
［答］可再取一种强酸做三种酸的对照实验。
［讲评］很好。同学们的设计非常有道理。通过乙二酸与乙酸的对照实验，我们可以判断乙二酸与乙酸的酸性强弱，通过乙二酸与一种强酸，如稀H2SO4的对照实验，我们可判断乙二酸是属于强酸还是弱酸。
［问题］下面，请同学们据此进行实验设计。
［板书］3.乙二酸性质实验方案的设计。
［学生活动］教师巡回指导。
［提问］学生互相回答，补充后总结。
［投影1］
1.乙二酸的酸性：
(1)分别用玻棒蘸取同浓度的乙二酸溶液、稀H2SO4溶液、乙酸溶液点在三张相同的pH试纸上，并迅速与标准比色卡对比，观察其检验现象。
［讲述］很好。一个实验方案设计的合理与否是需要通过具体的实验操作来进行验证的。下面，请同学们据上述实验方案进行实验操作，从而对实验方案的合理性进行验证。
［板书］4.乙二酸性质实验操作
［学生实验］教师巡视指导。
［提问］(学生实验结束后提问)下面，请同学们对自己的实验现象进行分析，可得出各自怎样的实验结论？
［学生回答］略。
［师生共同总结后投影］
［投影］乙二酸具有酸性，其酸性比碳酸强比硫酸弱，仍为一弱酸。
［问题］乙二酸具有酸的通性，酸性比碳酸强，我们是否可以再通过其他实验操作，既再次证明其酸的通性，又证明其酸性确实比碳酸强？
［说明］此问题比较简单，因为有乙酸的性质作辅垫。
［答］可以。可通过乙二酸与Na2CO3的化学反应来进行性质实验。
［过渡］很好。下面，请大家对此实验方案进行设计。
［学生活动］教师巡视指导。
［提问］部分同学展示设计的实验方案
［师生共同分析讨论后总结］
［投影2］
1.乙酸的酸性
(2)向盛有少量Na2CO3固体粉末的试管里，加入约3 mL乙二酸溶液，观察现象。
［过渡］下面，请同学们据此进行实验操作。并注意观察实验现象，得出结论。
［学生实验］教师巡视指导。
［提问］通过实验可观察到什么现象，有什么结论？
［答］观察到有气体产生，说明乙二酸可以和Na2CO3反应生成CO2,结论是乙二酸酸性强于碳酸。
［讲评］通过上述分析，我们对乙二酸的酸的通性进行了方案设计并实验验证。在之前对乙二酸可能性质的推测中，我们还推测了乙二酸可与醇类物质发生酯化反应，对此，请同学们思考该如何检验。
［板书］2.乙二酸的酯化反应
［学生活动］教师指导提示
［提问］酯化反应所用试剂除乙二酸之外，还可选用哪一种醇类作为反应物？
［答］选择乙二醇或者乙醇均可。
［问］选用二者有什么不同吗？
［答］产物不同。选用乙二醇最终完全反应生成物为环乙二酸乙二酯。选用乙醇最终完全反应生成物为链状的乙二酸乙酯。
［议一议］酯化反应与水解反应，在无机酸、碱存在条件下，互为可逆可同时发生，对于酯化反应选择哪种作为反应催化剂更有利于反应进行？
［答］选用浓H2SO4作为催化剂。
［想一想］乙酸的酯化反应中还有哪些问题在实验操作中，需要注意？
［学生讨论］教师参与指导。
［答］1.为加快化学反应速率可加热。
2.生成的酯可通过无机盐溶液进行收集，以减小其溶解度，便于现象的观察。
［过渡］很好，下面请同学们简述对乙二酸酯化反应的方案设计。
［学生回答后，师生共同总结］
［投影3］2.酯化反应
在一支试管中加入约3 mL乙二醇，然后边摇动试管边慢慢加入2 mL浓H2SO4和2 mL乙二酸，按图所示，连接好装置，用酒精灯小心均匀地加热试管3 min~5 min，将产生的蒸气经导管通到饱和Na2CO3溶液的液面上，观察现象。
草酸与乙二醇的酯化反应
［过渡］下面，请大家根据此实验方案进行实验操作。
［学生实验］教师巡视，同时提示学生注意：给试管加热方法，导气管与饱和Na2CO3溶液液面的位置关系等。
［问］通过实验操作，有什么现象产生？
［答］在饱和Na2CO3溶液之液面上有一层油状物质生成，略有香味。
［过渡］很好。在上述对乙二酸性质的推测中，我们知道，乙二酸晶体中常含两分子结晶水，对此性质可以通过怎样的实验操作进行检验？
［答］给乙二酸晶体加热，其受热分解可有水蒸气产生。同时，乙二酸分解后还会有二氧化碳气体产生。
［过渡］很好。下面请对此实验方案进行设计。
［板书］3.乙二酸受热分解
［提问后师生共同总结］
［投影4］3.乙二酸受热分解
按如图所示装置，给试管中的乙二酸晶体进行加热，将生成气态物质通入一干燥的、冷的小烧杯中，观察现象。继续加热，将分解产物再通入澄清石灰水中，观察现象。
草酸晶体受热分解
［学生实验］根据上述实验方案操作。
［学生实验结束后提问］有什么现象发生，有何结论？
［答］开始加热一会之后，有气体产生，将其通入冷而干燥小烧杯中有水珠生成；之后，再将继续加热之气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊。
结论是：乙二酸晶体中含有结晶水；受热后可以分解。
［讲述］很好。生活和化学密不可分，在日常生活中，常会因不小心在衣物上沾染上蓝色墨水，对此，我们在生活中会如何处理？
［学生回答］答案可能会参差不齐。有的同学可能无此生活体验。
［过渡］对于衣物上的蓝色墨水，我们通常会用乙二酸来进行清洗。有的同学可能无此生活体验。化学是以实验为基础的，对此，同学们不妨通过实验加以验证。
［学生实验］自选实验用品，进行实验操作。
［学生实验结束后提问］实验结果如何？
［答］可以褪色。
［板书］4.乙二酸可使蓝色墨水褪色。
［提问］请同学们回忆并简述实验操作过程。
［投影5］4.乙二酸使蓝色墨水褪色
在试管中放入一块沾有蓝色墨水的布条，加入适量的质量分数为20%的乙二酸和乙二酸钾溶液，浸泡一会，观察现象。
［想一想］乙二酸可以使蓝色墨水褪色，那么，乙酸可否使KMnO4溶液褪色。
［学生讨论后提问］
［答］不可以。
［问］原因是什么？
［答］乙酸就没有这个性质。
［讲评］很好。同学们可以从乙酸的性质中推测出这样的结论，说明同学们已经掌握了性质实验方案的一般思路。但是，对于这个结论的正确与否，我们是否应通过实验来得出最后的结论？
［学生实验］教师指导学生选择实验用品并进行实验操作。
［学生实验结束后提问］有何现象？
［答］KMnO4溶液颜色褪去。
［过渡］KMnO4我们已知其为一强氧化剂，乙二酸可使其颜色褪去，有什么结论？
［答］乙二酸具有还原性。
［问题］乙二酸和乙酸均含共同的官能团——羧基，为何乙酸无还原性而乙二酸却有还原性？
［学生讨论］教师巡视，指导提示。
［学生回答后，师生共同总结］
［总结］
1.二者结构有差异，所含羧基个数不同。
2.二者结构中，官能团与取代基连接情况不同，相互之间互相影响。
［过渡］同学们分析、讨论的很好，其结论再一次印证了结构决定性质。
［问题］请简述此实验操作方案。
［投影6］5.乙二酸的还原性。
向盛有一定量的乙二酸饱和溶液的试管中，滴入几滴用稀H2SO4酸化的、质量分数为0.5%的KMnO4溶液，振荡，观察现象。
［板书］5.乙二酸具有还原性：
可使酸性KMnO4溶液褪色。
［过渡］至此为至，我们对乙二酸的性质实验方案，通过分析结构、推测性质、实验验证这几个步骤进行了设计和实验操作。下面，请同学们根据上述学习过程，对本实验方案进行完整的设计。
［学生活动］教师参与指导。
［提问］部分同学回答，其他同学补充。
［板书］二、乙二酸化学性质实验方案
［师生共同分析，讨论后总结］
［投影］乙二酸化学性质实验方案
实验名称：乙二酸化学性质实验
实验目的：
1.学习并了解性质实验的基本方法。
2.认识乙二酸与一般有机羧酸化学性质的异同。
实验用品：略(教具准备条目)
实验步骤：
1.乙二酸的酸性：略。(前述投影1、2之内容)
2.乙二酸的酯化反应：略。(前述投影3之内容)
3.乙二酸受热分解：略。(前述投影4之内容)
4.乙二酸使蓝色墨水褪色：略。(前述投影5之内容)
5.乙二酸的还原性：略。(前述投影6之内容)
实验现象及记录：
1.乙二酸晶体中所含结晶水如何通过实验，既证明其存在又证明其所含水之数目？
2.乙二酸的酯化反应与一元醇、二元醇分别可有几种酯化产物。写出其反应方程式。
3.根据所给乙二酸的物理性质，简述实验过程中，对乙二酸反应温度及所用浓度的选择原因。
［讲评］乙二酸是同学们较少接触的一种有机酸，但我们通过对其结构的分析和类比，对其性质实验方案进行了设计。同样，对于其他物质的性质实验方案，我们也可以通过分析和类比对其性质实验方案进行设计。
［学生阅读］下面，请同学们阅读课本上乙二酸性质实验步骤，分析其设计的思维过程，并互相讨论，分析完成讨论题，即对铜和铜的化合物的性质实验方案。
［学生活动］可让学生以小组为单位分析、讨论，教师巡回指导。
［说明］1.本讨论题的方案设计，因有提示，难度应不是很大，关键是要让学生在对某物质的化学性质中，对可能用来作为实验方案的性质进行比较、讨论。
2.性质实验方法确定之后，重在对整体实验方案的设计完成。
［提问］请各小组选派代表，简述本小组的实验方案以及选择理由。
［过渡］各小组的实验方案各具特色，各有其选择理由，是否合理，请同学们评析。
［板书］三、铜及化合物性质实验方案
［学生活动］教师参与指导。
［提问］学生回答后师生共同总结。
［投影］铜和铜的化合物的性质实验方案：
实验名称：铜和铜的化合物的性质实验
实验目的：认识和了解铜和铜的化合物的主要化学性质
实验用品：略。
实验步骤：
一、铜的性质
1.将用砂纸打磨干净的铜丝在酒精灯上灼烧，观察现象。
2.将洁净的铜片分别放入盛有适量稀H2SO4和浓H2SO4的两支试管中，观察现象，再用酒精灯加热两试管，观察现象。
3.将洁净的铜片分别放入盛有稀HNO3和浓HNO3的试管中，观察现象。
4.将洁净的铜片放入盛有适量AgNO3溶液的试管中，观察现象。
5.将洁净的铜片放在一潮湿的环境中，过一段时间后(需较长时间)，观察现象。
二、CuO的性质：
将适量的CuO分别放置于三个试管中，再往三个试管中分别加入足量的稀盐酸、稀H2SO4和稀HNO3，观察现象。
三、CuSO4·5H2O之性质以及Cu(OH)2性质
1.在一支试管中加入少量的CuSO4·5H2O，用酒精灯给其加热，观察现象。(注意试管口要向下倾斜)
2.待试管冷却后，往试管中滴入几滴水，观察现象。
3.往上述第二步的试管中再加入适量水，配成溶液。
4.取3的溶液少许于一试管中，并向其中滴加NaOH溶液，观察现象。继续滴加NaOH溶液至过量，观察现象。之后再向其中滴加稀氨水，观察现象。
5.取上述3的溶液，向其中加入过量的NaOH溶液至沉淀不再产生为止，过滤、干燥并将所得沉淀分为二份，分置于两支试管中。
6.往第一支试管中滴加稀H2SO4,观察现象。给第二支试管用酒精灯小心加热，观察现象。
实验现象及记录：
［课时小结］本课时，我们通过对乙二酸的性质实验方案的设计过程，以及实验操作，学习了性质实验方案的设计方法，其一般思路为：分析结构或根据物质种类，推测可能具有的化学性质，选择具有代表性或可操作性的性质作为实验方案加以设计。
［课后作业］
1.依据提示，完成课后习题，对弱电解质电离平衡客观存在的证明实验方案设计。
2.完成乙二酸性质实验方案中，问题与讨论的练习与思考。
3.利用课余时间，实验操作铜以及重要化合物的性质实验操作，书面完成实验报告。
答案：1.在烧杯中加入少量冰醋酸，以刚好浸没电极为止，并用导线将电极与电流表连接为一闭合电路；
开启电源，观察电流表指针摆动情况，并记录。
用蒸馏水将上述反应物稀释，边加蒸馏水边用玻璃棒搅动，观察现象。继续加水稀释，观察现象。
2、3答案略。
●板书设计
第二节 性质实验方案的设计
一、乙二酸性质实验方案的设计
1.乙二酸结构的分析
乙二酸分子结构中含有两个羧基
2.乙二酸可能化学性质的推测
①具酸的通性；②可发生酯化反应；③可受热分解；④可使蓝色墨水褪色；⑤具有还原性
3.乙二酸性质实验方案的设计
二、乙二酸性质实验方案
三、铜及重要化合物性质实验方案
●教学说明
1.本节内容一个课时完成教学任务，时间非常紧张，建议可将其课时增加为两课时，第一课时完成乙二酸性质实验方案设计，第二课时，可通过讨论题，铜以及铜的重要化合物性质实验方案的设计，以及边设计边通过实验操作进行验证，对性质实验方案的设计进行较为详细的复习和巩固。
2.性质实验方案设计过程中，要着重注意使学生掌握对物质性质的认识规律，对于有机物主要应通过对结构的分析认识物质性质。对于无机物，因学生对无机物结构情况学习较少，主要应通过对物质的类属进行分析，进而认识物质性质。
3.实验方案设计过程中，由于学生对结构和类属均比较熟悉，或可以通过类比而熟悉，故分析、推理过程应以学生活动为主，对于学生不太熟悉的性质，可在教师指导下，鼓励学生通过实验操作加以验证，之后再进行方案之设计，从而培养学生学习化学的科学方法。
●综合能力训练题
选择使用下图中仪器(含药品)，验证由铜和适量浓硝酸反应产生的气体中含有NO(N2和O2的用量可自由控制)。已知：①NO＋NO2＋2OH－===2NO＋H2O ②气体液化温度：NO2：21℃，NO：－152℃
(1)现有甲、乙、丙三位同学分别设计了以下三个实验步骤(用仪器连接顺序表示)。
甲：A→C→F→D→B
乙：A→B→C→E
丙：A→E→D→B
甲、乙、丙三位同学提出的实验方案是否能验证Cu与适量浓HNO3反应产生的气体中含有NO(填“能”或“不能”)。
甲 乙 丙
具体说明不能验证的主要原因(若三个实验方案都能验证，则此小题不用回答)：
甲方案：
乙方案：
丙方案：
(2)反应前先通入足量的N2，其目的是
(3)确认气体中含有NO的现象是:
(4)如果O2过量，则装置B中发生反应的离子方程式是：
解析：本题的实验目的是验证铜和适量浓硝酸反应产生的气体中含有NO。故分析时应以此为出发点展开思路。由于铜和浓硝酸反应的主要产物是NO2，另有少量NO和水蒸气，故在验证以前需先把NO2和水蒸气除掉，根据题中信息：气体液化温度：NO2 21℃ NO－152℃，再审视图中装置可知，应用F装置(冰水浴)来分离NO2和NO，此时NO2便为液体留在了U型管中，而NO逸出，当然，在分离NO2和NO之前，必须先把混合气体中的水蒸气用C装置除掉，否则，在通过冰水浴时，水蒸气冷凝成水与NO2反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,由于产物中有NO，会影响对实验结果的判定。故气体从A装置中产生后，须先经过C再到F。要验证从F出来的气体是NO，须根据NO的性质选择反应现象明显的装置，即D装置，此时NO与通入D中的O2反应(2NO＋O2===2NO2)有红棕色出现，即得验证。由于NO、NO2均能污染空气，故最后需设立吸收装置以除去从D装置中出来的NO和NO2，根据题中已知信息①可知，应用碱液吸收，即B装置。
另外，在反应发生前，还须把A装置中的空气排干净，以防产生的NO被空气中的O2氧化。
综上所述，甲方案设计正确，乙、丙错误。
当O2过量时，D中出来的气体为NO2与足量O2的混合物，当其通入B装置中时，将全部转化为硝酸钠(因4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3)。
答案：(1)甲：能；乙：不能；丙：不能
乙方案：混合气体通过B时，因发生反应：NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，NO被消耗，后续实验无法验证是否含有NO。
丙方案：混合气体通过E时，则发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，使部分NO2转化为NO，产生干扰，从而不能确定Cu和浓HNO3反应是否有NO生成。
(2)排尽整个装置中的空气，防止反应产生的NO被空气中O2氧化。
(3)装置D中通入O2后有红棕色气体生成。
(4)4NO2＋O2＋4OH－===4NO＋2H2O

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