1. 實(shí)驗(yàn)法。這是最普遍的方法。根據(jù)基本原理及你的總體設(shè)計(jì)路線,通過N多具體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,得到測(cè)試數(shù)據(jù),然后分析,歸納,總結(jié)……
2. 理論計(jì)算法。利用現(xiàn)代電腦技術(shù),再根據(jù)理論模型及其相關(guān)假設(shè),編程、計(jì)算、預(yù)測(cè),最好再配合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證、分析、總結(jié)。
3. 歸納法。從已有的N多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、已驗(yàn)證數(shù)據(jù)等,歸納總結(jié)別人還沒有注意或發(fā)現(xiàn)的特殊規(guī)律。不過,這在現(xiàn)代,已經(jīng)很難撿到這樣的漏了。前面的研究人員都是很聰明的。
4. 經(jīng)驗(yàn)法。根據(jù)生產(chǎn)、生活實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)積累,總結(jié)一些特別的、專門的技術(shù),??梢缘玫綄@?,也很能取得經(jīng)濟(jì)效益。但要足具慧眼。
第一節(jié) 化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本方法(第3課時(shí)) 一、教材分析: 蒸餾和萃取是在實(shí)際生產(chǎn)生活中有著廣泛應(yīng)用的分離和提純技術(shù),海水淡化問題是目前解決全球淡水日益緊缺問題的重要途徑,這為選修《化學(xué)與技術(shù)》奠定了一定的知識(shí)基礎(chǔ)。
萃取對(duì)于學(xué)生來說是全新的分離和提純技術(shù),它是對(duì)溶解性規(guī)律的一個(gè)應(yīng)用,其原理也在今后鹵族元素和有機(jī)物的學(xué)習(xí)中多次體現(xiàn),在生活中也有多方面的應(yīng)用。 本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容主要包括兩個(gè)方面:(一)、復(fù)習(xí)蒸餾的原理,掌握實(shí)驗(yàn)室規(guī)范的蒸餾裝置。
這部分內(nèi)容只作復(fù)習(xí)和簡單的擴(kuò)充;(二)、介紹萃取的原理和裝置,特別是實(shí)驗(yàn)操作中的細(xì)節(jié)。這部分知識(shí)為新知識(shí),應(yīng)采用靈活多樣的教學(xué)手段由淺入深地讓學(xué)生理解和掌握。
蒸餾和萃取是高中階段的兩個(gè)基本實(shí)驗(yàn)操作,學(xué)生對(duì)于相關(guān)內(nèi)容及部分儀器還比較陌生,本節(jié)課的主要目的就是讓學(xué)生了解蒸餾和萃取的操作及過程,學(xué)習(xí)一些儀器的使用方法,并進(jìn)一步豐富分離提純物質(zhì)的方法和手段。 二、教學(xué)目標(biāo): 1.知識(shí)與技能 (1)體驗(yàn)科學(xué)探究的過程,學(xué)習(xí)運(yùn)用以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的實(shí)證研究方法。
(2) 知道液體混合物分離和提純的常用方法—蒸餾和萃取,能根據(jù)常見物質(zhì)的性質(zhì)設(shè)計(jì)分離和提純物質(zhì)的方案,并初步掌握其操作技能。 2.過程和方法 通過實(shí)際操作,來學(xué)會(huì)對(duì)混合物分離和提純的操作。
3.情感態(tài)度與價(jià)值觀 (1)樹立綠色化學(xué)思想,形成環(huán)境保護(hù)的意識(shí)。 (2)能發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)和生產(chǎn)、生活中有意義的化學(xué)問題,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。
三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn): 重點(diǎn):蒸餾和萃取的掌握和應(yīng)用 難點(diǎn):蒸餾和萃取的掌握和應(yīng)用 四、學(xué)情分析: (1)在初中階段學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了簡易的蒸餾操作方法,本節(jié)課將在此基礎(chǔ)上對(duì)規(guī)范裝置和實(shí)驗(yàn)原理做深入的探討,使學(xué)生更容易接受。已經(jīng)初步了解了粗鹽提純的方法,蒸餾的簡易裝置。
蒸餾則是在初中簡易操作的基礎(chǔ)上引入使用冷凝管這一較正規(guī)的操作。 (2)萃取的引入采用學(xué)生回家做西紅柿湯并進(jìn)行觀察積極調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。
(3)學(xué)生已經(jīng)掌握了部分溶解度的相關(guān)知識(shí),這對(duì)萃取原理的講解打下了一定的基礎(chǔ)。 五、教學(xué)方法:實(shí)際操作、歸納、總結(jié)等方法 六、課前準(zhǔn)備: 1.學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備:預(yù)習(xí)課本上相關(guān)的實(shí)驗(yàn),初步把握實(shí)驗(yàn)的原理和方法步驟;完成課前預(yù)習(xí)學(xué)案。
2.教師的教學(xué)準(zhǔn)備:多媒體課件制作、實(shí)物投影儀,課前預(yù)習(xí)學(xué)案,課內(nèi)探究學(xué)案。 3.教具準(zhǔn)備:4人一組、制取蒸餾水裝置15套、50 mL分液漏斗(15)、10 mL量筒(15)、燒杯(15)、鐵架臺(tái)(含鐵圈)(15)、CCl4、碘水。
等。 七、課時(shí)安排:1課時(shí) 八、教學(xué)過程 (一)檢查預(yù)習(xí),了解學(xué)生對(duì)已有知識(shí)的掌握程度及存在的困惑。
[復(fù)習(xí)提問]過濾、蒸發(fā)操作及SO42-檢驗(yàn)方法。 [設(shè)問] 過濾、蒸發(fā)操作是用于固體混合物還是液體混合物的分離? [學(xué)生回答] 過濾、蒸發(fā)操作適用于固體混合物分離。
(二)情景導(dǎo)入,展示目標(biāo) [引言]上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了粗鹽的提純,通過除雜質(zhì)過濾的方法得到比較純的鹽水,大家想想如果我們要把鹽水變?yōu)榈?,該怎么做呢? 比如說在海邊,漁民們是怎么解決生活用水的問題;前段時(shí)間,中央電視臺(tái)播放了鄭和下西洋的那段歷史,大家知道他們是怎么解決長期在海上漂泊的吃水問題嗎? [展示]海水變淡水 [引]做湯的時(shí)候,觀察過鍋蓋嗎?鍋蓋上有水珠,這水珠與湯不什么不同?為什么會(huì)有水珠?水蒸汽凝結(jié)?為什么水蒸汽會(huì)凝結(jié)成水珠? [講]湯沸騰后,水蒸汽遇溫度低的鍋蓋而凝成水珠附于鍋蓋。那么這是一個(gè)什么過程,我們?cè)诨瘜W(xué)中應(yīng)怎么稱呼?大家想一想蒸餾是不是一種分離混合物的方法?如果是,那么是分離什么樣的混合物? [過]混合物的分離和提純除了過濾、蒸發(fā)外,還有其他很多方法,這節(jié)課,我們來學(xué)習(xí)另外兩種新方法:蒸餾和萃取 (三)合作探究,精講點(diǎn)撥 [板書](二) 蒸餾和萃?。╠istillation and extraction) [過]首先,讓我們利用實(shí)驗(yàn)室通過蒸餾的方法除去自來水中的雜質(zhì)制取蒸餾水的實(shí)驗(yàn)來學(xué)習(xí)蒸餾的過程 [板書]1、蒸餾 [引入]我們引用的自來水是純凈的水嗎?不是。
因?yàn)樽詠硭畯S使用了消毒劑氯對(duì)水進(jìn)行了消毒。使水中含有Cl― 。
我們可以利用加入硝酸銀溶液檢驗(yàn)是否含有氯離子。 [實(shí)驗(yàn)演示]自來水中加入硝酸酸化的硝酸銀溶液 [講]有明顯白色沉淀生成,證明自來水中含有氯離子。
那么,我們應(yīng)該用什么方法除去自來水中的氯離子呢?能否向上一堂課中使用化學(xué)方法,加入試劑反應(yīng)除去? (不能。加入試劑后會(huì)引入新的雜質(zhì),達(dá)不到我們實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>
要想得到純凈水。可以使用加熱將水變?yōu)樗羝?,然后再冷凝為純凈的液態(tài)蒸餾水。)
[小結(jié)]實(shí)驗(yàn)室就是使用蒸餾的方法制取蒸餾水。 [投] (1)原理:利用互溶的液體混合物中各組分的沸點(diǎn)不同,給液體混合物加熱,使其中的某一組分變成蒸氣再冷凝成液體,從而達(dá)到分離提純的目的。
蒸餾一般用于分離沸點(diǎn)相差較大的液體混合物。(例如蒸餾含有Fe3+的水提純其中水份,蒸餾石油提純不同沸點(diǎn)的有機(jī)組分) (2)儀器:鐵架臺(tái)、酒精燈、石棉網(wǎng)、蒸餾燒瓶、冷凝管、溫度計(jì)、膠塞、牛角管(尾接管)、錐形瓶、膠管 [實(shí)驗(yàn)演示]實(shí)驗(yàn)室制取蒸餾水 [投]。
有機(jī)化學(xué)研究手段的發(fā)展經(jīng)歷了從手工操作到自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)化,從常量到超微量的過程。
20世紀(jì)40年代前,用傳統(tǒng)的蒸餾、結(jié)晶、升華等方法來純化產(chǎn)品,用化學(xué)降解和衍生物制備的方法測(cè)定結(jié)構(gòu)。后來,各種色譜法、電泳技術(shù)的應(yīng)用,特別是高壓液相色譜的應(yīng)用改變了分離技術(shù)的面貌。
各種光譜、能譜技術(shù)的使用,使有機(jī)化學(xué)家能夠研究分子內(nèi)部的運(yùn)動(dòng),使結(jié)構(gòu)測(cè)定手段發(fā)生了革命性的變化。 電子計(jì)算機(jī)的引入,使有機(jī)化合物的分離、分析方法向自動(dòng)化、超微量化方向又前進(jìn)了一大步。
帶傅里葉變換技術(shù)的核磁共振譜和紅外光譜又為反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)機(jī)理的研究提供了新的手段。這些儀器和x射線結(jié)構(gòu)分析、電子衍射光譜分析,已能測(cè)定微克級(jí)樣品的化學(xué)結(jié)構(gòu)。
用電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)合成路線的研究也已取得某些進(jìn)展。 未來有機(jī)化學(xué)的發(fā)展首先是研究能源和資源的開發(fā)利用問題。
迄今我們使用的大部分能源和資源,如煤、天然氣、石油、動(dòng)植物和微生物,都是太陽能的化學(xué)貯存形式。今后一些學(xué)科的重要課題是更直接、更有效地利用太陽能。
對(duì)光合作用做更深入的研究和有效的利用,是植物生理學(xué)、生物化學(xué)和有機(jī)化學(xué)的共同課題。有機(jī)化學(xué)可以用光化學(xué)反應(yīng)生成高能有機(jī)化合物,加以貯存;必要時(shí)則利用其逆反應(yīng),釋放出能量。
另一個(gè)開發(fā)資源的目標(biāo)是在有機(jī)金屬化合物的作用下固定二氧化碳,以產(chǎn)生無窮盡的有。機(jī)化合物。
這幾方面的研究均已取得一些初步結(jié)果。 其次是研究和開發(fā)新型有機(jī)催化劑,使它們能夠模擬酶的高速高效和溫和的反應(yīng)方式。
這方面的研究已經(jīng)開始,今后會(huì)有更大的發(fā)展。 20世紀(jì)60年代末,開始了有機(jī)合成的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)研究。
今后有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)、有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的測(cè)定等必將更趨系統(tǒng)化、邏輯化。
1. 實(shí)驗(yàn)法。
這是最普遍的方法。根據(jù)基本原理及你的總體設(shè)計(jì)路線,通過N多具體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,得到測(cè)試數(shù)據(jù),然后分析,歸納,總結(jié)……2. 理論計(jì)算法。
利用現(xiàn)代電腦技術(shù),再根據(jù)理論模型及其相關(guān)假設(shè),編程、計(jì)算、預(yù)測(cè),最好再配合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證、分析、總結(jié)。3. 歸納法。
從已有的N多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、已驗(yàn)證數(shù)據(jù)等,歸納總結(jié)別人還沒有注意或發(fā)現(xiàn)的特殊規(guī)律。不過,這在現(xiàn)代,已經(jīng)很難撿到這樣的漏了。
前面的研究人員都是很聰明的。4. 經(jīng)驗(yàn)法。
根據(jù)生產(chǎn)、生活實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)積累,總結(jié)一些特別的、專門的技術(shù),??梢缘玫綄@?,也很能取得經(jīng)濟(jì)效益。但要足具慧眼。
A.不能與金屬元素同主族的非金屬元素有很多,它們與同主族金屬元素具有相同的最外層電子數(shù),例如氫原子最外層只有一個(gè)電子和金屬鈉一樣,但它不是金屬,金屬元素在反應(yīng)中很容易失去最外層的電子,金屬元素組成的化合物中,都是正價(jià),故A錯(cuò)誤;
B.單質(zhì)由同種元素組成,化合物由不同元素組成,依據(jù)組成元素的種類,將純凈物分為單質(zhì)和化合物,故B正確;
C.將氧化物分為酸性氧化物和堿性氧化物的依據(jù)是與酸反應(yīng)生成鹽和水的氧化物為堿性氧化物,與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物為酸性氧化物,韓金屬元素的不一定是堿性氧化物,故C錯(cuò)誤;
D.根據(jù)分散質(zhì)微粒直徑的大小,可以將分散系分為膠體、濁液和溶液三大類,故D錯(cuò)誤;
故選B.
分析方法和手段是化學(xué)研究的基本方法和手段。
一方面,經(jīng)典的成分和組成分析方法仍在不斷改進(jìn),分析靈敏度從常量發(fā)展到微量、超微量、痕量;另一方面,發(fā)展初許多新的分析方法,可深入到進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,構(gòu)象測(cè)定,同位素測(cè)定,各種活潑中間體如自由基、離子基、卡賓、氮賓、卡拜等的直接測(cè)定,以及對(duì)短壽命亞穩(wěn)態(tài)分子的檢測(cè)等。 分離技術(shù)也不斷革新,離子交換、膜技術(shù)、色譜法等等。
合成各種物質(zhì),是化學(xué)研究的目的之一。在無機(jī)合成方面,首先合成的是氨。
氨的合成不僅開創(chuàng)了無機(jī)合成工業(yè),而且?guī)?dòng)了催化化學(xué),發(fā)展了化學(xué)熱力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。后來相繼合成的有紅寶石、人造水晶、硼氫化合物、金剛石、半導(dǎo)體、超導(dǎo)材料和二茂鐵等配位化合物。
在電子技術(shù)、核工業(yè)、航天技術(shù)等現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的推動(dòng)下,各種超純物質(zhì)、新型化合物和特殊需要的材料的生產(chǎn)技術(shù)都得到了較大發(fā)展。稀有氣體化合物的合成成功又向化學(xué)家提出了新的挑戰(zhàn),需要對(duì)零族元素的化學(xué)性質(zhì)重新加以研究。
無機(jī)化學(xué)在與有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、物理化學(xué)等學(xué)科相互滲透中產(chǎn)生了有機(jī)金屬化學(xué)、生物無機(jī)化學(xué)、無機(jī)固體化學(xué)等新興學(xué)科。 。
一、科學(xué)實(shí)驗(yàn)法
科學(xué)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)踐和社會(huì)實(shí)踐并稱為人類的三大實(shí)踐活動(dòng)。實(shí)踐不僅是理論的源泉,而且也是檢驗(yàn)理論正確與否的惟一標(biāo)準(zhǔn),科學(xué)實(shí)驗(yàn)就是自然科學(xué)理論的源泉和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。特別是現(xiàn)代自然科學(xué)研究中,任何新的發(fā)現(xiàn)、新的發(fā)明、新的理論的提出都必須以能夠重現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù),否則就不能被他人所接受,甚至連發(fā)表學(xué)術(shù)論文的可能性都會(huì)被取締。即便是一個(gè)純粹的理論研究者,他也必須對(duì)他所關(guān)注的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,甚至實(shí)驗(yàn)過程有相當(dāng)深入的了解才行。因此,可以說,科學(xué)實(shí)驗(yàn)是自然科學(xué)發(fā)展中極為重要的活動(dòng)和研究方法。
(一)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的種類
科學(xué)實(shí)驗(yàn)有兩種含義:一是指探索性實(shí)驗(yàn),即探索自然規(guī)律與創(chuàng)造發(fā)明或發(fā)現(xiàn)新東西的實(shí)驗(yàn),這類實(shí)驗(yàn)往往是前人或他人從未做過或還未完成的研究工作所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn);二是指人們?yōu)榱藢W(xué)習(xí)、掌握或教授他人已有科學(xué)技術(shù)知識(shí)所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),如學(xué)校中安排的實(shí)驗(yàn)課中的實(shí)驗(yàn)等。實(shí)際上兩類實(shí)驗(yàn)是沒有嚴(yán)格界限的,因?yàn)橛袝r(shí)重復(fù)他人的實(shí)驗(yàn),也可能會(huì)發(fā)現(xiàn)新問題,從而通過解決新問題而實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新。但是探索性實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新目的明確,因此科技創(chuàng)新主要由這類實(shí)驗(yàn)獲得。
從另一個(gè)角度,又可把科學(xué)實(shí)驗(yàn)分為以下類型。
定性實(shí)驗(yàn):判定研究對(duì)象是否具有某種成分、性質(zhì)或性能;結(jié)構(gòu)是否存在;它的功效、技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平是否達(dá)到一定等級(jí)的實(shí)驗(yàn)。一般說來,定性實(shí)驗(yàn)要判定的是“有”或“沒有”、“是”或“不是”的,從實(shí)驗(yàn)中給出研究對(duì)象的一般性質(zhì)及其他事物之間的聯(lián)系等初步知識(shí)。定性實(shí)驗(yàn)多用于某項(xiàng)探索性實(shí)驗(yàn)的初期階段,把注意力主要集中在了解事物本質(zhì)特性的方面,它是定量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)和前奏。
定量實(shí)驗(yàn):研究事物的數(shù)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)側(cè)重于研究事物的數(shù)值,并求出某些因素之間的數(shù)量關(guān)系,甚至要給出相應(yīng)的計(jì)算公式。這種實(shí)驗(yàn)主要是采用物理測(cè)量方法進(jìn)行的,因此可以說,測(cè)量是定量實(shí)驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)。定量實(shí)驗(yàn)一般為定性實(shí)驗(yàn)的后續(xù),是為了對(duì)事物性質(zhì)進(jìn)行深入研究所應(yīng)該采取的手段。事物的變化總是遵循由量變到質(zhì)變,定量實(shí)驗(yàn)也往往用于尋找由量變到質(zhì)變關(guān)節(jié)點(diǎn),即尋找度的問題。
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn):為掌握或檢驗(yàn)前人或他人的已有成果而重復(fù)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)或驗(yàn)證某種理論假說所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)也是把研究的具體問題向更深層次或更廣泛的方面發(fā)展的重要探索環(huán)節(jié)。
結(jié)構(gòu)及成分分析實(shí)驗(yàn):它是測(cè)定物質(zhì)的化學(xué)組分或化合物的原子或原子團(tuán)的空間結(jié)構(gòu)的一種實(shí)驗(yàn)。實(shí)際上成分分析實(shí)驗(yàn)在醫(yī)學(xué)上也經(jīng)常采用,如血、尿、大便的常規(guī)化驗(yàn)分析和特種化驗(yàn)分析等。而結(jié)構(gòu)分析則常用于有機(jī)物的同分異構(gòu)現(xiàn)象的分析。
對(duì)照比較實(shí)驗(yàn):指把所要研究的對(duì)象分成兩個(gè)或兩個(gè)以上的相似組群。其中一個(gè)組群是已經(jīng)確定其結(jié)果的事物,作為對(duì)照比較的標(biāo)準(zhǔn),稱為“對(duì)照組”,讓其自然發(fā)展。另一組群是未知其奧秘的事物,作為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象,稱為實(shí)驗(yàn)組,通過一定的實(shí)驗(yàn)步驟,判定研究對(duì)象是否具有某種性質(zhì)。這類實(shí)驗(yàn)在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究中是經(jīng)常采用的,如實(shí)驗(yàn)?zāi)撤N新的醫(yī)療方案或藥物及營養(yǎng)晶的作用等。
相對(duì)比較實(shí)驗(yàn):為了尋求兩種或兩種以上研究對(duì)象之間的異同、特性等而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。即把兩種或兩種以上的實(shí)驗(yàn)單元同時(shí)進(jìn)行,并作相對(duì)比較。
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