學習化學的重要途徑——科學探究

學習化學的重要途徑是實驗和科學探究。實驗是科學探究的重要手段和方法，通過實驗以及對實驗現象的觀察、記錄和分析等，可以發現和驗證化學原理，學習科學探究的方法并獲得化學知識。

一、化學學習的特點

⒈ 關注物質的性質；

⒉ 關注物質的變化；

⒊ 關注物質變化的過程及其現象并進行比較和分析，以得出可靠的結論。

二、學習化學的一般方法

學習方法有閱讀法、觀察法、分類法、比較法、討論法、推理法、歸納法等等。其中，

閱讀法就是通過閱讀教材或其它材料等（閱讀時，既要重視主要內容，也不忽視小字部分和一些圖表及選學內容，因為這些內容有助于加深對主要內容的理解及拓寬知識面），來學習和獲取知識的方法；

觀察法是指根據一定的學習目的、提綱或觀察表，用自己的感官和輔助工具去直接觀察被研究對象，從而獲得資料或知識的一種方法；

分類法就是按照事物的性質、特點、用途等作為區分的標準，將符合同一標準的事物聚類，不同的則分開的一種認識事物的方法；

比較法是通過觀察、分析，找出研究對象的相同點和不同點的一種認識事物的基本方法；

討論法是在教師的指導下為解決某個問題而進行探討、辨明是非真偽以獲取知識的方法；

推理法是在原有基礎上經過概括、抽象、推理得出規律的一種研究問題的方法；

歸納法是從通過分析個別性知識,引出一般性知識，從而歸納出它們所共有的特性，得出一個一般性結論的推理方法。

三、實驗探究的方法

學習化學的重要途徑——科學探究，科學探究本身也是一種學習方法。化學是一門以實驗為基礎的科學，化學實驗是科學探究的具體途徑。

科學探究的一般步驟，它是指按照：

“提出問題→猜想與假設→制定計劃（或設計方案）→進行實驗→收集證據→解釋與結論→反思與評價→拓展與遷移”這樣八個連續的環節，來認識探究物質的一種方法。

四、對幾個實驗的探究

㈠ 對蠟燭及其燃燒的探究

⒈ 探究目的：探究石蠟的各種性質；石蠟在點燃前后的變化；對蠟燭在點燃前、點燃時和熄滅后的三個階段進行細致的觀察，學會完整地觀察物質的變化過程及其現象。通過分析，得出真實可靠的結論。

⒉ 實驗用品(主要儀器及藥品) ：小刀、燒杯或水槽(盛水)、火柴、干燥（干冷）的燒杯、蠟燭、澄清石灰水。

⒊ 探究方案

⑴ 點燃前探究：

① 步驟和方法：觀察蠟燭的顏色、狀態、形狀、硬度和密度，并嗅其氣味。然后用小刀切割，放入盛水的大試管或燒杯中。

② 現象：中心有一根燈芯，周圍是筒狀白色蠟狀固體，輕微氣味；可切割，放入水中不溶于水，浮在水面上。

③ 分析：常溫下為白色固態，略有氣味，質軟（硬度小），不溶于水，密度比水小---物理性質。

⑵ 燃著時探究：

①步驟和方法：用燃著的火柴慢慢靠近燭芯，觀察蠟燭的熔化到被點燃的過程；

觀察火焰的分層情況，取一根火柴平放入燭焰中，約1-2s后取出，觀察火柴梗在火焰的不同部位被燒的情況；

用冷而干燥的燒杯罩在火焰上方；

將燒杯迅速翻轉，倒入適量的澄清石灰水，振蕩。

②現象：蠟燭頂部先熔化，安靜燃燒，發出黃白色的火焰，放熱、發光，

蠟燭逐漸變短，受熱時熔化，冷卻后又凝固。

火焰分三層，中層（內焰）最明亮，最里層最暗；

火柴梗接觸外層部分（外焰）最先被燒變黑，中層次之，最里層變黑最慢。

可觀察到燒杯內壁有液滴出現，說明蠟燭燃燒時有水生成；

可看到石灰水變渾濁，說明有二氧化碳生成。

③ 分析：石蠟受熱易熔化（熔點低）。

火焰分三層：外焰、內焰、焰芯，外焰溫度最高，內焰次之，焰芯溫度最低；故加熱時用外焰。

⑶ 熄滅時探究：

① 步驟和方法：

吹滅蠟燭，并用火柴點燃剛熄滅時的“白煙”，

分別取一個干燥（冷）的燒杯和一個用澄清石灰水潤濕內壁的燒杯，先后罩在蠟燭火焰上方, 觀察燒杯壁上的現象。

或片刻后取下燒杯，迅速倒入少量澄清石灰水并振蕩。

② 現象：熔化的石蠟逐漸凝固，白色棉線燭心變黑，易碎；

熄滅時有一縷白煙（為石蠟蒸氣）從燭芯飄出；用火柴點燃白煙，白煙可燃燒并重新點燃蠟燭。

燒杯內壁有水霧出現（小水珠/水霧）；

澄清石灰水變渾濁；或燒杯內壁變渾濁。

③ 分析：石蠟遇冷凝固，燃燒時產生炭黑，棉線炭化。

石蠟熔化經焰芯揮發出蒸氣，點燃后燃燒。熄滅后，蒸氣冷凝成白煙，故白煙是石蠟固體小顆粒，仍可被點燃。

在做此操作時應注意，點燃的速度要快，稍慢，蠟燭冷卻，不再產生蒸氣，就很難點燃了；二是，火柴火焰不可離燭芯太遠，距離越大，石蠟蒸氣濃度越小，越難點燃。

蠟燭燃燒后生成了水（H2O）和二氧化碳（CO2）（兩種新物質）（化學變化或化學性質）從而證明蠟燭中一定含有氫元素和碳元素。

⑷ 實驗結論：

① 石蠟具有如下性質：白色蠟狀固體，質軟（硬度小），不溶于水，密度比水小，熔點低---物理性質；石蠟燃燒能產生水和能使澄清石灰水變渾濁的二氧化碳--化學性質。

② 石蠟受熱時發生如下變化：先發生熔化（物理變化）；然后發生燃燒，有火焰，發光，放熱，有新物質二氧化碳和水蒸氣生成（化學變化）。在化學變化過程中同時發生物理變化。

③ 石蠟與助燃的氧氣在點燃條件下燃燒，有火焰和放熱現象，最終有水和二氧化碳生成。

石蠟＋氧氣→水＋二氧化碳

⒋ 問題和建議：

⑴ 蠟燭為何能燃燒？蠟燭在什么條件下才能燃燒？像該物質燃燒產生新物質的變化是化學變化還是物理變化？

⑵ 石蠟具有哪些物理性質？哪些化學性質？用什么方法證明石蠟比木材軟？

⑶ 點燃蠟燭，觀察其火焰可分為哪幾層？其中哪層最明亮？哪層最暗？哪層溫度最高？哪層溫度最低？

⑷ 如何用實驗對蠟燭燃燒的產物進行證明？進一步說明石蠟中一定含有哪些元素？可能含有哪些元素?

⑸ 仔細觀察，可看到燒杯底或白瓷板上有一層黑色的物質（炭黑C）。這進一步說明石蠟中一定含有什么元素？

⑹ 熄滅蠟燭，有何現象？再用火柴點燃剛熄滅時的白煙，又有何現象？推測白煙可能是什么？

⑺ 如何設計實驗證明蠟燭受熱后產生的是石蠟蒸氣或白煙是石蠟蒸汽冷凝形成的石蠟固體小顆粒？

⑻ 蠟燭在充足的空氣或氧氣中發生的是完全燃燒，會生成什么氣體？如何證明？若發生不完全燃燒，還可能會生成什么氣體？如何證明？

⑼ 若實驗中沒有水珠出現，分析可能的原因是什么？

⑽ 若實驗中沒有變渾濁出現，分析可能的原因又是什么？

㈡ 對人體吸入的空氣和呼出氣體的探究

⒈ 步驟一

收集空氣和人呼出的氣體各兩瓶并聞各氣體的氣味

結論：兩氣體均沒有氣味

⒉ 步驟二

取一瓶空氣和一瓶剛收集的人呼出的氣體，分別加入澄清石灰水，振蕩觀察實驗現象：

① 空氣瓶中無明顯變化

② 人呼出氣體瓶中澄清石灰水變渾濁

結論：

空氣中二氧化碳的含量比人體呼出的含量低

⒊ 步驟三

將燃著的木條分別插入盛有空氣和人呼出氣體的兩個瓶中

⑴ 實驗現象：

① 空氣瓶中燃著木條無明顯變化

②人呼出氣體瓶中燃著木條熄滅

⑵ 實驗結論：

空氣中氧氣的含量比人體呼出的含量高

⒋ 步驟四

將一塊干燥的玻璃片放在空氣中，對著另一塊干燥的玻璃片吹氣

⑴ 實驗現象：

① 空氣中玻璃片無明顯變化

②人呼氣的玻璃片上有水珠

⑵ 實驗結論：

空氣中水蒸氣的含量比人體呼出的含量低

“兩多一少”——呼出的氣體比吸入的空氣，二氧化碳多、水蒸氣多，氧氣少。

㈢ 空氣中氧氣含量的測定

⒈ 步驟和方法：

⑴ 先把玻璃棒的下端燒熱，燃燒匙內放一塊白磷，把橡皮塞插入瓶中，并把塞子塞緊。然后把玻璃棒的熱端按下與白磷接觸，白磷燃燒，產生大量白煙。

⑵ 待白磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，燒杯中的水倒吸進入瓶內。

⒉ 現象：有大量白煙產生，廣口瓶內液面上升約1/5體積。

⒊ 結論：

⑴ 空氣是混合物；

⑵ O2約占1/5，可支持燃燒；

⑶ N2約占4/5，不支持燃燒，也不能燃燒，難溶于水

⒋ 實驗關鍵：

⑴ 可燃物要求：足量且產物是固體：選擇紅磷。

⑵ 裝置要求：氣密性良好。

⒌ 探究：

⑴ 液面上升小于1/5原因：裝置漏氣，紅磷量不足，未冷卻完全

⑵ 能否用鐵、鋁代替紅磷？不能。

原因：鐵、鋁不能在空氣中燃燒。

⑶ 能否用碳、硫代替紅磷？不能。

原因：產物是氣體，不能產生壓強差

㈣ 水的組成的實驗探究：

⒈ 實驗裝置：水電解器；

⒉ 電源種類：直流電

⒊ 實驗步驟和方法：

⑴ 在電解器玻璃管里加滿水，接通直流電源，觀察并記錄兩個電極附近和玻璃管內發生的現象；

⑵ 切斷上述裝置中的電源，用燃著的木條分別在兩個玻璃管尖嘴口檢驗電解反應中產生的氣體，觀察并記錄發生的現象。

⒋ 實驗現象及分析：

⑴ 兩電極上均產生氣泡，速率快的是負極，正、負極產生氣體的體積比約為1:2，說明水通電分解產生氣泡。

⑵ 正極產生的氣體使燃著的木條燃燒得更旺，說明正極產生的是氧氣。

⑶ 負極產生的氣體能燃燒，火焰呈淡藍色，說明負極產生的是氫氣。

⑷ 反應的文字表達式：水→通電→氫氣＋氧氣

⒌ 實驗結論：

⑴ 水由氫元素和氧元素組成的。

⑵ 一個水分子是由2個氫原子和1個氧原子構成的。

⑶ 化學變化中，分子可分而原子不可分。

⒍ 實驗拓展：

根據精確的實驗測定，每個水分子是由2個氫原子和1個氧原子構成的，因此水可以表示為H2O，電解水的化學方程式：2H2O＝通電＝2H2↑＋O2↑

【注意】

① 通電時，必須使用直流電。

② 電解水實驗中，水中可加入少量硫酸鈉或氫氧化鈉以增強導電性。

③ 兩電極上產生的氣體和體積比口訣：“負氫正氧，負二正一”。

㈤ 實驗室制備氧氣的實驗探究

⒈ 實驗室制取氣體的思路：（原理、裝置、檢驗）

⑴ 發生裝置：固固加熱型、固液不加熱型；

⑵ 收集裝置：根據物質的密度、溶解性。

⒉ 氣體制取與收集裝置的選擇

⑴ 發生裝置：由反應物狀態及反應條件決定：

① 反應物是固體，需加熱，制氣體時則用高錳酸鉀制O2的發生裝置。

② 反應物是固體與液體，不需要加熱，制氣體時則用制H2、CO2的發生裝置。

⑵ 收集方法：由氣體的密度及溶解性決定：

難溶于水用排水法收集，O2、H2能用排水法；

密度比空氣大用向上排空氣法，CO2只能用向上排空氣法；

密度比空氣小用向下排空氣法，H2能用向下排空氣法。

⒊ 氧氣的制備：

⑴ 實驗室制氧氣的原理：2H2O2＝MnO2＝2H2O＋O2↑

2KMnO4＝△＝K2MnO4＋MnO2＋O2↑

2KClO3＝MnO2＝2KCl＋3O2↑

⑵ 制取氧氣的操作步驟：（以高錳酸鉀制取氧氣并用排水法收集為例）

查—裝—定—點—收—移—熄

⑶ 注意點：

① 試管口略向下傾斜：防止冷凝水倒流引起試管破裂；

② 藥品平鋪在試管的底部：均勻受熱；

③ 鐵夾夾在離管口約1/3處；

④ 導管應稍露出橡皮塞：便于氣體排出；

⑤ 試管口應放一團棉花：防止高錳酸鉀粉末進入導管；

⑥ 排水法收集時，待氣泡均勻連續冒出時再收集；（剛開始排出的是試管中的空氣）

⑦ 實驗結束時，先移導管再熄滅酒精燈，防止水倒吸引起試管破裂；

⑧ 用排空氣法收集氣體時，導管伸到集氣瓶底部。

⑷ 氧氣的驗滿：用帶火星的木條放在集氣瓶口。

⑸ 氧氣的檢驗：用帶火星的木條伸入集氣瓶內。

⑹ 催化劑（觸媒）：在化學反應中能改變其他物質的化學反應速率，而本身的質量和化學性質在反應前后都沒有發生變化的物質。（一變兩不變）

催化劑在化學反應中所起的作用叫催化作用。