鲁科版化学必修第一册【高清教材】.pdf

责任编辑：刘宗寅 孙 婷 杨春苗 李康群 刘 楠封面设计：魏 然版权所有请勿擅自用本书制作各类出版物违者必究如对教材内容有意见、建议或发现印装质量问题，请与山东科学技术出版社联系电话：0531-82098030电子邮箱：欢迎同学们进入高中化学课程的学习！依据普通高中化学课程标准（2017 年版），化学课程分为必修课程、选择性必修课程和选修课程三大类。其中，必修课程是普通高中学生发展的共同基础，努力体现化学基本观念与发展趋势，促进同学们化学学科核心素养的发展，以适应未来社会发展需求，是全体同学必须修习的课程。选择性必修课程包括“化学反应原理”“物质结构与性质”“有机化学基础”三个模块，培养同学们深入学习与探索化学的志向，引导同学们更加深入地认识化学科学、了解化学研究的内容与方法、提升化学学科核心素养的水平，是同学们根据个人需求与升学考试要求选择修习的课程。选修课程包括“实验化学”“化学与社会”“发展中的化学科学”三个系列，面向对化学学科有不同兴趣和不同需要的同学，拓展化学视野，深化对化学科学及其价值的认识，是同学们自主选择修习的课程。依据普通高中化学课程标准（2017 年版）的理念和要求，我们编写了本套教材，力求选取最具化学学科核心素养发展价值的知识内容和学习素材，按照科学、合理、有效的学习进阶，安排学习内容，设计学习活动，引导同学们学习最为核心的基础知识和基本技能，掌握最有价值的科学方法和思想方法，形成正确的思想观念和科学态度，达成“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”等方面化学学科核心素养的发展目标。为了便于同学们学习，我们将必修课程教材分成两册编写。在学习这两册教材的过程中，同学们将通过观察辨析一定条件下的物质形态及变化的宏观现象，初步掌握物质及其变化的分类方法，能够运用有关符号表征物质及其变化；从微观层面理解物质的组成、结构与性质的联系，形成“结构决定性质，性质决定应用”的观念，学会根据物质的微观结构推论元素及其化合物在特定条件下可能具有的性质和发生的变化；掌握探究物质性质的主要方法和基本程序，关注化学反应中的物质变化和能量变化，能够预测在一定条件下某种物质可能发生的化学反应，增强变化观念和平衡思想；初步学会收集各种证据，掌握对物质的性质及物质的变化提出可能的假设并予以验证的方法；发现和提出有研究价值的化学问题，独立或合作依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作，对观察记录进行信息致同学们致同学们1第1章认识化学科学第 1 节 走进化学科学第 2 节研究物质性质的方法和程序 第 3 节化学中常用的物理量 物质的量 微项目探秘膨松剂体会研究物质性质的方法和程序的实用价值本章自我评价 第 2 章 元素与物质世界 4041Chemistry变 等第2章元素与物质世界第 1 节 元素与物质分类第 2 节电解质的电离 离子反应 第 3 节氧化还原反应微项目科学使用含氯消毒剂运用氧化还原反应原理解决实际问题本章自我评价第 1 节 铁的多样性 第 2 节硫的转化 第 3 节氮的循环 微项目论证重污染天气“汽车限行”的合理性探讨社会性科学议题本章自我评价 第3章物质的性质与转化加工、获得实验结论并提出进一步探究的设想，培养独立思考、敢于质疑、勇于创新的精神；关注与化学有关的社会问题，深刻理解化学、技术、社会和环境之间的关系，认识化学科学的独特魅力及对人类社会发展的重大贡献，强化社会责任意识。本必修课程教材在呈现形式上具有一系列独具匠心的设计：每节开始设置“联想质疑”栏目，铺设情境，提出问题，为同学们的探究学习做好铺垫；通过“观察思考”“活动探究”“交流研讨”“迁移应用”等活动性栏目组织同学们进行自主探究和开展合作学习，并利用“方法导引”栏目对有关活动进行有效的指导；利用“资料在线”“拓展视野”“身边的化学”“化学与技术”等资料性栏目丰富同学们的知识，拓展同学们的视野；每节的“练习与活动”及每章的自我评价设置“学习理解”“应用实践”“迁移创新”三个层次，提供精选习题和有关活动，以提升同学们理论联系实际的迁移应用能力以及发现问题、分析问题和解决问题的能力；每章在“本章自我评价”中列出化学学科核心素养的发展重点和学业要求，以便同学们据此检查自己的学习情况；每章设置一个微项目，开展项目式学习，引导同学们面对实际的化学问题，学以致用，实现所学知识向关键能力和核心素养的转化。本册教材是必修第一册，共 3 章，每章各有3 节和 1 个微项目，主要是引导同学们走进化学世界，认识元素与物质的关系以及物质的分类与各类别物质的一般性质，掌握研究物质性质的主要方法和基本程序以及预测物质性质的视角和依据，了解化学反应及其分类并表征有关类型的化学反应，了解钠、铁、氯、氮、硫及其重要化合物的主要性质和实际应用，开展以化学实验为主的科学探究活动，认识物质转化的有关规律以及在自然资源综合利用和环境保护中的重要价值，在学习过程中发展同学们的化学学科核心素养。相信本套教材能够成为同学们认识化学科学、学习化学学科的好帮手，为同学们在学校的组织和老师的指导下发展化学学科核心素养、提高学业水平，打下坚实的基础，开辟广阔的空间。2目 录CONTENTS第 1 章认识化学科学第 1 节 走进化学科学 /2第 2 节 研究物质性质的方法和程序 /9第 3 节 化学中常用的物理量 物质的量 /21微项目 探秘膨松剂 体会研究物质性质的方法和程序的实用价值 /32本章自我评价 /36第 2 章元素与物质世界第 1 节 元素与物质分类 /42第 2 节 电解质的电离 离子反应 /51第 3 节 氧化还原反应 /63微项目 科学使用含氯消毒剂 运用氧化还原反应原理解决实际问题 /73本章自我评价 /76第 3 章物质的性质与转化第 1 节 铁的多样性 /82第 2 节 硫的转化 /93第 3 节 氮的循环 /105微项目 论证重污染天气“汽车限行”的合理性 探讨社会性科学议题 /120本章自我评价 /1261.各章节中的主要术语与物质名称 /1312.本册教材中主要的实验内容 /1333.常见元素中英文名称对照表 /1344.部分酸、碱和盐的溶解性表（室温）/135附录第1章认识化学科学第 1 节 走进化学科学第 2 节研究物质性质的方法和程序 第 3 节化学中常用的物理量 物质的量 微项目探秘膨松剂体会研究物质性质的方法和程序的实用价值本章自我评价 2第 1 节 走进化学科学人类赖以生存与发展的物质世界是极其丰富的。面对五彩缤纷的物质世界，人们从远古时代开始就一直在思索与探究：物质究竟是什么？物质是由什么组成的？物质为什么会发生变化，又是如何发生变化的？怎样有目的地实现物质转化、创造物质，更好地为人类的生存与发展服务？在漫长的思索与探究过程中，人们对物质世界的认识越来越深刻，并建立起化学科学。那么，化学科学是如何逐步形成与发展的？它有什么特征，又具有怎样的探索空间呢？一、化学科学的形成与发展 图 1-1-1 自然界的杰作 山水美 图 1-1-2 人类社会的创造 复兴号早在远古时代，我们的祖先就知道了如何取火和保存火种。可以说，从那时起人类就开始了“化学活动”。在长期的生产和生活实践中，人们学会了烧制陶瓷、冶炼金属、酿造酒类。有一些被称为炼丹家或炼金士的人，甚至试图用一些物质炼制出能使人长生不老的丹药，或把一些廉价的金属炼制成贵重的金属金。进入近代，化学科学体系逐渐形成。在实践活动的基础上，化学家经过不断的努力，建立起科学的元素观，提出了氧化学说、原子论和分子学说，发现了元素周期律，等等。这些成就成为近代化学发展的里程碑。图 1-1-3 我国古代劳动人民的 智慧结晶陶瓷人面鱼纹彩陶盆元青花瓷器变第 1 节 走进化学科学等3化学理论的创立或对有关化学规律的揭示，对于化学科学的发展有着极其重要的作用。请选择上述某一理论或规律，讨论其对于化学科学发展的贡献以及对于人们理解物质及其变化的作用。1777 年，拉瓦锡提出氧化学说，使近代化学取得了革命性的进展1811年，阿伏加德罗提出分子学说，系统地解决了在物质组成和原子量（现称相对原子质量）测定方面存在的混乱问题英国科学家 波义耳（R.Boyle，16271691）法国科学家 拉瓦锡（A.L.Lavoisier，17431794）意大利科学家 阿伏加德罗（A.Avogadro，17761856）1661 年，波义耳提出化学元素的概念，标志着近代化学的诞生1869 年，门捷列夫发现元素周期律，把化学元素及其化合物纳入一个统一的理论体系俄国科学家 门捷列夫（D.I.Mendeleev，18341907）图 1-1-4 近代化学的里程碑进入 20 世纪后，随着人们对物质世界的认识由宏观向微观、由定性向定量、由静态向动态的不断深入，化学科学迅速发展，进入了辉煌的现代化学时代。放射性元素的发现、现代量子化学理论的建立、化学热力学与动力学的开创性研究、创造新分子的合成化学的崛起、高分子化学的创立以及化学工业的快速发展等，都是现代化学发展中取得的重大成就。现代化学的发展不仅使化学科学体系自身不断完善，也带动了相关科学的发展。例如，化学家对蛋白质结构的测定和对蛋白质合成的研究，使人们对生命过程有了更加深刻的认识，促进了生命科学的发展。1965 年，我国科学家成功地合成了结晶牛胰岛素，在世界上首次实现了蛋白质的人工合成，交流研讨1803 年，道尔顿提出原子论，为近代化学的发展奠定了坚实的基础英国科学家 道尔顿（J.Dalton，17661844）图 1-1-5 成功合成结晶牛胰岛素的我国 科学家Chemistry 第 1 章 认识化学科学 4资 料 在 线研究领域与化学相关的国家最高科学技术奖获得者国家最高科学技术奖于 2000 年正式设立，每年评审一次，是我国五个国家科学技术奖（另外四个是国家自然科学奖、国家技术发明奖、国家科学技术进步奖和中华人民共和国国际科学技术合作奖）中等级最高的奖项，由国家主席亲自签署、颁发荣誉证书和奖金。获奖者中许多科学家的研究领域都与化学密切相关，例如：2007 年度：闵恩泽（19242016），石油化工催化剂专家。2008 年度：徐光宪（19202015），量子化学、配位化学、萃取化学、稀土化学及化学教育专家。2010 年度：师昌绪（19182014），我国高温合金研究的奠基人，材料腐蚀领域的开拓者。2013 年度：张存浩（1928），我国高能化学激光研究的奠基人，分子反应动力学的奠基人之一。2016 年度：屠呦呦（1930），首先从中药青蒿中发现抗疟有效成分并成功提取的药学家；赵忠贤（1941），我国高温超导研究的奠基人之一。2017 年度：王泽山（1935），火炸药专家，含能材料专家。标志着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途上迈出了关键的一步。再如，化学科学促进了生态学的发展。以研究生物之间化学联系及其机制为目标的化学生态学于 20 世纪50 年代末诞生，为病虫害的治理、生物多样性的保护、生物资源的合理利用等方面的研究提供了科学模式和理论依据。化学科学和化学工业的发展，对于人类文明的进步发挥了巨大的推动作用。试想：如果没有合成氨的化工技术，如何制造出能促进粮食增产的大量氮肥，使成千上万的人免除饥饿的威胁呢？如果没有新药物的成功研制，如何战胜那些危及人类生命的疾病呢？如果没有功能各异的合成高分子材料的研制和生产，没有以硅及其化合物为原料制造出的芯片和光导纤维，人们的生活怎么会像现在这样丰富多彩呢？今后，化学科学与化学工业的发展将为人类社会的可持续发展作出更大的贡献。图 1-1-6 氮肥促进粮食增产氮肥 图 1-1-7 硅是信息技术的关键材料单晶硅变第 1 节 走进化学科学等5二、化学科学的主要特征化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科，其特征是从宏观和微观两个角度认识物质、以符号形式表征物质、在不同层面上创造物质。利用化学方法，人们不仅从矿物和动植物体中发现了很多有用的物质，并把它们提取出来或利用已有的物质为原料制造它们，而且通过对有关物质结构和性质的认识与研究，根据需要创造出自然界中原本不存在的、具有特殊性质或功能的新物质。现在，化学家已发现和创造了上亿种物质。从这一角度来看，化学科学是一门具有创造性的科学。现代化学已经成为实验与理论并重的科学。一方面，各种分析和测试物质结构、跟踪化学反应过程的技术如波谱、色谱、X 射线衍射、飞秒化学、原子示踪等，成为现代化学研究的重要手段；另一方面，理论计算辅以计算机模拟来研究物质的结构、预测物质的反应活性、研究反应的微观过程等，成为现代化学研究的热点。2015 年 10 月，我国科学家屠呦呦获得诺贝尔生理学或医学奖。诺贝尔奖评选委员会的颁奖词中写道：“屠呦呦发现了青蒿素，这种药品有效降低了疟疾患者的死亡率”“对全球的影响及对人类福祉的改善是无可估量的”。在青蒿素的发现、提纯、组成与结构测定、合成与修饰及实际应用过程中，各个环节都有赖于化学科学的支持，饱含着一大批化学工作者的辛勤付出。阅读图 1-1-12，请你和小组同学交流、研讨：1.对屠呦呦启发很大的古代药方中使用了怎样的药物提取方法？这种提取方法与屠呦呦创造性采用的提取方法有何异同？青蒿素的提取利用了物质的哪些性质？屠呦呦工作的主要创新点表现在哪些方面？2.对青蒿素的相关研究经历了怎样的过程？这对于你了解化学科学的研究内容和重要特征有哪些启示？3.通过了解青蒿素的发现、研究与应用过程，你对科学家的科学态度和社会责任产生了哪些新的认识？交流研讨 图 1-1-11 我国科学家屠呦呦在 诺贝尔生理学或医学奖颁奖现场 图 1-1-8 质谱仪 图 1-1-9 核磁共振仪 图 1-1-10 X 射线衍射仪Chemistry 第 1 章 认识化学科学 6 图 1-1-12 青蒿素的发现、研究与应用之旅19671969获得晶体屠呦呦研究小组继而致力于获取青蒿提取物中具有抗疟功效的活性化合物。1972 年初，研究小组成功分离并结晶出“青蒿素”（后称青蒿素），其抗疟功效在临床试验中得到证实。广泛应用世界卫生组织于 2001 年向恶性疟疾流行的国家推荐以青蒿素为基础的联合疗法，于 2004 年正式将青蒿素复方药物列为治疗疟疾的首选药物。青蒿素问世 40 多年来，帮助600 多万人摆脱了疟疾的威胁。测定结构研究人员借助波谱数据和化学反应进行了大量研究，获知青蒿素分子的若干片段；1975 年，利用 X 射线衍射技术攻克了许多难关，终于确定了青蒿素分子中各原子的空间位置。19721973197519782001研究的缘起疟疾曾经严重威胁全球人类的健康。自 1967 年5 月 23 日起，我国 60 多个单位的 500 多名科研人员联合研发抗疟新药。青蒿素的分子结构模型青蒿素提取有效成分1969 年，屠呦呦研究小组发现中药青蒿具有抗疟效果，但用水煎熬青蒿所得提取物无效，青蒿的乙醇提取物药效也不高。后来，受到古代文献肘后备急方治寒热诸疟方中“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之”绞取方法的启发，屠呦呦使用沸点比乙醇更低的乙醚（34.6）来提取青蒿中的有关物质。1971 年 10 月 4 日，屠呦呦在实验室中观察这种提取物对疟原虫的抑制作用时，发现其抑制率达到100%。合成与修饰从 1978 年到 1984 年初，研究人员历时 5 年多实现了青蒿素的全合成。青蒿素结构的测定和全合成的实现，为青蒿素衍生药物（如双氢青蒿素、蒿甲醚）的开发奠定了基础。1986 年，青蒿素和双氢青蒿素获得一类新药证书。确定组成1973 年，青蒿素分子结构的测定工作启动，一大批化学工作者为此付出了艰苦卓绝的努力。他们利用高分辨率质谱仪测得了青蒿素的相对分子质量，再结合碳氢分析数据确定了青蒿素的分子式为C15H22O5。但是，进一步确定青蒿素分子中 42 个原子的空间排布成一难题。变第 1 节 走进化学科学等7三、化学科学的探索空间当今，现代化学具有庞大的学科体系，在原有的有机化学、无机化学、物理化学、分析化学和高分子化学等学科的基础上，又发展出许多不同层次的新兴分支学科，并与材料、资源、能源、生态、环境、医药、生命、国防、信息技术等领域形成很强的交叉融合。新兴的化学分支学科以及与其他学科的交叉领域表现出强大的生命力，在促进人类社会发展和文明进步的过程中作出了巨大贡献。化学科学将在微观领域的探索中取得更大进展，使人们进一步认识物质的微观结构与宏观性质之间的关系，更好地利用已有物质或创造出性能更为优异的新物质。现在，化学家已能在微观层面上操纵分子和原子，组装分子材料、分子器件和分子机器等。化学科学将在资源和能源的开发、利用方面大显身手，使人们更加科学、合理地开发与利用资源和能源。化学科学将继续推动材料科学的发展，使各种新型材料的制造成为可能，进一步丰富与人类的生存和发展息息相关的物质世界。化学科学将为解决环境问题提供有力保障，减少人类活动对环境的影响；使环境监测和治理手段更加快速、灵敏，实现对环境污染的科学防治。图 1-1-13 分子齿轮 图1-1-14 一种油水分离材料及其作用原理示意图（a）（b）（c）资 料 在 线一种用于油水分离的膜材料随着近海石油的开采以及工业含油污水的增加，油水分离成为一个广受关注的全球性难题。我国化学家在这一领域已经取得了重要的突破，他们合成了在水中具有超疏油性的膜材料，当油水混合物穿过水预浸润的膜材料时图 1-1-14（a），水可以自由流动通过，而油则被阻隔富集图 1-1-14（b），从而达到分离的目的。图 1-1-14（c）示意了这种材料的工作原理，该图的背景借鉴太极的图样，寓意这种材料是具有两种功能（超亲水性和超疏油性）的复合体。石油水石油与水的混合物油水Chemistry 第 1 章 认识化学科学 8化学反应原理普 通 高 中 教 科 书化 学必修第一册必修第二册选择性必修1 化学反应原理选择性必修2 物质结构与性质选择性必修3 有机化学基础普通高中教科书普通高中教科书山东科学技术出版社 化学选择性必修化 学山东科学技术出版社选择性必修 1 化学反应原理1社会生活环境保护、城乡建设、交通出行、家居装修、服装材料、食品加工职业发展化学家、化学工程师、生物化学家、环境学家、职业安全与健康专家、药剂师、教师升学深造化学、应用化学、化学工程与工艺、生物工程、药学、材料科学化学世界神奇美妙，化学天地广袤无垠，化学科学魅力无穷！进入高中阶段，同学们一定很想知道自己将面对哪些化学知识和方法，将走过怎样的化学学习历程，将如何提升化学学科核心素养。那么，就让这套化学教科书陪伴大家一起走进丰富多彩的化学世界吧！请从升学深造、职业发展、社会生活等方面畅想个人与化学科学的关系。交流研讨化学科学将为生命科学的发展作出更大贡献，帮助人们从分子层次上了解生命问题的本质、揭示生命运动的规律；使研究人员在分子水平上了解疾病的病理，寻求新方法，研制新药物，为人类提供健康保障。化学科学将大大提高信息科学的发展水平，指导人们研制功能各异的信息材料（主要是电子材料，如光电子材料），为传感技术、通信技术和计算机技术等的发展提供重要的物质基础。现代化学作为一门“中心科学”，正在以崭新的姿态与人类经济社会的各个领域保持着密切的联系，在促进人类文明可持续发展的过程中发挥着重要的作用。图 1-1-15 一些合成药物与疾病检测试剂 图 1-1-16 高中化学教科书物质结构与性质普 通 高 中 教 科 书化 学必修第一册必修第二册选择性必修1 化学反应原理选择性必修2 物质结构与性质选择性必修3 有机化学基础普通高中教科书普通高中教科书山东科学技术出版社 化学化 学选择性必修 2 选择性必修物质结构与性质山东科学技术出版社29第 2 节 研究物质性质的方法和程序研究物质的性质是化学研究的一项重要内容。只有深入地研究物质的性质，才能更好地利用物质。例如，通过对叠氮化钠（NaN3）性质的研究，制成了一种用于汽车安全气囊的气体发生剂；通过对液态氢和液态氧性质的研究，制成了一种火箭推进剂那么，怎样才能科学地研究物质的性质呢？一、研究物质性质的基本方法1.在初中化学的学习中，你主要认识了哪些物质？请以其中一种物质为例说明你是通过什么方法来研究它的性质的。2.你认为研究一种物质的性质应该按照怎样的程序来进行？你能通过实例来说明吗？研究物质的性质，常常运用观察、实验、分类、比较等方法。观察是一种有计划、有目的地运用感官考察研究对象的方法。人们既可以直接用肉眼观察物质的颜色、状态以及用鼻子闻物质的气味等，也可以借助一些仪器来进行更为细致的观察。需要注意的是，在观察过程中，不仅要用感官去搜集信息，还要积极地动脑思考并及时储存和处理所搜集的信息；观察要有明确而具体的目的，要对观察到的现象进行分析和综合。图 1-2-1 已膨起的汽车安全气囊联想质疑Chemistry 第 1 章 认识化学科学 10观察记录金属钠的物理性质颜色状态硬度的相对大小密度的相对大小熔点的相对高低金属钠与水的反应实验现象分析及结论思考你是如何运用观察的方法来认识金属钠的物理性质以及金属钠与水的反应的？你认为在观察过程中应注意哪些问题？图 1-2-2 保存在煤油中的 金属钠钠 图 1-2-3 金属钠与水的反应钠金属钠与皮肤接触会腐蚀皮肤，千万不要用手直接接触金属钠！安全提示观察金属钠及金属钠与水反应的现象观察目的1.认识金属钠的颜色、状态、硬度和密度的相对大小以及熔点的相对高低。2.认识金属钠与水的反应。观察内容1.观察盛放在试剂瓶中的金属钠。用镊子将金属钠从试剂瓶中取出，用滤纸将其表面的煤油吸干，在玻璃片上用小刀切下一小块金属钠，观察钠块的切面。2.向培养皿中加入适量的水，滴入 12 滴酚酞溶液，取一块绿豆粒大小的金属钠放入水中，观察现象。观察思考变第 2 节 研究物质性质的方法和程序等11钠（Na，sodium）是一种银白色金属，通常保存在煤油或石蜡油中；熔点为 97.8，沸点为 882.9；密度为 0.97 gcm-3。金属钠能与水发生反应生成氢氧化钠和氢气。2Na+2H2O=2NaOH+H2实验是根据科学研究的目的，尽可能排除外界影响、突出主要因素，并利用一些专门的仪器设备，人为地变革、控制或模拟研究对象，使某一现象或过程发生或再现的研究方法。在研究物质性质的过程中，可通过实验来验证对物质性质的预测或探究物质未知的性质。利用实验方法研究物质性质时，实验前要明确实验目的、实验用品和实验方案等；实验中要仔细观察实验现象，并做好实验记录；实验后要对实验结果进行分析，并写好实验报告。实验过程中，要注意控制温度、压强、溶液的浓度等条件，这是因为同样的反应物在不同的条件下可能会发生不同的反应。金属钠与氧气的反应实验目的1.探究金属钠与氧气的反应。2.认识条件控制对于实验研究的意义。实验用品金属钠；酒精灯，坩埚，三脚架，泥三角，坩埚钳，镊子，小刀，玻璃片，滤纸，火柴。实验方案1.将切好的金属钠放置在空气中，观察现象。2.将一小块金属钠放入坩埚中加热，观察现象。活动探究资 料 在 线金属钠的主要用途金属钠可用于制造高压钠灯，这种灯因钠蒸气放电而产生的黄光射程远、透雾能力强，常用作路灯。金属钠还可用于钛、锆、铌、钽等金属的冶炼。钠和钾的合金可用作原子反应堆的导热剂。Chemistry 第 1 章 认识化学科学 12思考1.通过这组实验，你对金属钠与氧气的反应有了哪些认识？2.金属钠除了能与氧气、水发生反应外，还能与哪些物质发生反应？请比较金属钠与其他金属在化学性质上的相同点和不同点。3.在研究金属钠性质的过程中，你用到了哪些研究方法？图 1-2-4 金属钠的切面在空气中的变化 图 1-2-5 在空气中加热金属钠 所发生的变化放置在空气中金属钠放置在空气中会迅速被氧化，失去金属光泽，生成白色的氧化钠（Na2O）；金属钠在空气中加热会生成过氧化钠（Na2O2）。2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2 2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2过氧化钠是一种淡黄色的固体粉末。它与水或二氧化碳反应皆可产生氧气，所发生的反应常用于呼吸面具和潜水艇里的氧气供给。4Na+O2=2Na2O2Na+O2=Na2O2过氧化钠实验方案实施实验内容实验现象实验结论金属钠在空气中放置金属钠在空气中加热变第 2 节 研究物质性质的方法和程序等13除了观察和实验外，分类和比较也是研究物质性质时的常用方法。在研究物质的性质时，可以运用分类的方法总结各类物质的一般性质，并根据物质所属的类别对物质及其变化进行预测；可以运用比较的方法，认识各种物质性质之间的异同与内在联系。除了研究物质性质的基本方法外，在进行化学研究时还会用到假说和模型的方法。在已有事实和科学理论的基础上，科学工作者往往通过提出假说对有关现象或规律的本质以及未知物质或现象进行推测性说明，通过建构模型对物质或物质的变化进行简化模拟。假说和模型具有解释性功能和预见性功能，但是所做的预测或说明是否正确还需要通过实验来验证。在科学研究中，随着研究的深入，往往是旧的假说或模型被推翻而建立起新的假说或模型。人们对物质性质的研究是一个科学探究的过程，应当按照科学的程序来进行，以提高研究效率。对物质性质的研究，通常遵循图 1-2-6 所示的基本程序。二、研究物质性质的基本程序 图 1-2-6 研究物质性质的基本程序图示预测物质的性质验证预测作出新的预测可以运用分类的方法，根据物质所属的类别或利用有关反应规律预测物质的性质实验和观察发现特殊现象，提出新问题进一步研究解释和结论运用比较的方法，归纳总结一类物质的共性和差异物质的颜色、气味、存在状态等对实验现象进行分析、综合、推理，得出结论观察物质的外部特征Chemistry 第 1 章 认识化学科学 14案例：研究氯气的性质氯气（Cl2，chlorine）是一种具有重要用途的气体，在工业上大量用于制造盐酸、有机溶剂和杀菌消毒剂等。认识物质的物理性质【实验 1】取一个盛满氯气的集气瓶，观察氯气的颜色；稍打开玻璃片，用手轻轻地在瓶口扇动，使极少量的氯气飘进鼻孔，闻氯气的气味。【实验 2】取一支盛满氯气的试管，将其倒扣在水槽中，静置一段时间后观察现象。结论：_。你知道通常从哪些方面认识物质的物理性质吗？物质的某些物理性质可以通过直接观察来认识，而像熔点、沸点等物理性质则需要借助有关仪器进行研究。预测物质的化学性质1.氯气是一种非金属单质，你认为它可能具有哪些化学性质？2.你希望通过哪些实验来验证你的预测？通常可以根据某种物质所属类别来认识该物质的化学性质。例如，氯气是一种非金属单质，根据氧气等非金属单质的化学性质，便可初步预测氯气能与哪些类别的物质反应。在以后的学习中，你将掌握根据物质所含元素的化合价来预测该物质化学性质的方法。图 1-2-7 氯气及其溶解性实验变第 2 节 研究物质性质的方法和程序等15【实验 1】取一块绿豆粒大小的金属钠，用滤纸吸干其表面的煤油，切去表层，放在石棉网上，用酒精灯微热。待金属钠熔成球状时，将盛有氯气的集气瓶迅速倒扣在钠球的上方，观察现象。【实验 2】用坩埚钳夹住一束铁丝，灼烧后立刻放入充满氯气的集气瓶中，观察发生的现象。然后把少量的水注入集气瓶中，用玻璃片盖住瓶口，振荡，观察溶液的颜色。【实验 3】用坩埚钳夹住一束铜丝，灼烧后立刻放入充满氯气的集气瓶中，观察发生的现象。然后把少量的水注入集气瓶中，用玻璃片盖住瓶口，振荡，观察溶液的颜色。【实验4】在空气中点燃氢气（点燃前要“验纯”），然后把导管伸入盛有氯气的集气瓶中，观察氢气在氯气中燃烧的现象。实验内容及实验记录实验内容实验现象实验结论氯气与金属钠的反应氯气与铁丝的反应氯气与铜丝的反应氯气与氢气的反应实验验证安全提示氯气有毒，有关氯气性质的实验要在通风条件下（如在通风橱里）进行。图 1-2-9 铁丝在 氯气中燃烧 图 1-2-11 氢气在 氯气中燃烧 图 1-2-8 金属钠在 氯气中燃烧 图 1-2-10 铜丝在 氯气中燃烧氯气在常温、常压下是一种黄绿色气体；有强烈的刺激性气味，吸入少量时会使鼻腔和喉头黏膜受到刺激并引起胸痛和咳嗽，吸入较多时会使人窒息死亡；密度比空气大；易Chemistry 第 1 章 认识化学科学 16发现新问题，进一步研究提出问题在研究氯气的溶解性时，将氯水密闭放置一段时间后会发现氯水的颜色变浅。这说明氯气具有什么性质呢？预测与依据预测依据实验方案设计实验目的实验操作实验用品氯气，紫色石蕊溶液，AgNO3溶液；红纸条，试管，胶头滴管，砂纸，烧杯，广口瓶，橡胶塞，导管。如图 1-2-12 所示，将干燥的氯气依次通过内有干燥红纸条的广口瓶 A 和内有湿润红纸条的广口瓶 B，通过红纸条是否褪色可以推断氯气能否与水发生反应。在此基础上，可以通过检验氯水中是否有除氯气和水以外的物质存在来进一步确定氯气是否与水发生了反应。图 1-2-12 验证氯气能否与水发生 反应的实验干燥的红纸条湿润的红纸条（褪色）ABCl2液化，经压缩可液化成黄绿色液氯；可溶于水，常温下 1 体积水可溶解约 2 体积氯气。与氧气类似，氯气是一种非常活泼的非金属单质，容易与钠、铁、铜等金属单质以及氢气等非金属单质发生反应。2Na+Cl2 =2NaCl 2Fe+3Cl2=2FeCl3Cu+Cl2=CuCl2H2+Cl2=2HCl点燃点燃点燃点燃变第 2 节 研究物质性质的方法和程序等17实验方案实施实验内容实验现象实验结论思考1.氯气能与水发生反应吗？你是如何确定的？2.如果氯气能与水发生反应，生成物是什么？氯气不仅能溶于水，还能与水发生如下化学反应：身 边 的 化 学含氯化合物的漂白作用与消毒作用某些含氯化合物如次氯酸、次氯酸盐、二氧化氯等，具有漂白作用和消毒作用。次氯酸是一种不稳定的酸，见光易分解，通常以次氯酸盐作为漂白剂和消毒剂的主要成分。次氯酸盐与空气中的二氧化碳和水蒸气反应可生成次氯酸，从而发挥漂白作用和消毒作用。84 消毒液是一种常用的含氯消毒剂，其主要成分为次氯酸钠。漂白粉（主要成分为次氯酸钙和氯化钙，有效成分为次氯酸钙）是一种常用的漂白剂，它是利用氯气与石灰乳反应制成的。2Cl2+2Ca(OH)2 =CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O二氧化氯（ClO2）的漂白能力和消毒能力比氯气强，使用起来比较安全，现正在越来越多地取代以次氯酸盐为有效成分的漂白剂和消毒剂。含氯漂白剂和消毒剂通常应避光并置于阴凉处密封保存。图 1-2-13 84 消毒液及其 漂白作用84 消毒液被 84 消毒液漂白的部分次氯酸Cl2+H2O=HCl+HClO次氯酸钠Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O次氯酸（HClO，hypochlorous acid）能使有色物质褪色，并能杀灭细菌，因此次氯酸具有漂白作用和消毒作用。氯气不仅能与水发生反应，还能与碱发生反应生成盐酸盐、次氯酸盐和水。例如，将氯气通入 NaOH 溶液中可以得到氯化钠、次氯酸钠（NaClO）和水。Chemistry 第 1 章 认识化学科学 18概括整合请根据研究物质性质的基本方法和基本程序总结金属钠与氯气的性质，示例如下：金属钠在空气中放置，失去金属光泽；在空气中加热，剧烈燃烧，产生黄色火焰金属钠放入水中，钠块浮在水面上，熔成光亮的小球四处游动，并发出嘶嘶的响声作为金属单质，金属钠可以与氧气等非金属单质以及酸溶液、盐溶液等发生反应预测物质的性质可以运用分类的方法，根据物质所属的类别或利用有关反应规律预测物质的性质实验和观察发现特殊现象，提出新问题进一步研究解释和结论运用比较的方法，归纳总结一类物质的共性和差异对实验现象进行分析、综合、推理，得出结论观察物质的外部特征氯气金属钠银白色 固态 质软黄绿色 气态 有刺激性气味金属钠氯气与常见的铁、铜等金属相比，钠是一种非常活泼的金属单质，更易与氧气等非金属单质发生反应，且能与水发生剧烈反应与氧气类似，氯气也是一种非常活泼的非金属单质，易与金属单质、非金属单质等发生反应；另外，氯气还能与水、碱溶液发生反应验证预测作出新的预测氯水能使有色物质褪色作为非金属单质，氯气可以与钠、铁、铜等金属单质以及氢气等非金属单质发生反应变第 2 节 研究物质性质的方法和程序等19学习理解1.根据你对金属钠性质的了解，完成下列各题。（1）下列关于金属钠的叙述中，正确的是（）。A.金属钠是银白色金属，硬度很大B.在空气中加热时，金属钠剧烈燃烧，产生黄色火焰，生成过氧化钠C.金属钠在空气中燃烧，生成氧化钠 D.金属钠的熔点很高（2）金属钠通常保存在煤油中，原因是 。2.氯气是一种重要的化工原料，可用于制备盐酸、漂白剂和杀菌消毒剂等。请结合氯气的性质完成下列各题。（1）下列有关氯气的叙述中，不正确的是（）。A.氯气是一种黄绿色、有刺激性气味的气体 B.氯气、液氯和氯水是同一种物质C.氯气能溶于水 D.氯气是一种有毒气体（2）将氯气通入 NaOH 溶液中可以制得具有杀菌消毒作用的 84 消毒液，该反应的化学方程式为 。3.本节学习了研究物质性质的基本方法和基本程序。某学习小组的同学在研究金属钠的性质时发现，金属钠暴露在空气中生成白色的氧化钠、在空气中受热生成淡黄色的过氧化钠。你认为该小组同学在研究金属钠的性质时运用了什么方法，请说明理由。应用实践4.金属钠和氯气的用途都非常广泛。根据金属钠和氯气的性质完成下列各题。（1）将金属钠放入 CuSO4溶液中会产生蓝色沉淀，请解释这一现象：（2）用金属钠制取氧化钠通常利用以下反应：2NaNO3 10Na=6Na2O N2。试说明不用金属钠与氧气的反应而采用此反应制取氧化钠的理由：练习与活动Chemistry 第 1 章 认识化学科学 20（3）将氯气通入紫色石蕊溶液中，可以观察到的现象是 。请解释其中的原因：。（4）氯气可以用来制取多种含氯化合物以及用于自来水的消毒等。但是氯气有毒，会造成空气污染。请根据氯气的性质提出一种能有效消除氯气污染的方法：_5.某同学用如图所示的实验装置研究气体 X 的性质。气体 X 的主要成分是氯气，其中还含有水蒸气。请完成下列各题。（1）该实验的主要目的是 。（2）与实验目的直接相关的实验现象是 。（3）图中所示的实验设计还存在不足。请根据相关物质的性质，在图中的 D 处画图补充有关实验装置和所用试剂。第 5 题图气体 X浓硫酸（用于吸收水蒸气）ABCD干燥的有色布条湿润的有色布条21通常，人们用质量、体积等物理量分别来计量物质的多少和大小。然而，物质是由大量用肉眼无法分辨的分子、原子或离子等微观粒子构成的，因此一定质量或一定体积的物质究竟含有多少个微粒也是科学研究中常常要关注的问题。水是大家非常熟悉的物质，它是由水分子构成的。一滴水（约 0.05 mL）大约含有 17 万亿亿个水分子。如果一个个地去数一滴水含有的水分子，即使分秒不停，一个人一生也无法完成这项工作。那么，怎样才能既科学又方便地知道一定质量或体积的水含有多少个水分子呢？图 1-3-1 水与水的微观构成示意图联想质疑一、物质的量及其单位摩尔第 3 节 化学中常用的物理量 物质的量物质的量（amount of substance），像长度、质量、时间、电流等物理量一样，也是一种物理量，通过它可以把物质的质量、体积等宏观量与原子、分子或离子等微观粒子的数量联系起来。物质的量的单位是摩尔，简称摩，符号为 mol。“摩尔”起源于希腊文 mole，原意为“堆量”。国际计量大会规定，1 mol 包含 6.022 140 761023个基本单元（原子、分子或离子等微观粒子或它们的组合）。6.022 140 761023 mol-1这一常数被称为阿伏加德罗常数，其符号为 NA。实验表明，阿伏加德罗常数个12C 原子的质量约为 0.012 kg。通常，阿伏加德罗常数可以近似表示为 6.021023 mol-1，那么：Chemistry 第 1 章 认识化学科学 22n=NNA1 mol 12C 含有 6.021023个12C；1 mol H2O 含有 6.021023个 H2O；1 mol NO-3含有 6.021023个 NO-3。物质的量（n）、阿伏加德罗常数（NA）与微粒数（N）之间存在以下关系：根据上式可以进行物质的量和微粒数之间的换算。例如，3.