1. 實(shí)驗法。這是最普遍的方法。根據基本原理及你的總體設計路線(xiàn),通過(guò)N多具體實(shí)驗驗證,得到測試數據,然后分析,歸納,總結……
2. 理論計算法。利用現代電腦技術(shù),再根據理論模型及其相關(guān)假設,編程、計算、預測,最好再配合實(shí)驗數據驗證、分析、總結。
3. 歸納法。從已有的N多實(shí)驗數據、已驗證數據等,歸納總結別人還沒(méi)有注意或發(fā)現的特殊規律。不過(guò),這在現代,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)驗法。根據生產(chǎn)、生活實(shí)踐中的經(jīng)驗積累,總結一些特別的、專(zhuān)門(mén)的技術(shù),常可以得到專(zhuān)利,也很能取得經(jīng)濟效益。但要足具慧眼。
第一節 化學(xué)實(shí)驗基本方法(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(zhù)廣泛應用的分離和提純技術(shù),海水淡化問(wèn)題是目前解決全球淡水日益緊缺問(wèn)題的重要途徑,這為選修《化學(xué)與技術(shù)》奠定了一定的知識基礎。
萃取對于學(xué)生來(lái)說(shuō)是全新的分離和提純技術(shù),它是對溶解性規律的一個(gè)應用,其原理也在今后鹵族元素和有機物的學(xué)習中多次體現,在生活中也有多方面的應用。 本節課教學(xué)內容主要包括兩個(gè)方面:(一)、復習蒸餾的原理,掌握實(shí)驗室規范的蒸餾裝置。
這部分內容只作復習和簡(jiǎn)單的擴充;(二)、介紹萃取的原理和裝置,特別是實(shí)驗操作中的細節。這部分知識為新知識,應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)驗操作,學(xué)生對于相關(guān)內容及部分儀器還比較陌生,本節課的主要目的就是讓學(xué)生了解蒸餾和萃取的操作及過(guò)程,學(xué)習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: 1.知識與技能 (1)體驗科學(xué)探究的過(guò)程,學(xué)習運用以實(shí)驗為基礎的實(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,能根據常見(jiàn)物質(zhì)的性質(zhì)設計分離和提純物質(zhì)的方案,并初步掌握其操作技能。 2.過(guò)程和方法 通過(guò)實(shí)際操作,來(lái)學(xué)會(huì )對混合物分離和提純的操作。
3.情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān) (1)樹(shù)立綠色化學(xué)思想,形成環(huán)境保護的意識。 (2)能發(fā)現學(xué)習和生產(chǎn)、生活中有意義的化學(xué)問(wèn)題,并進(jìn)行實(shí)驗探究。
三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn): 重點(diǎn):蒸餾和萃取的掌握和應用 難點(diǎn):蒸餾和萃取的掌握和應用 四、學(xué)情分析: (1)在初中階段學(xué)生已經(jīng)學(xué)習了簡(jiǎn)易的蒸餾操作方法,本節課將在此基礎上對規范裝置和實(shí)驗原理做深入的探討,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(jiǎn)易裝置。
蒸餾則是在初中簡(jiǎn)易操作的基礎上引入使用冷凝管這一較正規的操作。 (2)萃取的引入采用學(xué)生回家做西紅柿湯并進(jìn)行觀(guān)察積極調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的主觀(guān)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,這對萃取原理的講解打下了一定的基礎。 五、教學(xué)方法:實(shí)際操作、歸納、總結等方法 六、課前準備: 1.學(xué)生的學(xué)習準備:預習課本上相關(guān)的實(shí)驗,初步把握實(shí)驗的原理和方法步驟;完成課前預習學(xué)案。
2.教師的教學(xué)準備:多媒體課件制作、實(shí)物投影儀,課前預習學(xué)案,課內探究學(xué)案。 3.教具準備: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(含鐵圈)(15)、CCl4、碘水。
等。 七、課時(shí)安排:1課時(shí) 八、教學(xué)過(guò)程 (一)檢查預習,了解學(xué)生對已有知識的掌握程度及存在的困惑。
[復習提問(wèn)]過(guò)濾、蒸發(fā)操作及SO42-檢驗方法。 [設問(wèn)] 過(guò)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(guò)濾、蒸發(fā)操作適用于固體混合物分離。
(二)情景導入,展示目標 [引言]上節課我們學(xué)習了粗鹽的提純,通過(guò)除雜質(zhì)過(guò)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)榈撛趺醋瞿兀? 比如說(shuō)在海邊,漁民們是怎么解決生活用水的問(wèn)題;前段時(shí)間,中央電視臺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(cháng)期在海上漂泊的吃水問(wèn)題嗎? [展示]海水變淡水 [引]做湯的時(shí)候,觀(guān)察過(guò)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?為什么水蒸汽會(huì )凝結成水珠? [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(guò)程,我們在化學(xué)中應怎么稱(chēng)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(guò)]混合物的分離和提純除了過(guò)濾、蒸發(fā)外,還有其他很多方法,這節課,我們來(lái)學(xué)習另外兩種新方法:蒸餾和萃取 (三)合作探究,精講點(diǎn)撥 [板書(shū)](二) 蒸餾和萃取(distillation and extraction) [過(guò)]首先,讓我們利用實(shí)驗室通過(guò)蒸餾的方法除去自來(lái)水中的雜質(zhì)制取蒸餾水的實(shí)驗來(lái)學(xué)習蒸餾的過(guò)程 [板書(shū)]1、蒸餾 [引入]我們引用的自來(lái)水是純凈的水嗎?不是。
因為自來(lái)水廠(chǎng)使用了消毒劑氯對水進(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是否含有氯離子。 [實(shí)驗演示]自來(lái)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(lái)水中含有氯離子。
那么,我們應該用什么方法除去自來(lái)水中的氯離子呢?能否向上一堂課中使用化學(xué)方法,加入試劑反應除去? (不能。加入試劑后會(huì )引入新的雜質(zhì),達不到我們實(shí)驗目的。
要想得到純凈水。可以使用加熱將水變?yōu)樗羝缓笤倮淠秊榧儍舻囊簯B(tài)蒸餾水。)
[小結]實(shí)驗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)的有機組分) (2)儀器:鐵架臺、酒精燈、石棉網(wǎng)、蒸餾燒瓶、冷凝管、溫度計、膠塞、牛角管(尾接管)、錐形瓶、膠管 [實(shí)驗演示]實(shí)驗室制取蒸餾水 [投]。
有機化學(xué)研究手段的發(fā)展經(jīng)歷了從手工操作到自動(dòng)化、計算機化,從常量到超微量的過(guò)程。
20世紀40年代前,用傳統的蒸餾、結晶、升華等方法來(lái)純化產(chǎn)品,用化學(xué)降解和衍生物制備的方法測定結構。后來(lái),各種色譜法、電泳技術(shù)的應用,特別是高壓液相色譜的應用改變了分離技術(shù)的面貌。
各種光譜、能譜技術(shù)的使用,使有機化學(xué)家能夠研究分子內部的運動(dòng),使結構測定手段發(fā)生了革命性的變化。 電子計算機的引入,使有機化合物的分離、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動(dòng)力學(xué)、反應機理的研究提供了新的手段。這些儀器和x射線(xiàn)結構分析、電子衍射光譜分析,已能測定微克級樣品的化學(xué)結構。
用電子計算機設計合成路線(xiàn)的研究也已取得某些進(jìn)展。 未來(lái)有機化學(xué)的發(fā)展首先是研究能源和資源的開(kāi)發(fā)利用問(wèn)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(yáng)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(yáng)能。
對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)和有機化學(xué)的共同課題。有機化學(xué)可以用光化學(xué)反應生成高能有機化合物,加以貯存;必要時(shí)則利用其逆反應,釋放出能量。
另一個(gè)開(kāi)發(fā)資源的目標是在有機金屬化合物的作用下固定二氧化碳,以產(chǎn)生無(wú)窮盡的有。機化合物。
這幾方面的研究均已取得一些初步結果。 其次是研究和開(kāi)發(fā)新型有機催化劑,使它們能夠模擬酶的高速高效和溫和的反應方式。
這方面的研究已經(jīng)開(kāi)始,今后會(huì )有更大的發(fā)展。 20世紀60年代末,開(kāi)始了有機合成的計算機輔助設計研究。
今后有機合成路線(xiàn)的設計、有機化合物結構的測定等必將更趨系統化、邏輯化。
1. 實(shí)驗法。
這是最普遍的方法。根據基本原理及你的總體設計路線(xiàn),通過(guò)N多具體實(shí)驗驗證,得到測試數據,然后分析,歸納,總結……2. 理論計算法。
利用現代電腦技術(shù),再根據理論模型及其相關(guān)假設,編程、計算、預測,最好再配合實(shí)驗數據驗證、分析、總結。3. 歸納法。
從已有的N多實(shí)驗數據、已驗證數據等,歸納總結別人還沒(méi)有注意或發(fā)現的特殊規律。不過(guò),這在現代,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)驗法。
根據生產(chǎn)、生活實(shí)踐中的經(jīng)驗積累,總結一些特別的、專(zhuān)門(mén)的技術(shù),常可以得到專(zhuān)利,也很能取得經(jīng)濟效益。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,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錯誤;
B.單質(zhì)由同種元素組成,化合物由不同元素組成,依據組成元素的種類(lèi),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是與酸反應生成鹽和水的氧化物為堿性氧化物,與堿反應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錯誤;
D.根據分散質(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(lèi),故D錯誤;
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)行結構分析,構象測定,同位素測定,各種活潑中間體如自由基、離子基、卡賓、氮賓、卡拜等的直接測定,以及對短壽命亞穩態(tài)分子的檢測等。 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(wú)機合成方面,首先合成的是氨。
氨的合成不僅開(kāi)創(chuàng )了無(wú)機合成工業(yè),而且帶動(dòng)了催化化學(xué),發(fā)展了化學(xué)熱力學(xué)和反應動(dòng)力學(xué)。后來(lái)相繼合成的有紅寶石、人造水晶、硼氫化合物、金剛石、半導體、超導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,需要對零族元素的化學(xué)性質(zhì)重新加以研究。
無(wú)機化學(xué)在與有機化學(xué)、生物化學(xué)、物理化學(xué)等學(xué)科相互滲透中產(chǎn)生了有機金屬化學(xué)、生物無(wú)機化學(xué)、無(wú)機固體化學(xué)等新興學(xué)科。 。
一、科學(xué)實(shí)驗法
科學(xué)實(shí)驗、生產(chǎn)實(shí)踐和社會(huì )實(shí)踐并稱(chēng)為人類(lèi)的三大實(shí)踐活動(dòng)。實(shí)踐不僅是理論的源泉,而且也是檢驗理論正確與否的惟一標準,科學(xué)實(shí)驗就是自然科學(xué)理論的源泉和檢驗標準。特別是現代自然科學(xué)研究中,任何新的發(fā)現、新的發(fā)明、新的理論的提出都必須以能夠重現的實(shí)驗結果為依據,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,他也必須對他所關(guān)注的實(shí)驗結果,甚至實(shí)驗過(guò)程有相當深入的了解才行。因此,可以說(shuō),科學(xué)實(shí)驗是自然科學(xué)發(fā)展中極為重要的活動(dòng)和研究方法。
(一)科學(xué)實(shí)驗的種類(lèi)
科學(xué)實(shí)驗有兩種含義:一是指探索性實(shí)驗,即探索自然規律與創(chuàng )造發(fā)明或發(fā)現新東西的實(shí)驗,這類(lèi)實(shí)驗往往是前人或他人從未做過(guò)或還未完成的研究工作所進(jìn)行的實(shí)驗;二是指人們?yōu)榱藢W(xué)習、掌握或教授他人已有科學(xué)技術(shù)知識所進(jìn)行的實(shí)驗,如學(xué)校中安排的實(shí)驗課中的實(shí)驗等。實(shí)際上兩類(lèi)實(shí)驗是沒(méi)有嚴格界限的,因為有時(shí)重復他人的實(shí)驗,也可能會(huì )發(fā)現新問(wèn)題,從而通過(guò)解決新問(wèn)題而實(shí)現科技創(chuàng )新。但是探索性實(shí)驗的創(chuàng )新目的明確,因此科技創(chuàng )新主要由這類(lèi)實(shí)驗獲得。
從另一個(gè)角度,又可把科學(xué)實(shí)驗分為以下類(lèi)型。
定性實(shí)驗:判定研究對象是否具有某種成分、性質(zhì)或性能;結構是否存在;它的功效、技術(shù)經(jīng)濟水平是否達到一定等級的實(shí)驗。一般說(shuō)來(lái),定性實(shí)驗要判定的是“有”或“沒(méi)有”、“是”或“不是”的,從實(shí)驗中給出研究對象的一般性質(zhì)及其他事物之間的聯(lián)系等初步知識。定性實(shí)驗多用于某項探索性實(shí)驗的初期階段,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)驗的基礎和前奏。
定量實(shí)驗:研究事物的數量關(guān)系的實(shí)驗。這種實(shí)驗側重于研究事物的數值,并求出某些因素之間的數量關(guān)系,甚至要給出相應的計算公式。這種實(shí)驗主要是采用物理測量方法進(jìn)行的,因此可以說(shuō),測量是定量實(shí)驗的重要環(huán)節。定量實(shí)驗一般為定性實(shí)驗的后續,是為了對事物性質(zhì)進(jìn)行深入研究所應該采取的手段。事物的變化總是遵循由量變到質(zhì)變,定量實(shí)驗也往往用于尋找由量變到質(zhì)變關(guān)節點(diǎn),即尋找度的問(wèn)題。
驗證性實(shí)驗:為掌握或檢驗前人或他人的已有成果而重復相應的實(shí)驗或驗證某種理論假說(shuō)所進(jìn)行的實(shí)驗。這種實(shí)驗也是把研究的具體問(wèn)題向更深層次或更廣泛的方面發(fā)展的重要探索環(huán)節。
結構及成分分析實(shí)驗:它是測定物質(zhì)的化學(xué)組分或化合物的原子或原子團的空間結構的一種實(shí)驗。實(shí)際上成分分析實(shí)驗在醫學(xué)上也經(jīng)常采用,如血、尿、大便的常規化驗分析和特種化驗分析等。而結構分析則常用于有機物的同分異構現象的分析。
對照比較實(shí)驗:指把所要研究的對象分成兩個(gè)或兩個(gè)以上的相似組群。其中一個(gè)組群是已經(jīng)確定其結果的事物,作為對照比較的標準,稱(chēng)為“對照組”,讓其自然發(fā)展。另一組群是未知其奧秘的事物,作為實(shí)驗研究對象,稱(chēng)為實(shí)驗組,通過(guò)一定的實(shí)驗步驟,判定研究對象是否具有某種性質(zhì)。這類(lèi)實(shí)驗在生物學(xué)和醫學(xué)研究中是經(jīng)常采用的,如實(shí)驗某種新的醫療方案或藥物及營(yíng)養晶的作用等。
相對比較實(shí)驗:為了尋求兩種或兩種以上研究對象之間的異同、特性等而設計的實(shí)驗。即把兩種或兩種以上的實(shí)驗單元同時(shí)進(jìn)行,并作相對比較。
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