第二单元　研究物质的实验方法教案板书设计

研究物质的实验方法

一、学习目标

1．初步学会蒸馏和分馏、萃取和分液、过滤、重结晶、层析分离物质等实验技能，能独立完成一些简单的物质分离、提纯的实验操作。

2．初步了解根据混合物的性质，选择不同的分离方法对物质进行分离。

3．学会Cl—、SO厂、CO厂、NH广等离子检验的实验技能。能用焰色反应法、离子检验法设计简单的实验方案探究某些常见物质的组成成分。

4．初步学会配制一定物质的量浓度溶液的实验技能。了解生产和研究中经常要用中和滴定等方法进行定量测定。

5．初步认识实验方案设计、实验条件控制、实验现象分析和实验数据处理等方法在化学学习和科学研究中的应用。能够独立或与同学合作完成实验，记录实验现象和数据，完成实验报告，并能主动进行交流。

6．结合实际事例讨论遵守实验安全守则的重要性。树立安全意识，能识别化学安全使用标识，初步形成良好的实验工作习惯。

二、课时建议

物质的分离和提纯

2课时

常见物质的检验

1课时

溶液的配制及分析

1课时

三、编写思路

化学实验是化学科学的基础之一。与其他自然科学相比，化学与实验的联系更为紧密。化学原理、定律以及规律的发现都与化学实验有关，可以说离开实验就没有发现。

化学家要研究一种物质，首先考虑的是怎样从混合物中把这种物质分离出来，怎样提纯这种物质，再进行分析、检测，研究它的结构、组成，研究过程中既要用到定性分析方法、也要用到定量分析方法。本单元以研究化学物质的实验方法为主题，以化学家研究物质的一般思路为主线，引导学生了解物质的分离方法、物质的检验方法、溶液的配制和定量分析方法等基本的实验方法。

从编排体系来看，主要有以下几个特征：

1．按物质的分离和提纯+物质的定性检验一溶液的配制和定量测定的J顷序安排教材内容，内容由简单到复杂，难度由低到高，一步一步深入。

对混合物进行分离是研究化学物质的第一步，化学家常要用各种不同的方法对混合物进行分离。考虑到在初中化学中学生已接触过一些关于物质分离的实验，所以本单元从初中化学中已学过的结晶和重结晶、蒸馏和分馏、过滤等物质分离的方法切入，既可以引导学生回顾总结初中已学过的知识，又能在学生的交流讨论过程中顺利地引入将要学习的内容。

教材中选了一些能够被高中学生所理解的铵根离子、硫酸根离子、碳酸根离子的检验，也是基于既复习总结初中化学知识、又学习物质的检验方法的目的。把焰色反应作为“拓展视野”的内容，又在后面提到现代分析测试方法，目的都是让学生了解物质检验的方法也是多种多样的。

通过“溶液的配制及分析”介绍了物质的量浓度的概念，一方面是因为这个概念是化学学习中必需的基本概念，另一方面是因为这个概念在生产和研究中有着广泛的应用。同时也可把一定物质的量浓度溶液的配制看成是溶液的定量分析的基础，由此让学生知道在定量分析中经常要从配制一定浓度的溶液和分析入手。

2．从知识与技能、过程与方法、情感态度和价值观等教学目标角度分析，本单元内容和编排给课堂教学提供了丰富的活动素材，让学生进行实验探究的内容较多。如，向溴水中

加入四氯化碳提取溴、氯化铵和硫酸铵晶体中所含离子的检验、一定物质的量浓度溶液

的配制等。用不同素材进行不同的活动和探究。如利用硝酸钾、氯化钾的溶解度曲线设计分离实验的方案，根据粗盐中硫酸钠、氯化镁和泥沙等不同性质的杂质设计粗盐提纯的实验方案。

3．化学实验也是高中化学学习的重要内容，在专题1的第三单元中让学生较系统地学习和研究物质的分离方法、物质检验方法、溶液的配制和分析方法，旨在强调化学实验的重要。

这是新课程教材与传统教材最重要的不同点。

四、教学建议

《普通高中化学课程标准》中与本单元有关的要求主要有以下几条：

(1)高中化学课程要有利于学生进一步了解化学学科特点，加深对物质世界的认识；有利于学生体验科学探究的过程，学科科学研究的基本方法，加深对科学本质的认识，提高创新精神和实践能力。

(2)通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力。

(3)学习必要的化学实验技能，体验和了解化学科学研究的一般过程和方法，认识实验在化学学习和研究中的重要作用。

(4)体验科学探究的过程，学习运用以实验为基础的研究方法。

(5)初步学会物质检验、分离、提纯和溶液配制等实验技能。

(6)树立安全意识，能识别化学晶安全使用标识，初步形成良好的实验工作习惯。

(7)能够独立或与同学合作完成实验，记录实验现象和数据，完成实验报告，并能主动进行交流。如粗盐的提纯、配制．一定物质的量浓度的溶液等实验。

1．教学设计思路

本单元教学设计中特别要加以重视的，是，一定要让学生亲手做实验，让学生在亲手实验的过程中去亲身体验，从中掌握相关的化学实验操作技能和化学实验的方法。教材中为学生进行自主探究学习设计了多种平台，在教学设计中要充分利用这些素材。

细致观察是成功的基础。实验态度的一丝不苟、实验数据的认真记录是实验的重要环节，而实验过程中的细致观察，特别是对一些反常现象的观察尤为重要。教学设计中要重视实验态度和实验习惯的培养。本单元中要学生自主进行的实验较多，遵守实验操作规则、注意实验安全问题、防止实验室污染等肯定是一个重要的教学目标。教材编写中把这些内容有机地穿插其中，教学中要加以充分重视。

从知识内容上看，本单元更加侧重于总结和归纳初中化学中已学的知识，更加重视让学生从“研究物质的实验方法”这个角度来重新审视和梳理已有的化学基础知识。对学生来讲，本单元新增加的知识不多，主要侧重于实验方法的学习，让学生从中体会化学研究方法，体验化学家研究化学物质的基本思路。这是本单元教学中必须处理好的一个关键问题。所以，在教学中教师不要急于让学生学到新知识而是要把重点放在实验方法和实验技能的培养之上，放在让学生自主探究、自主总结和提炼上，从中提高学生的实验技能和总结概括能力，着重让学生在这些基础内容中体会化学家研究化学物质的基本思路和基本方法。

化学实验时要注意实验安全，进实验室要遵守实验室规则，实验时要注意废液、废气、废渣的处理，这是化学实验常识，也是学习化学实验过程中一种必须提高的实验修养。本单元教学中，教师要充分重视这方面内容。要注意的是，这类内容在教材中不可能占较多的篇幅，需要教师结合教学内容及时补充、有机渗透。这是学生在高中化学学习中初次接触大量实验内容的单元，能否处理好这一关键非常重要。例如在用四氯化碳萃取溴水中的溴时，应及时补充关于四氯化碳、溴单质的处理方法；在使用酸、碱等物质时，须强调酸、碱的使

用规则；在配制0．100m01·L”的碳酸钠溶液时，进行实验误差、定量实验操作规则的教

育等。

本单元教学中更要重视鼓励学生大胆进行各种活动，要让学生自己在活动中获得体验，教师只能做引导者，千万不要包办学生的活动，更不要只是告诉学生问题的答案。如，怎样用体积分数为70％的乙醇水溶液制取无水乙醇?可以让学生先讨论，通过讨论有学生会提出直接蒸馏的方法(限于学生的知识基础，能提出这种方法已很不容易，教师要加以肯定)，教师再向学生介绍直接蒸馏的方法还不能得到无水乙醇，必须加一种吸水剂。再让学生思考：怎样判断蒸馏所得的产品中不含有水?这样一步一步跟着学生的思路走，当学生无法独立走下去时，教师再给以简单的提示和引导。对于一定物质的量浓度溶液的配制实验，操作步骤较多、实验要求高，教师应给予一定的指导。

2．教学设计片断

片断1

“物质的分离和提纯”的引入

教 学 活 动

教师引导：化学研究、工业生产中经常要对混合物

进行分离和提纯，如石油的分馏(放投影或录像)。

学 生 活 动

学生观看图片、录像片段，知道化学研究和工业

生产都经常要对混合物进行分离和提纯，从中体

会用实验方法对混合物进行分离、提纯的重要性。

学生回忆，举出过滤、结晶、蒸馏等多种分离的

实验方法。

教师提问：我们在初中化学中也学过一些简单的实

验方法，可用于混合物的分离和提纯。请同学们回忆

一下，你了解哪些分离、提纯的方法?

教 学 活 动

教师提问：请同学们考虑一下，什么样的混合物能

够用过滤方法来分离?什么样的混合物可以用结晶

方法来分离?什么样的混合物可以用蒸馏的方法来

分离?

请同学们总结一下，混合物的性质与分离方法之间

有什么关系?

学 生 活 动

学生思考、讨论、相互交流。知道过滤适用于分

离难溶固体与液体组成的混合物，结晶适用于分

离溶解度不同的物质，蒸馏适用于分离沸点相差

较大的液态物质等。

学生总结，最后得到下列共识：不同的分离方法

都有一定的适用范围，要根据不同混合物的性质

来选择合适的实验方法进行分离。

学生进入有关物质分离和提纯内容的学习。

教师请学生自己经过讨论和研究完成教材第21页

的“活动与探究”。

片断2

物质的量浓度

教师提出问题

许多化学反应是在溶液中进行的，生产和科学研究中经常要对溶液进行定量分析、定量计算，必需一个表示溶液组成的物理量。初中化学中学习过溶液的质量分数，溶液的质量分数是一个表示溶液组成的物理量，可用来直接计算溶质、溶剂、溶液的质量。但化学研究中更需要一个可以直接计算溶质的“n(溶质)”的物理量。

请你设想一下，怎样来建立一个表示溶液组成的物理量?要求能够用此物理量进行“y(溶液)”、“n(溶质)”之间的换算。

学生形成设想

与溶液的质量分数进行类比并提出“物质的量浓度”的设想：

溶液表示

溶质表示

优 点

溶液的质量分数

物质的量浓度

单位质量溶液中

单位体积溶液中

溶质的“质量” ·

溶质的“物质的量”

用于“质量”计算

用于“物质的量”计算

学生得出结论

让学生自主给“物质的量浓度”下定义、并与课本中的定义进行比较，得出如下定义：以单位体积溶液里所含溶质B的物质的量来表示溶液组成的物理量，叫做溶质B的物质的量浓度。

应用和巩固

教师引导：你认为“物质的量浓度”的单位是什么?能否给出物质的量浓度的计算公式?

学生讨论回答：单位可以是mol·L”或kmol·m—’等。最后得出计算公式。

教学中要注意：这些完全可以由学生自己通过上述教学活动得出结论，教师不要贪图教学的快节奏，包办代替学生得出结论。

教师根据学生的理解情况，酌情提出一些问题让学生运用物质的量浓度的概念进行辨析。

1．将6gNaOH溶于水配成250mL溶液，NaOH的物质的量浓度是多少? 2．配制500mL 0．1mol·L”的NaCl溶液，需NaCl的质量为多少?

3．配制100mL 2mol。L”的盐酸，需12m01．L”的盐酸多少毫升?

学生讨论、计算，得出结论。

五、疑难解析

1．有效数字及其运算规则

有效数字：为了得到准确的分析结果，不仅要准确地测量，而且还要正确地记录和计算，即记录的数字不仅表示数量的大小，而且要正确反映测量的精确程度。例如，用一般的分析天平称得某物质的质量为o．5180g，它不仅表示该物质的具体质量，而且也表示最后一位数字“o”是可疑的，可能有上下一个单位的误差，即其实际质量是在(o．518 0土0．000)lg范围内的某一数值。此时称量的绝对误差为o。0001g，相对误差为

4-O．0001·X100％：o．02％

若将上述称量结果写成0．518g，则该物质的实际质量将为(0．518土0．001)g范围内的某一数值，即绝对误差为0．001g，而相对误差则为o．2％。从分析化学的角度看，记录时多写一位或少写一位数字，所反映的测量精确度无形中被夸大或缩小了10倍，所以在数据中代表着一定的量的每一个数字都是重要的，这数字称为有效数字。

在计算测定结果时，首先应确定有效数字的位数。如在分析天平上称得重铬酸钾的质量为0．132 8g，此数据有4位有效数字，小数点前面的“o”只起定位作用，不是有效数字。又如某盐酸溶液的浓度为0．210 0m01．L”，后面两个“0”表示该溶液的浓度准确到小数点后的第3位，所以这两个“o”是有效数字。

在教材第27页“活动与探究”中，出现了0．100m01．L”Na：CO，溶液，要向学生说明，后面的两个“o”不能省略。

’

2．根据混合物的性质确定物质的分离和提纯方法

在物质的分离和提纯中，要根据被分离的混合物性质来确定应该采用的方法。根据物质的溶解度差异、物质状态的不同，选择结晶、重结晶或过滤的方法进行分离。

若是一种难溶的固体和一种液体的混合物，可以选用过滤的方法将固体物质与液体物质分离开来。如分离水溶液中的碳酸钙固体、水溶液中的硫酸钡固体。

若是两种溶解度有明显差异的固体物质溶于水中组成的混合溶液，可以采用降温结晶或蒸发结晶的方法来分离，为了提高分离的效果，还可以进行重结晶。

两种沸点有明显差别的液体的混合液可以用分馏的方法进行分离，也可以用蒸馏的方法除去液体物质中的难挥发性杂质。例如制取蒸馏水。

根据混合物中各种物质对某种吸附剂吸附性能的差异，可通过层析的方法将溶液中的物质分离。

六、实验指导

1．从氯化钾和硝酸钾的混合物中提纯硝酸钾

观察硝酸钾和氯化钾的溶解度曲线可得出，硝酸钾在温度高时溶解度很大，在温度低时溶解度较小，氯化钾的溶解度随温度变化的幅度不大。可以利用这个特征来提纯硝酸钾。实验方案如下：

(1)取50～55g水加热到90℃左右，加入固体混合物，搅拌，使固体完全溶解；

(2)将所得溶液静置、冷却，降低温度到30℃左右，析出晶体；

(3)过滤得到晶体。

2．含硫酸钠、氯化镁和泥沙的粗盐的提纯

实验步骤如下：

(1)将粗盐溶解于水，过滤除去泥沙；

(2)向所得滤液中加入稍过量的氯化钡溶液；

(3)再加入稍过量的氢氧化钠和碳酸钠溶液；

(4)过滤除去沉淀物；

(5)在滤液中滴加适量稀盐酸至溶液显中性；

(6)蒸发、结晶，得到精制的氯化钠晶体。

3．纸上层析分离的实验设计

方法I

圆珠笔墨油的纸上层析实验用品：锥形瓶、橡皮塞、滤纸条、圆珠笔芯、铅笔、丙酮。

实验步骤：实验装置如图1—5所示。取一长条滤纸，用铅笔在距滤纸条末端2 cm处画“X”记

号，在记号处用蓝色(或其他颜色)圆珠笔墨油点一大圆点作为试样，然后把滤纸条固定在有切口的橡皮塞上。

锥形瓶(也可用大试管)里装少量丙酮作展开剂。当将滤纸条有记号的一端浸入丙酮时，塞紧橡皮塞，半分钟内，即可看到圆珠笔墨油中所含的蓝色染料出现在滤纸条上方，绿色染料出现在滤纸条的下方。纸上层析法也可把其他各种颜色的圆珠笔墨油成分中的多种不同色质分离在滤纸上，现象非常明显。

方法Ⅱ

酚酞、甲基橙、蓝色圆珠笔墨油混合液的纸上层析

实验用品：1％的酚酞溶液、1％的甲基橙溶液、圆珠笔芯、锥形瓶、橡皮塞、滤纸条、铅笔、丙酮。

实验步骤如下：

(1)将1％的酚酞溶液与1％的甲基橙溶液各10ml相混合，再溶入少许蓝色圆珠笔墨油混匀。

(2)层析方法同前。在滤纸的记号点上，用玻璃毛细管尖浸渍一小点混合液试样，晾干后再浸渍，重复几次。最后把滤纸条固定在橡皮塞上(试样斑点直径不超过o．5cm)。

在锥形瓶中加入丙酮与6m01．L—l的盐酸组成的混合液。这里，丙酮是展开剂，盐酸是甲基橙的显色剂，当把滤纸条的末端浸入这种混合液时，紧塞橡皮塞，静置片刻，可见到混合液在向滤纸上方扩散的同时，试样里的四种成分逐个分离开来，各成分产生的有色斑点如下页图1—6中I所示。

待混合液已扩散到滤纸上端时，取出滤纸条，放进盛有浓氨水的锥形瓶里。氨作

为另一种显色剂，在滤纸条上产生的现象如图1—6中Ⅱ所示。

图1-6

层析后滤纸条上的现象

七、习题研究

1．现有一瓶乙二醇和丙三醇的混合物，已知它们的性质如下表。据此，将乙二醇和丙三醇相互分离的最佳方法是(

)。

物 质

乙二醇

丙三醇

分子式

C2H。02

C，HsO：

熔点／℃

—11．5

17．9

沸点／℃

198

290

密度／g·cm-’

溶 解 性

1．11

1．26

易溶于水和乙醇

能跟水、酒精以任意比互溶

A．萃取法

B．结晶法

C．分液法

D．分馏法

2．有一包白色固体，可能是CaCl。和Na2CO。的混合物，也可能只含有其中的一种。将此白色固体溶解于水时，有白色沉淀生成。过滤后，滤液为无色。为研究此白色固体的组成，某同学做了如下实验：

①将部分沉淀移入试管中，加入稀盐酸，有气体生成。将气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊；

②在滤液中滴入几滴AgNO，溶液，有白色沉淀生成，再加稀硝酸，沉淀不溶解。

通过上述实验现象分析：该白色固体由哪些物质组成?写出有关反应的化学方程式。

3．检验KClO。中含有氯元素，可供选择的仪器和操作如下：

仪 器

实 验 操 作

①试管；②酒精灯；③石棉网；④胶头滴管；⑤橡

at加热至完全分解；b．溶解；c。过滤；d．蒸发；胶塞；⑥量筒；⑦试管夹；⑧烧杯；⑨玻璃棒；⑩温

巳

度计。

滴加稀硝酸；f．滴加氯化钡溶液；g．滴加硝酸银

溶液。

请回答下列问题。

(1)所用仪器有

(填序号)；

(2)实验操作步骤为(填字母编号)。

4．将1molCO排放在空气体积为150m’的车库内。假设气体均匀混合，此车库内CO的物质的量浓度是多少?

5．利用易得物品，自行设计一个实验，证明：(1)悬浊液(如浊水等)的分散质不能透过滤纸，(2)胶体(如淀粉液)不能透过半透膜。

6．下列几种市售化学试剂都是实验室常用试剂，分别计算它们的物质的量浓度。

(1)浓盐酸，含HCl 37．0％(质量分数，下同)，密度是1．19g·mL”。

7．某光卤石(KCl．MgCl：·6H：O)样品中含有不与氢氧化钠溶液、盐酸反应的杂质。为测定样品中KCl．MgCl：·6H：O的质量分数，现进行了如下表所示的实验。请回答下列问题。

(1)填充表中的内容。

序 号

①

实 验 操 作

称取og样品，放入锥形瓶中加适量水溶解。

②

③

④

⑤

过滤并冲洗沉淀2～3次，收集滤液及洗液于另一锥形瓶中。

用‘m01．L—’的盐酸滴定过量的氢氧化钠至终点，消耗盐酸V2 mL。

(2)在步骤3中，怎样洗涤沉淀?

。

(3)样品中KCl．MgCl2·6H：O的质量分数是

。

八、教材习题参考答案

1．

B

2．0．50 m01．L—’

0．10 m01．L—’

3．①③⑤⑥④②

4．略

5．(1)G

(2)C、G

(3)D

(4)E

6．

(1)b

(2)c

(3)a

(4)e

(5)d

7．(1)4．17

10mL

(2)500mL

(3)烧杯

玻璃棒

胶头滴管

8．(1)5mL

(2)略

九、参考资料

1．分配系数及萃取效率

溶剂萃取是一种简单、快速、应用范围相当广泛的分离方法。这种方法是在试液中加入一种与试液不相混溶的溶剂(一般为有机溶剂)，利用试液中某组分在此溶剂中的溶解特性，使该组分与其他组分分离。

当某溶质A同时接触到两种互不相溶的溶剂，例如一种溶剂是水，另一种是有机溶剂时，则溶质A就分配在这两种溶剂中：

A(水)----~A(有机溶剂)

当分配达平衡时，溶质A在两种溶剂中浓度的比值在一定温度下为一常数值，用下式表示：

D二激

上式中D称为分配系数。某种溶质在一定温度及一定的两种溶剂中的分配系数是一常数值，溶质或者溶剂种类改变时，D的数值也不同。用某种溶剂萃取时，分配系数大的物质很容易进入该溶剂中；而分配系数小的不易进入该溶剂，而留在原来的溶液中，借此可以将它们

分离。例如，碘在四氯化碳和水中的分配系数等于85，此值是相当大的，因此用四氯化碳从碘

的水溶液中萃取碘时，绝大部分的碘将进入四氯化碳层而与其他物质分离。

2．层析分离的原理

层析法又称色层分析，它的最大特点是能把试样中各种性质类似的组分彼此分离开来，而

后分别加以检出或测定。这样的一些组分，如果要用化学方法来分离是十分困难的。色层分

析内容极为丰富，在分析化学中广泛应用的有纸层析、薄层层析、柱层析、气相色谱分析和高压

液相色谱分析等。这些分析方法从表面上看虽然差异很大，但却有一个共同点，即在分离过程

中，都是由一种流动相带着试样经过固定相，从而使试样中的各种组分得到分离。

纸层析是在滤纸条上进行的色层分析。这是一种微量的分析方法，操作和设备都比较简

单，特别适用于定性检出试样中的各种组分。在层析过程中，试样中的各种组分在固定相和流

动相之间不断地进行分配，因此纸层析是一种分配层析。显然，在流动相中溶解度较小，固定

相吸附能力强的物质，将随着流动相沿着滤纸条向上移动较短的距离，停留在固定相的较下

端。反之，在流动相中溶解度较大，固定相吸附能力弱的物质，将随流动相向上移动较长的距

离，而停留在固定相的较上端。从而达到彼此分离的目的。

十、专题作业参考答案

1．

B

2．B D

3．

B

4．184个中子，114个质子。

5．(1)中子数

(2)质子数

(3)质量数

(4)同位素

6．混合物：氯化钠溶液

单质：金属钠

碱：氢氧化钠

盐：硫酸钠、碳酸钠

7．光合作用

呼吸作用

葡萄糖

8．(1)置换反应

(2)复分解反应

(3)化合反应

(4)分解反应

9．(1)2H：O些旦2H。十+()：十

(2)FezO，+3CO旦兰2Fe+3COz

(3)3H：+N。弓蔫争2NHa

(4)Mg(OH)2三MgO-~H20

(5)SO，十H20＝H2SO：

(6)Ca(OH)z+C02’~

CaC03++H20

10．0．672 L

11．(1)+5价

(2)2．4X10”mol

31mg

(3)是