高中化学必修1非金属及其化合物（1.1）教学设计

高中化学必修 1 非金属及其化合物（1.1）教学设计 授课人：董 xx ①掌握 C12 的化学性质和实验室制法。 教学目标： ②理解卤素(单质、化合物)的相似性和递变性。 ③了解卤族元素的物理性质和化学性质。 教学重点： 理解卤素(单质、化合物)的相似性和递变性 教学难点： 理解卤素(单质、化合物)的相似性和递变性 教学方法： 分析比较法 教学过程： 第一课时 基础知识精析 一、卤素 1．氯气 (1)物理性质： 氯气是黄绿色，有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，能溶 于水。 (2)化学性质： 得 1e－H2，Fe，I－ 氯气分子为双原子分子。化学性质活泼，是一种活泼的非金属单质，在反 应中通常做氧化剂。 ①跟金属反应：在一定条件下，氯气能跟绝大多数金属反应生成盐。 2Na+C12＝2NaCl(白色的烟) Cu+C12=CuCl2 2Fe+3C12=2FeCl3(棕色烟) 2Fe＋3Cl22FeCl3 Cu＋Cl2CuCl2(棕黄色的烟) 。注：常温下干燥的氯气或液氯不能与铁发生反应．所以工业上常把干燥的 液氯储存在钢瓶中。 ②跟非金属反应： H2+C12=2HCl(苍白色火焰) 点燃：发出苍白色火焰，有白雾(工业制盐酸)；光照：会发生爆炸(故不能 用于工业制盐酸) 2P+3C12＝2PCl3(无色液体) 2P+5C12=2PCl5 (白色固体) 注：P 在 C12 中燃烧产生白色烟雾 ③跟水的反应： C12+H2O＝2HCl+HClO (HClO 不稳定，见光易分解) HClO 的性质：弱酸性、不稳定性、强氧化性。 新制氯水(黄色)成分：C12、H2O、HClO、H＋、C1－、C1O－、OH－（少量） 久置氯水(无色)成分：H2O、H＋、C1－、OH－（少量） 氯水保存：密封储存于棕色试剂瓶里。 例 1、(2011·山东威海)某学习小组设计以下四个实验探究氯水的成分，请根 据下表回答问题。 实验 序号 实验方法 实验现象 结论 ① 将氯水滴加到 AgNO3 溶液中 生成白色沉淀 ② 将氯水滴到含酚酞的 NaOH 溶液 中 ③ 淀粉KI 试纸变蓝 氯水中含有 Cl2 ④ 将足量氯水滴加到 Na2CO3 溶液中 氯水中含有 H ＋ (1)实验①得出的结论______________________________。 (2)指出实验②和实验④中的“实验现象”： ②________________ ④________________________。 (3)实验③中“实验方法”的具体操作过程是：________________________。(4)通过实验②的“实验现象”，同学们得出两个不同的结论。这两个结论可能 是：a.______________________ _，b．_______________________。 请设计简单的实验证明哪一个是正确的______________________________。 答案：(1)氯水中含有 Cl－。(2)溶液褪色　有气泡冒出。 (3)取一片淀粉KI 试纸，置于表面皿或玻璃片上，用洁净的玻璃棒蘸取氯水， 滴在试纸上。 (4)a.氯水中含有 HClO，其漂白作用使溶液褪色；b．氯水中含有 H＋，中和 OH－使溶液褪色。 向褪色后的溶液中滴加 NaOH 溶液至溶液显碱性，若溶液不再显红色，证 明红色消失是 HClO 的漂白作用引起的；若溶液重新显红色，证明是 H＋的中和 作用引起的。 例 2、某校化学实验兴趣小组为了探究在实验室制备 Cl2 的过程中有水蒸气 和 HCl 挥发出来，同时证明氯气的某些性质，甲同学设计了如下图所示的实验 装置(支撑用的铁架台省略)，按要求回答问题。 (1)下列方法中，可制得氯气的正确组合是________。 ①MnO2 和浓盐酸混合共热　②KMnO4 和浓盐酸混合 ③次氯酸钠和浓盐酸混合　④K2Cr2O7 和浓盐酸混合 ⑤KClO3 和浓盐酸混合 A．①②⑤　　B．②④⑤　　C．①②④　　D．全部可以 (2)若用含有 0.2 mol HCl 的浓盐酸与足量的 MnO2 反应制取 Cl2，制得的 Cl2 体积(标准状况下)总是小于 1.12 L 的原因是_______________________。 (3)①装置 B 的作用__________，现象是________________。 ②装置 D 和 E 出现的不同现象说明的问题是______________________。 ③装置 F 的作用是_____________________________________。 ④写出装置 G 中发生反应的离子方程式：_______________________。(4)乙同学认为甲同学的实验有缺陷，不能确保最终通入 AgNO3 溶液中的气 体只有一种。为了确保实验结论的可靠性，证明最终通入 AgNO3 溶液的气体只 有一种，乙同学提出在某两个装置之间再加一个装置。你认为装置应加在_____ 与______之间(填装置字母序号)，装置中应放__________试剂。 答案： (1)D (2)浓盐酸随着反应的进行浓度逐渐降低，最终变为稀盐酸，反 应不再产生氯气。 (3)①证明有水蒸气产生　白色固体变蓝色 ②氯气无漂白性，次氯酸有漂白性 ③吸收氯气 ④Ag＋＋Cl－===AgCl↓ (4)F　G　湿润的淀粉KI 试纸(或湿润的有色布条) ④与碱反应： C12＋2NaOH＝NaCI+NaClO+H2O（常用于除去多余的氯气） 2C12+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(C1O)2+2H2O 漂粉精：工业上用氯气和石灰乳制得漂粉精，漂粉精的有效成分是 Ca(ClO)2 ， 漂 粉 精 的 漂 白 原 理 是 ： Ca(ClO)2+2HCl( 稀 )=CaCl2+2HClO 或 Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3+2HClO. 由于上述反应生成 2HClO=2HCl+O2↑，故漂粉精露置在空气中，久置失效。 ⑤跟其它物质反应： C12+2FeCl2＝2FeCl3(除 FeCl3 中 FeCl2) Cl2＋2Fe2＋===2Fe3＋＋2Cl－ C12+H2O+Na2SO3=2HCl+Na2SO4 Cl2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HCl C12+2KI=2KC1+I2(氯气的检验) C12+2NaBr=2KC1+Br2 C12+H2S=2HC1+S C12+CH4→CH3Cl+HCl C12+CH2=CH2→CH2ClCH2Cl(加成) C12+ → -Cl+HCl (3)制法： ①工业制法：电解饱和食盐水：2NaCl+2H2O＝2NaOH+H2↑＋C12↑(氯碱工业) 电解熔融氯化钠：2NaCl=2Na+C12↑(可制得金属钠) ②实验室制法： I．反应原理： MnO2+4HC1(浓)=MnC12+C12↑+2H2O(注：稀盐酸不反应) 2KMnO4+16HC1(浓)=2KCl+MnC12+5C12↑+8H2O KClO3+6HC1(浓)=KC1+3C12↑+3H2O II．实验装置：固、液加热制气体 III．收集方法：向上排空气法或排饱和食盐水法 IV．净化和干燥:净化用饱和食盐水，干燥用浓硫酸 V．尾气处理：用碱性溶液 VI．检验方法：用湿润的碘化钾淀粉试纸、湿润的紫色石蕊试纸、品红试 液、浓氨水。 【实验探究】 1、(2011 济南一模)甲、乙是同主族非金属元素组成的单质，乙通常状况 下是深红棕色液体。X、Y、Z 是化合物。X 溶液呈浅绿色，Y、Z 的溶液都能使 KSCN 溶液变红。它们之间有如下图所示的转化关系。 (1)写出少量单质甲通入 X 溶液中发生的离子方程式： ________________。(2)欲在实验室中制取并收集纯净、干燥的气体甲，某同学设计了如下图所 示的装置。 ①装置 A 中发生反应的化学方程式为_______________________。 ②装置 B 的作用是_______________________________________。 ③装置 C 中的试剂为____________。 ④装置 D 中收集气体甲的方法是__________________。 答案：(1)Cl2＋2Fe2＋===2Fe3＋＋2Cl－ (2)①MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O ②吸收挥发出来的 HCl 气体(或除去 Cl2 中混有的 HCl 气体) ③浓 H2SO4 ④向上排空气法 (4)用途：消毒、制盐酸、农药等 题组一　氯气制备原理、装置的考查 1．(2011·上海春季，19)实验室制备氯气的装置如下图。图中涉及气体发生、 除杂、干燥、收集、尾气处理装置，其中错误的是 (　　) A．① B．② C．③ D．④答案　C 解析　装置③的导气管长短错误，应长进短出。 2．实验室用下列两种方法制氯气：①用含 HCl 146 g 的浓盐酸与足量的 MnO2 反应；②用 87 g MnO2 与足量浓盐酸反应。所得的氯气 (　　) A．①比②多 B．②比①多 C．一样多 D．无法比较 答案　B 解析　146 g HCl 的物质的量为 4 mol,87 g MnO2 的物质的量为 1 mol，由方 程式：MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O 知，1 mol MnO2 可以与 4 mol HCl 反 应，但是，应注意稀盐酸与 MnO2 不反应，也就是说 1 mol MnO2 与足量浓盐酸反 应生成的 Cl2 多。 题组二　氯气制备与性质实验的综合考查 3．如图所示，是一个制取氯气并以氯气为原料进行特定反应的装置，其中 各试剂瓶装的试剂为：B(氢硫酸)、C(溴化亚铁溶液)、D(KI淀粉溶液)、E(混有二 氧化硫的氯化钡溶液)、F(水)、H(紫色石蕊试液)。 (1)A 是氯气发生装置，其化学反应方程式是______________。 (2)Ⅰ中 b 瓶内加入的液体最好是________。 (3)用图示的Ⅱ或Ⅲ代替Ⅰ是否可行？________。简要说明理由_______。 (4)实验开始时，先点燃 A 处酒精灯，打开分液漏斗旋塞和Ⅰ处活塞，让氯 气充满整个装置，再点燃 G 处酒精灯，回答下列问题： ①怎样证明氯气已充满了整个装置？________________。 ②下列装置中的现象是 C_______；D_______；E________；F________。 (5)G 装置的硬质玻璃管内盛有炭粉，发生氧化还原反应，其产物为二氧化 碳和氯化氢，写出 G 中反应的化学方程式：_________________________。 装置 F 的作用是_______________。 (6)在 H 处，紫色石蕊试液的颜色由紫色变为红色，再变为无色，其原因是 _____________________。答案　(1)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋2H2O＋Cl2↑ (2)饱和食盐水 (3)Ⅱ可行，Ⅲ不行　Ⅱ与Ⅰ原理相同，而Ⅲ中因 c 瓶口密封，体积不能改 变，压强增大会有危险 (4)①观察，当整个装置内充满黄绿色气体时，说明氯气已充满整个装置；② 溶液由浅绿色变为棕红色溶液变蓝　生成白色沉淀　溶液变为浅黄绿色 (5)C＋2H2O＋2Cl2CO2＋4HCl 向 G 中提供反应所需的水蒸气 (6)生成的 HCl 使紫色石蕊试液变红色，剩余的氯气又与水作用生成次氯酸， 起漂白作用，使红色褪去 解析　(1)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O (2)b 瓶的作用是贮存多余的 Cl2，试剂最好为饱和食盐水。 (3)Ⅱ原理同Ⅰ，可代替Ⅰ；Ⅲ中 c 瓶口密封，不安全。 (4)①当黄绿色气体充满整个装置时，说明 Cl2 已充满。 ②Cl2 有强氧化性，可将 Fe2＋、Br－、I－、SO2 氧化为 Fe3＋、Br2、I2、SO，故 C 中溶液由浅绿色变为深红棕色；D 中溶液变蓝；E 中产生白色沉淀 BaSO4；F 中由于吸收了 Cl2 变为浅黄绿色。 (5)C＋2H2O＋2Cl2CO2＋4HCl，F 的作用是提供 G 中发生反应所需的水蒸气。 (6)生成的 HCl 使紫色石蕊试液变红色，剩余的 Cl2 与水反应生成 HClO 又起 漂白作用。 2．次氯酸和次氯酸盐的性质 (1)次氯酸(HClO) ①不稳定性：化学方程式为 2HClO2HCl＋O2↑。 ②弱酸性：比碳酸酸性弱，电离方程式为 HClO≒H＋＋ClO－。 ③强氧化性：具有漂白性。 (2)Ca(ClO)2 的主要化学性质 ①Ca(ClO)2 是漂白粉的有效成分，它的稳定性比 HClO 强。②水解显碱性，其水解离子方程式：ClO－＋H2O≒HClO＋OH－。 ③与酸反应生成 HClO，作为漂白或消毒剂的原理可用化学方程式表示为 Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===2HClO＋CaCO3↓。 3．氯化氢 （1）物理性质： 无色有刺性激味的气体，密度比空气大，极易溶与水，难溶与有机溶剂，可 以做喷泉实验。 【喷泉实验】 喷泉实验的原理是利用气体极易被一种液体吸收而形成压强差，容器(烧瓶) 内压强降低，外界大气压强把液体压入容器内，在尖嘴处形成“喷泉”，如 HCl、 HBr、HI、NH 3、NO2，等气体极易溶于水，可用水作吸收剂进行喷泉实验； CO2、H2S 等气体易被 NaOH 等强碱溶液吸收，故可用 NaOH 溶液作吸收剂进行 喷泉实验。改变实验装置或实验操作，形成一定的压强差也可形成“喷泉”。实验 中若装置漏气，或挤入的水太少，或导管太长，都可能无法形成喷泉。解此类问 题要求运用创造性思维。 （2）化学性质 ①HCl 气体的性质： HCl+NH3=NH4Cl (白烟) CH2=CH2+HCl→CH3-CH2Cl ②盐酸的性质： A．H+的性质：酸的通性 B．Cl-的性质： 2KMnO4+16HC1(浓)=2KCl+MnC12+5C12↑+8H2O Ag++Cl-=AgCl ③盐酸和氯化氢比较： 在化学方程式中两者均用 HCl 表示，但两者有一定的区别。表现在组成粒 子、酸性、导电性、是否纯净物几个方面。 （3）制法①工业制法：氯气在氢气燃烧 ②实验室制法： a．原理： NaCl+H2SO4(浓)=NaHSO4+HCl↑ 2NaCl+H2SO4(浓) Na2SO4+2HCl↑ b．装置：固体和液体混合加热制取气体的装置。 c．收集方法：向上排空气法或排其它不与其反应（溶解）的液体（苯、四 氯化碳） d．干燥剂：浓硫酸 e．尾气处理：用水吸收，但要防倒吸。 注意：可以用浓硫酸和浓盐酸混合制取氯化氢，但装置不同。 ※实验室制取气体方法及装置的选择依据 (1)选取试剂的主要依据是制取气体的性质。如氯气具有氧化性，常用氧化 其离子的方法来制取，因此要选用含有氯离子的物质(如盐酸)和具有氧化性的物 质(如 MnO2、KMn04 等)来制取。 (2)选取发生装置的依据是制取气体所用试剂的状态和反应条件(加热与否)。 以此分析可知，实验室制取氯化氢和氯气的发生装置相同。 (3)选用收集方法的主要依据是气体的密度和溶解性。因为氯气能溶于水， 密度比空气大，所以收集氯气时，不能用排水法，应该用向上排空气法收集。 题组一　氯气的氧化性 1．下列氯化物中，既能由金属和氯气直接反应得到，又能由金属和盐酸反 应制得的是(　　) A．FeCl2 B．AlCl3 C．FeCl3 D．CuCl2 答案　B解析:因为 Cl2 具有较强的氧化性，当 Cl2 与金属反应时，都可把金属氧化成 最高价态的金属氯化物，而盐酸中 H＋的氧化能力较弱，只能把 Fe 氧化成 Fe2＋， 而不能把 Cu 氧化。 2．把氯气通入下列各物质的溶液中，阴离子和阳离子都能被氧化的是 (　) A．NaOH B．Na2SO3 C．FeBr2 D．FeSO4 答案　C 解析　Cl2 具有较强的氧化性，而 Fe2＋、Br－、SO 都能被 Cl2 氧化。故 C 项 符合要求。 3．氯气是一种重要的工业原料。工业上利用反应 3Cl2＋2NH3===N2＋6HCl 检 查氯气管道是否漏气。下列说法错误的是 (　　) A．若管道漏气遇氨就会产生白烟 B．该反应利用了 Cl2 的强氧化性 C．该反应属于复分解反应 D．生成 1 mol N2 有 6 mol 电子转移 答案　C 解析　根据题给反应知，其产物氯化氢遇氨产生白色 NH4Cl 固体，产生白烟 现象，A 正确；从方程式看 Cl 元素化合价降低，氮元素化合价升高，所以 Cl2 为 氧化剂，B 正确；生成 1 mol N2 时，2 个 N 从－3 价升高到 0 价转移 6 mol 电子， 故 D 正确；根据复分解反应的定义，C 错。 题组二　氯水的成分及性质多重性的应用 4．氯水中存在多种分子和离子，它们在不同的反应中表现出不同的性质。 下列结论正确的是 (　　) A．加入有色布条，片刻后有色布条褪色，说明有 Cl2 存在 B．溶液呈浅黄绿色，且有刺激性气味，说明有 Cl2 存在 C．先加入盐酸酸化，再加入 AgNO3 溶液，生成白色沉淀，说明有 Cl－存在 D．加入 NaOH 溶液，氯水的浅黄绿色消失，说明有 HClO 存在 答案　B解析　A 项，氯水能使有色布条褪色是因为氯水中含有的 HClO 具有强氧 化性；C 项，由于加入盐酸酸化的过程中引入了 Cl－，所以根据生成白色沉淀 无法说明氯水中是否存在 Cl－；D 项，因 Cl2、HCl 和 HClO 均能与 NaOH 溶液 反应，所以加入 NaOH 溶液时氯水颜色消失不能说明其中有 HClO 存在。 5．氯气溶于水达到平衡后，若其他条件不变，只改变某一条件，下列叙述 正确的是(　　) A．再通入少量氯气，减小 B．通入少量 SO2，溶液漂白性增强 C．加入少量固体 NaOH，一定有 c(Na＋)＝c(Cl－)＋c(ClO－) D．加入少量水，水的电离平衡向正反应方向移动 答案　D 解析:Cl2 溶于水后，存在如下平衡 Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO，HClO≒H ＋＋ClO－，前者程度大，后者程度小，c(H＋)增大的多，c(ClO－)增大的少，增大， A 错；SO2＋Cl2＋2H2O===2HCl＋H2SO4，溶液漂白性减弱，B 错；加入少量 NaOH 固体后，当溶液 pH＝7 时选项中式子成立，故 C 错；D 中加入水后，溶液中 c(H ＋)减小，平衡向 c(H＋)增大的方向移动，因此水的电离平衡向正反应方向移动， D 对。 6．今有甲、乙、丙三瓶等体积的新制氯水，浓度均为 0.1 mol·L－1。如果在 甲瓶中加入少量的 NaHCO3 晶体(n mol)，在乙瓶中加入少量的 NaHSO 3 晶体 (n mol)，丙瓶不变。片刻后，甲、乙、丙三瓶溶液中 HClO 的物质的量浓度的大 小关系是(溶液体积变化忽略不计) (　　) A．甲＝乙>丙 B．甲>丙>乙 C．丙>甲＝乙 D．乙>丙>甲 答案　B 解析　氯水中存在下列平衡：Cl2＋H2OHCl＋HClO，加入 NaHCO3 后， 因为酸性：HCl>H2CO3>HClO，所以 NaHCO3 与 HCl 反应而不与 HClO 反应，平 衡向右移动，HClO 浓度增大；乙瓶中因 HClO 具有强氧化性，可将 NaHSO3 氧 化，从而使 HClO 浓度下降。题组三　有关氯水性质的实验探究 7．某学习小组设计以下四个实验探究氯水的成分，请根据下表回答问题。 实验序号 实验方法 实验现象 结论 ① 将氯水滴加到 AgNO3 溶液中 生成白色沉淀 ② 将 氯 水 滴 加 到 含 有 酚 酞 的 NaOH 溶液中 ③ 淀粉KI 试纸变蓝色 氯水中含 Cl2 ④ 将足量的氯水滴加到 Na2CO3 溶液中 氯水中含有 H ＋ (1)实验①得出的结论__________________________________________。 (2)指出实验②和实验④中的“实验现象”： ②________________，④__________________。 (3)实验③中“实验方法”的具体操作过程是_____________________。 (4)通过实验②的“实验现象”，同学们得出两个不同的结论。这两个结论 可能是：a._________________________，b．__________________________。 请设计简单的实验证明哪一个是正确的_________________________。 答案　(1)氯水中含有 Cl－；(2)溶液褪色　有气泡冒出 (3)取一片淀粉KI 试纸，置于表面皿或玻璃片上，用洁净的玻璃棒蘸取氯水， 滴在试纸上 (4)a.氯水中含有 HClO，其漂白作用使溶液褪色 b．氯水中含有 H＋，中和 OH－使溶液褪色向褪色后的溶液中滴加 NaOH 溶液至溶液显碱性，若溶液不再显红色，证明红色消失是 HClO 的漂白作用引起 的；若溶液重新显红色，证明是 H＋的中和作用引起的 8．饱和氯水与石灰石的反应是制取较浓的 HClO 溶液的方法之一。某同学 运用这一方法，尝试制取 HClO 溶液并进行了如下定性实验： ①在试管中加入过量的块状碳酸钙，再加入约 20 mL 饱和氯水，充分反应， 有少量气泡产生，溶液的黄绿色褪去；②过滤，将滤液滴在有色布条上，发现其漂白性更强； ③为了确定反应产物，将滤液分为三份，分别进行以下实验： 第一份与石灰水混合，立即产生大量白色沉淀； 第二份与稀盐酸混合，立刻产生大量气泡； 第三份加热，看到溶液变浑浊且有大量无色气体产生。 经检测，上述实验中产生的无色气体均为 CO2 气体。 (1)试解释可以在饱和氯水中加入石灰石制备 HClO 的原因：_________。 (2)写出步骤③中第一份及第二份滤液发生反应的离子方程式： 第一份___________________________________。 第二份___________________________________。 (3)试根据所学知识推测，在②的滤液中含有的溶质，除了溶解的极少量氯 气外，还含有的其他溶质为(写化学式)_____________________________。 答案　(1)由于饱和氯水中存在：Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO，加入 CaCO3 后，2HCl＋CaCO3===CaCl2＋CO2↑＋H2O，使平衡右移，HClO 的浓度增大 (2)Ca2＋＋HCO＋OH－===CaCO3↓＋H2O HCO＋H＋===CO2↑＋H2O (3)CaCl2、Ca(HCO3)2、HClO 解析：饱和氯水中存在：Cl2＋H2OHCl＋HClO 的平衡体系，加入过量 CaCO3 后，2CaCO3＋2HCl===Ca(HCO3)2＋CaCl2，CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋ H2O，使 HCl 浓度降低，平衡右移，Cl2 浓度降低，溶液黄绿色褪去；HClO 浓度 增大，溶液漂白性增强。由于滤液中含有 HClO、CaCl 2、Ca(HCO3)2 等成分， Ca(HCO3)2 与 Ca(OH)2 反 应 生 成 CaCO3 沉 淀 ； 与 HCl 反 应 产 生 CO2 气 体 ； Ca(HCO3)2 受热分解生成 CaCO3 沉淀和 CO2 气体。 〖教后记〗