高教版(2021)化学通用类第一节 常见非金属单质及其化合物教学演示ppt课件
展开主题四 常见无机物及其应用 4.1.1 常见非金属单质
1.通过辨识氯、硫、氮元素原子的核外电子排布,从微观角度出发预测非金属单质及其化合物的化学性质;通过判断物质类别,从宏观角度出发,构建研究物质性质的一般思路,发展宏观辨识与微观探析等化学学科核心素养。2.通过观察实验现象,认识非金属单质及其化合物的主要性质,并藉此设计合理的实验方案,完成Cl-、SO42-和NH4+的检验,总结鉴别反应的特点,发展现象观察与规律认知、实验探究与创新意识等化学学科核心素养。3.通过实践活动,了解酸雨形成的原因,讨论酸雨的危害及防治措施,认识氯、硫、氮等非金属单质及其化合物在生产、生活中的应用和对生态环境的影响,发展变化观念与平衡思想、科学态度与社会责任等化学学科核心素养。
1929 年,享有“味精大王”美誉的爱国实业家吴蕴初(1891—1953)“开中国电化工业之新纪元”,在上海独创了我国第一家氯碱厂——天原电化厂。今天,中国的氯碱工业早已插上腾飞的翅膀,成为国民经济的重要组成部分。氯碱工业为什么被称为中国现代化工之母呢?
一.氯碱工业的主要产品之一——氯
画出氯元素原子的原子结构示意图,从核外电子排布的角度,推测氯元素的基本性质和成键特点。
氯元素原子的最外层有7 个电子,在化学反应中容易得到1 个电子,呈现-1 价。因此,氯是一种活泼的非金属元素,在自然界中常以化合态形式存在,并且,其单质为共价单键结合的双原子分子(Cl2),具有较强的氧化性。
1774 年,瑞典化学家舍勒(1742—1786)在将软锰矿(主要成分是MnO2)与浓盐酸混合加热的过程中,发现了一种具有强烈刺激性气味的黄绿色气体——氯气。后来,英国化学家戴维(1778—1829)将组成这种气体单质的元素命名为“Chlrine”。
②有强烈刺激性气味、有毒
④易液化,常压下,冷却至–34.6 ℃,变为黄绿色油状液体, 工业上称为“液氯”
⑤能溶于水,常温下1体积水能溶解2体积氯气
实验室制备氯气时,必须在通风橱中进行,并注意尾气处理。
结合氯气的物理性质,思考以下问题:①如何正确嗅闻氯气?②如果不慎发生氯气泄露事故,现场应该如何自救?
①应采用左图所示的方法嗅闻氯气②应立即离开现场,向上风地区转移,并用湿毛巾护住口鼻。
实验探究1:氯气与金属的反应
观看金属钠、铁、铜在氯气中燃烧的视频,记录反应现象,写出对应的化学方程式。
钠、铁、铜均能在氯气中剧烈燃烧,分别产生大量白烟、棕黄色烟、棕褐色烟。
2Fe+3Cl2 2FeCl3
氯气的化学性质很活泼,能与所有的金属直接化合,且一般把变价金属(如Fe、Cu)氧化到最高价。
实验探究2:氯气与非金属的反应
在常温下,氯气与氢气化合缓慢。如果点燃或用强光直接照射氯气和氢气的混合气体,就会剧烈反应而发生爆炸,生成氯化氢气体。纯净的氢气可在氯气中安静燃烧,火焰呈苍白色。
思考:为什么H2在Cl2中能安静燃烧,而两者的混合物光照时会爆炸?
氯气能溶于水,常温下,1 体积的水能够溶解大约2.5 体积的氯气。氯气的水溶液称为“氯水”,新制的氯水呈黄绿色,但放置一段时间后颜色会变浅。分析讨论:氯气在溶于水的同时是否还发生了化学反应?氯水的成分是怎样的?
实验探究3:氯气与水的反应
氯气溶于水得到的氯水呈黄绿色,有氯气的气味。
Cl2+H2O HCl+HClO
操作2:在两个干燥的集气瓶中分别放入一小片干燥的红色纸条a和湿润的红色纸条b,通入氯气,观察纸条颜色的变化。
氯气溶于水并与水反应生成次氯酸(HClO),HClO具有强氧化性和漂白性,能杀死水里的细菌,也能使有机物褪色。
操作3:分别用干燥、洁净的玻璃棒蘸取少量新制氯水和稀盐酸,滴在pH 试纸上,观察并比较对应的pH 以及试纸颜色有无变化。
氯水中存在次氯酸(HClO)和 HCl,因而既显酸性又有漂白性。
操作4:在一洁净的试管中加入2 mL 新制氯水,再向试管中加入几滴10% AgNO3 溶液和几滴稀硝酸,观察现象,写出对应的离子方程式。
加入AgNO3 溶液时有白色沉淀生成,该沉淀不溶于稀硝酸。这是氯水中含有的HCl与AgNO3溶液间的反应。
操作5:将两瓶新制氯水分别置于阳光下和冷暗处,相同时间后观察并比较溶液颜色的变化。
置于阳光下的氯水颜色明显变浅,思考:若放置太久,氯水的成分会发生怎样的变化?
HClO 不稳定,容易分解放出氧气,在光照下其分解速率加快。因此,氯水最好现用现配,并贮存于棕色瓶中、置于冷暗处。
新制氯水与久置氯水的比较
实验探究4:氯气与碱的反应
将氯气通入氢氧化钠溶液中——可制取漂白液制取反应的化学方程式:__________________________________________。离子方程式:________________________________。漂白液的有效成分是_________。
用向上排空气法收集氯气
多余的氯气用氢氧化钠溶液吸收
小明在淸洗抽水马桶时,为强化清洗效果,便将洁厕灵和84消毒液同时倒入抽水马桶,结果两种液体迅速反应,并产生黄绿色、令人窒息的刺激性气体。阅读洁厕灵安全使用说明后发现:“请勿与漂白剂或其他化学产品一起使用,以免产生有害气体”,方知两者不能混用。请你利用所学知识解释“84消毒液”不能和洁厕灵混用的原因。
“84消毒液”主要成分是次氯酸钠(NaClO),是强酸弱碱盐,在水中可以水解生成次氯酸(HClO)。次氯酸具有强氧化性,所以可以漂白、消毒。洁厕灵的主要成分是盐酸(HCl),两者相遇后会发生化学反应:2HCl+NaClO === NaCl+Cl2↑+H2O
鉴于传统的利用Cl2 和漂粉精等产生的HClO 来进行饮用水消毒的方法存在能产生致癌物质等隐患,人们一直在积极研发更加科学、有效、健康的新型自来水消毒制剂。目前备受推崇的是被世界卫生组织(WHO)列为A1 级高效安全灭菌消毒剂的二氧化氯(ClO2)。这种同样为黄绿色气体的新型自来水消毒剂,具有在水中的杀菌、消毒能力强,持效长, 受水体自身的pH 变化影响小的特点。我国自2000 年起逐步用二氧化氯取代氯气对饮用水进行消毒。
二.黑火药的组成成分——硫
画出硫元素原子的原子结构示意图,根据硫元素原子得失电子的情况,推测其基本性质及成键特点。解释单质硫为什么会以S2、S4 、S6 、S8等形式存在?
硫原子有多种共用电子的方式,能形成多种共价键,S2、S4、S6、S8互为“同素异形体”。
在自然界中,硫元素常以游离态存在于火山口或地壳岩层内,或以硫化物和硫酸盐等形式存在于煤、石油和矿泉水中。
颜 色:状 态:硬 度:溶解性:凝 华:
不溶于水,微溶于酒精,易溶于二硫化碳
硫蒸气急剧冷却,会直接凝聚成粉末形成硫华
即学即用:如何清洗沾有硫磺的试管呢 ?
结合硫元素的原子结构示意图以及其在元素周期表中的位置,预测硫单质的化学性质。
硫的最高正化合价 +6;最低负化合价 -2
单质S既具有氧化性,也具有还原性
硫蒸气能和氢气直接化合成硫化氢。
硫在空气或纯氧中燃烧时,生成二氧化硫,火焰为蓝色
(剧烈反应并发生爆炸)
硫的氧化性不如氯,因此,S与变价金属(如Fe)作用时不能将金属氧化至高价态,硫的化学性质比较活泼,能和除金、铂以外的各种金属直接化合,生成金属硫合物并放出热量
硫元素的化合价与氧化性、还原性之间的关系
新能源汽车的核心动力一直是制约其发展的短板。高比能新型锂硫电池的研发是突破发展瓶颈的一个方向。这种电池摒弃了三元锂电池正极材料所使用的镍盐、钴盐和锰盐,单纯的以硫为电池正极,金属锂作为电池负极。具有高比容量、高比能量密度、自然资源丰富、低成本、环境友好、较宽的温度使用范围、过充保护等诸多优势。尤其是将石墨烯气凝胶应用于其中后使得性能进一步优化。锂硫电池的研发在全球科研界和产业界备受关注,我国于2011 年开始锂硫电池的研发,目前正处于积极的推进阶段。
三.空气中含量最多的元素——氮
画出氮元素原子的原子结构示意图,根据氮元素的得失电子情况,写出氮气的电子式,推测其基本性质,并从化学键的角度解释为何氮气分子在通常情况下非常稳定。
色 态:气 味:密 度:溶解性:
比空气稍轻,在100kPa、–195.8 ℃时变为无色液体, –209.86 ℃时变成雪状固体
通常状况下,1体积水大约只溶解0.02体积的氮气
思考:能用排空气法收集氮气吗?
氮气约占空气体积的78%(体积分数),是空气中含量最多的元素。结合你对空气的认识,想一想氮气的物理性质是怎样的?
医学上,常用液氮作冷冻剂
在高温或一定条件下氮气的反应能力增强,能与氢气、氧气、金属等发生化学反应
工业上,氮气是合成氨、制硝酸的重要原料
氮分子中的两个氮原子以共价叁键相结合,使得氮分子在通常状况下很稳定,既不可燃、不助燃,也很难参加化学反应。由于氮的化学惰性,常用作保护气体。例如,用氮气填充粮仓,可使粮食不霉烂、不发芽。
俗语说“雷雨发庄稼”。小组合作,分析这句话所涉及的化学知识。并以此为导引讨论“氮固定”的方法,学习科学家卢嘉锡先生的事迹。
在雷雨天,闪电使大气中产生NO并进一步氧化,再转化为硝酸或硝酸盐等。据估算,每年因雷雨而渗入大地的氮肥约有4亿吨。
1.下列有关硫的叙述中,错误的是A.黑火药的成分中含硫B.硫磺软膏可医治某些皮肤病C.单质硫易溶于二硫化碳D.单质硫只有氧化性【答案】D
2.液氮能长时间保存活体组织和生物样品,主要利用氮气的性质是A.密度小B.沸点低C.难溶于水D.无色无味【答案】B
3.下列关于氯气的说法中,不正确的是A.氯气是黄绿色气体,易液化B.氯气有毒,吸入过多会使人中毒死亡C.相同状况下氯气的密度比空气的密度大D.氯气易溶于水,并能与水反应,氯水无色【答案】D
4.下列关于新制氯水的叙述,正确的是A.新制氯水显酸性,使蓝色石蕊试纸最终变红色B.新制氯水呈浅黄绿色,是因为含有未参加反应的Cl2分子C.光照新制氯水有气泡逸出,该气体是Cl2D.新制氯水放置数天后,漂白能力将变强【答案】B
5.下列说法不正确的是A.硫在元素周期表第ⅥA族,非金属性比氧弱B.化石燃料直接燃烧会产生对大气有严重污染的SO2气体C.硫在空气中燃烧的产物是SO2,在氧气中燃烧的产物是SO3D.硫通常情况下为固态,不溶于水【答案】C
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