《第一单元 研究物质的实验方法》讲义

《第一单元研究物质的实验方法》讲义同学们，咱们现在开始学习高中苏教版（2019）必修第一册专题2研究物质的基本方法中的第一单元——研究物质的实验方法。这可是化学学习中超级重要的一部分呢，就像我们要去探索一个神秘的宝藏岛，这些实验方法就是我们的寻宝工具。一、化学实验的重要性咱们先来说说为啥要做化学实验。大家都知道，化学这门学科呢，是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学。那我们怎么知道物质的这些情况呢？光靠脑袋想可不行，就像你想知道一个苹果甜不甜，得咬一口尝尝，化学实验就是我们“咬”物质这颗“苹果”的方法。给大家讲个我自己的事儿。我小时候特别好奇为什么蜡烛燃烧的时候火焰是那个样子的。我就自己偷偷做了个小实验，把蜡烛点燃，然后观察火焰。我发现火焰有不同的颜色分层，而且蜡烛越烧越短，还会流下蜡油。那时候我还不太懂化学，但是这个简单的观察让我对物质的变化产生了浓厚的兴趣。后来我学习了化学知识才知道，蜡烛燃烧是一个复杂的化学变化过程，涉及到石蜡和氧气的反应，而火焰的分层也和燃烧的不同阶段有关。这个小经历就告诉我们，实验能让我们直观地看到物质的变化，是我们了解物质的重要途径。二、常见的化学实验仪器1、试管试管就像是一个小小的化学世界容器。它的形状是细长的圆柱体，有不同的规格。我们可以用它来做很多简单的实验，比如加热少量的液体或者固体。比如说，我们要观察硫酸铜晶体加热后的变化，就可以把硫酸铜晶体放在试管里，然后用酒精灯加热。加热的时候要注意试管的倾斜角度，大概是和桌面成45度角，这样可以防止加热过程中液体或者固体溅出来。2、酒精灯酒精灯是化学实验室里的小火苗提供者。它的火焰分为三层，外焰、内焰和焰心。大家要记住，外焰的温度是最高的，所以我们加热的时候要用外焰。就像我们烤棉花糖的时候，肯定是把棉花糖放在火苗最旺的地方烤得最快呀。不过使用酒精灯的时候一定要小心，不能用一个酒精灯去点燃另一个酒精灯，这就像不能用一根点燃的火柴去点另一根还没点着的火柴的头部一样危险。3、烧杯烧杯的形状像个大口的杯子，它可以用来盛放较多量的液体。比如说我们要配制一定浓度的溶液，就可以把溶质和溶剂放在烧杯里搅拌。不过烧杯不能直接加热哦，要垫上石棉网。这就好比你不能直接把锅放在火上，得有个隔热的东西，不然锅容易坏，烧杯也容易破裂。4、量筒量筒是专门用来量取液体体积的仪器。它上面有刻度，但是要注意读数的时候视线要和量筒内液体的凹液面最低处保持水平。我曾经见过一个同学，他量取液体的时候没有平视，结果量取的液体体积就不准确了。这就像你去买东西称重量，如果秤不准，那你得到的东西数量就不对了。三、物质的分离和提纯1、过滤过滤是一种把固体和液体分开的方法。就像我们泡茶的时候，用滤网把茶叶和茶水分离一样。在化学实验中，我们会用到滤纸和漏斗。把滤纸对折两次放在漏斗里，然后把要过滤的混合物倒进去，液体就会通过滤纸流到下面的容器里，固体就留在滤纸上了。比如说我们要把混有泥沙的水净化，就可以用过滤的方法。泥沙颗粒比较大，不能通过滤纸的小孔，而水就可以顺利通过。2、蒸发蒸发是把溶液中的溶剂（通常是水）变成气体除去，从而得到溶质的方法。想象一下，你在海边晒盐，海水里有很多盐，太阳一晒，水慢慢变成水蒸气跑掉了，剩下的就是盐。在实验室里，我们把溶液放在蒸发皿里，用酒精灯加热。加热的时候要用玻璃棒不断搅拌，防止局部温度过高导致液体飞溅。等蒸发皿里出现较多固体的时候，就停止加热，利用余热把剩下的液体蒸干。3、蒸馏蒸馏是把液体混合物根据它们沸点的不同分开的方法。比如说酒精和水的混合物，酒精的沸点比水低，我们就可以通过蒸馏把它们分开。蒸馏的时候要用到蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管等仪器。先把混合物放在蒸馏烧瓶里加热，酒精先变成蒸汽，然后通过冷凝管变成液体流出来，这样就得到了比较纯的酒精。这就好比是把一群不同速度的小动物分开，跑得快的先跑出去了。4、萃取萃取是利用溶质在两种互不相溶的溶剂里溶解度的不同，把溶质从一种溶剂转移到另一种溶剂里的方法。我给大家举个例子，假如你有一碗混有辣椒油的水，你想把辣椒油弄出来。你发现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，然后搅拌一下，辣椒油就跑到油里去了，然后把油层分离出来就可以了。在化学实验中，我们常用的萃取剂有四氯化碳、苯等。四、物质的检验1、离子的检验（1)氯离子（Cl⁻）的检验我们可以用硝酸银溶液和稀硝酸来检验氯离子。如果溶液里有氯离子，当加入硝酸银溶液的时候，就会产生白色沉淀，这个沉淀就是氯化银（AgCl）。再加入稀硝酸，沉淀不溶解。就像我们找人，有一个特定的标志来识别他，看到这个标志就知道是他了。（2)硫酸根离子（SO₄²⁻）的检验检验硫酸根离子要用氯化钡溶液和稀盐酸。当溶液里有硫酸根离子时，加入氯化钡溶液会产生白色沉淀硫酸钡（BaSO₄），然后加入稀盐酸沉淀不溶解。不过要注意哦，如果溶液里有银离子，加入氯化钡也会产生白色沉淀，但是这个沉淀在稀盐酸里会溶解，所以要先排除银离子的干扰。2、气体的检验（1)氧气（O₂）的检验氧气能使带火星的木条复燃。这就像氧气是一个小火苗的唤醒者，带火星的木条就像一个睡着的小火苗，遇到氧气就被唤醒了，重新燃烧起来。（2)二氧化碳（CO₂）的检验二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。大家可以想象二氧化碳是一个小调皮，跑到澄清石灰水里捣乱，让石灰水变得浑浊起来。五、实验安全化学实验虽然很有趣，但是安全可是第一位的。就像我们出去探险，要先保证自己的安全一样。1、防火实验室里有很多易燃的物质，像酒精、汽油等。使用这些物质的时候一定要远离火源。如果不小心着火了，也不要慌。如果是小面积着火，比如酒精灯打翻着火了，可以用湿抹布盖灭。这就像给小火苗盖了一床湿被子，让它没有氧气就熄灭了。2、防爆有些反应可能会产生气体，气体如果在密闭的容器里不断产生，压力就会增大，可能会发生爆炸。所以在做有气体产生的实验时，一定要保证装置的气密性良好，并且不能在密闭容器里进行剧烈的反应。3、防中毒有些化学物质是有毒的，比如氯气、一氧化碳等。在做有关这些物质的实验时，要在通风良好的环境下进行，最好是在通风橱里操作。这就像我们在有雾霾的天气里要戴口罩一样，通风橱就像是给我们的一个保护罩，防止有毒气体进入我们的身体。4、防腐蚀很多化学试剂有腐蚀性，像浓硫酸、氢氧化钠等。如果不小心沾到皮肤上，要立即用大量的水冲洗，然后根据具体情况进行处理。比如说浓硫酸沾到皮肤上，先用大量水冲洗后，还要涂上3%5%的碳酸氢钠溶液。六、实验方案的设计当我们要研究一种物质或者解决一个化学问题的时候，就需要设计一个实验方案。设计实验方案就像我们规划一次旅行一样，要考虑很多因素。1、明确实验目的比如说我们要探究铁生锈的条件，那这个就是我们的实验目的。我们要围绕这个目的来设计实验。2、确定实验原理铁生锈是铁和氧气、水发生的化学反应。根据这个原理，我们可以设计实验来控制变量，看看在不同的条件下铁是否生锈。3、选择实验仪器和药品对于探究铁生锈的实验，我们可能需要用到铁钉、试管、蒸馏水、植物油等。选择合适的仪器和药品是实验成功的关键。4、设计实验步骤我们可以把铁钉分别放在不同的环境中，比如一支试管里放铁钉和蒸馏水，一支试管里放铁钉、蒸馏水和植物油（植物油可以隔绝空气），还有一支试管里放干燥的铁钉。然后观察不同试管里铁钉的生锈情况。5、记录实验现象和数据在实验过程中，我们要仔细观察并记录下每个试管里铁钉的变化情况，比如生锈的时间、生锈的程度等。6、分析实验结果根据我们记录的现象和数据来分析铁生锈的条件，得出结论。七、课程重点和难点1、重点（1)掌握常见化学实验仪器的使用方法，这是我们进行化学实验的基础。就像我们要盖房子，得先知道各种建筑工具怎么用一样。（2)学会物质的分离和提纯方法，这对于我们得到纯净的物质非常重要。（3)能够准确地进行物质的检验，这是我们了解物质组成的重要手段。2、难点（1)实验方案的设计。因为这需要综合考虑很多因素，包括实验目的、原理、仪器、药品、步骤等，就像我们要做一道复杂的菜，要考虑食材、调料、烹饪方法