高中化学必修1非金属及其化合物（2.1）教学设计

高中化学必修 1 非金属及其化合物（2.1）教学设计 授课人：董 xx ①掌握氧族元素的原子结构和性质递变规律。 教学目标： ②掌握臭氧、过氧化氢、硫的氢化物和氧化物的性质。 ③掌握硫酸的性质及硫酸根离子的检验方法。 教学重点： 硫酸的性质及硫酸根离子的检验方法 教学难点： 硫酸的性质及硫酸根离子的检验方法 教学方法： 加强学法指导，讲练结合，及时归纳总结 教学过程： 第一课时 基础知识精析 一、氧族元素 1、氧族元素 （1）包含元素：氧族元素包括氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、钋(Po)等几 种元素。 （2）周期表中位置： 2～6 周期， VIA 族 （3）原子结构特点：最外层电子数均为 6，电子层数依次增多。 （4）元素性质比较： 原子半径： OTe 单质颜色： 无 淡黄 灰 银白 单质状态： 气 固 固 固 主要化合价： -2 +4 +6 与氢化合的条件： 由易到难 氢化物稳定性： H2O>H2S>H2Se>H2Te 2．氧族元素性质的相似性和递变性 ①相似性：原子最外层电子数都是 6，均能获得 2 个电子而达到稳定结构。单 质都可以与 H2 化合(碲、钋除外)．生成气态氢化物 H2R，其水溶液显酸性(氧除 外)。单质都可以与 O2 反应生成 RO2、RO3，其对应的水化物为 H2RO3、H2RO4。 单质都有一定的氧化性，可跟大多数金属直接化合。 ②递变性：得电子能力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强，对应单质氧化性逐渐 减弱；气态氢化物稳定性减弱，还原性增强，最高价含氧酸的酸性逐渐减弱。 二、重要的单质及化合物 1、硫 (1)硫在自然界的存在及其物理性质 硫主要呈化合态，其游离态主要存在于火山喷口附近，或地壳的岩层里。 硫单质在常温下是一种淡黄色的晶体，熔沸点较低，不溶于水，微溶于酒精， 易溶于 CS2 等非极性溶剂。 注意：①当在溶液中生成硫的沉淀时，开始析出的硫为乳白色沉淀，随着沉淀 量的增加逐渐转变为黄色；②硫微溶于酒精，易溶于二硫化碳，故洗涤试管内壁 附着的硫不宜用酒精，而宜用 CS2。 (2)硫的化学性质 ①硫跟金属的反应 硫能跟大多数金属发生反应生成金属硫化物，如： 2Cu+S=Cu2S (黑色反应需 要加热) Fe + S = FeS (黑色) 2Ag+S=Ag2S Hg + S=HgS （反应不需加热就能发生，用于除去有毒的汞珠） ②硫跟非金属的反应 H2+S==H2S (硫必须加热成蒸气才能与 H2 化合) S + O2 ==SO2 (硫在空气中燃烧，产生淡蓝色火焰；在纯氧中剧烈燃烧，发出 明亮的蓝紫色火焰。) ③与某些化合物反应 a、硫跟浓硫酸反应：S+2H2SO4(浓)=3SO2 +2H2O b、硫跟强碱反应：S +6 KOH =2 K2S + K2SO3 +3 H2O 【深度思考】 1．如何洗涤附着在试管内壁上的硫？ 答案：硫单质易溶于 CS2 且可以与热的强碱液反应：3S＋6NaOH2Na 2S＋ Na2SO3＋3H2O。所以当试管壁上沾有单质硫时，可用 CS2 或热强碱液洗涤。 2．哪些事实能说明硫的氧化性比 Cl2 的氧化性弱？ 答案：①与 Fe 反应，产物中 Fe 的价态不同：Fe＋SFeS(Fe 为＋2 价)，2Fe＋ 3Cl22FeCl3(Fe 为＋3 价)。②利用置换反应：H2S＋Cl2===S↓＋2HCl。 2、臭氧的性质 (1)同素异形体 由同一种元素形成的几种性质不同的单质叫做这种元素的同素异形体，臭氧 和氧气是氧的同素异形体。 (2) 物理性质 在常温常压下是一种有特殊臭味的淡蓝色气体，密度比氧气大，也比氧气易 溶于水，液态臭氧呈深蓝色，沸点为-112.4℃，固体臭氧呈紫黑色，熔点为 -251 ℃。具有极强的氧化性(比氧气的氧化性强)。 （2）化学性质：臭氧的化学性质比氧气活泼。 ①不稳定性： 2O3=3O2 臭氧不稳定可分解生成氧气，温度升高分解速率加快。但在空气中高压放电 就能产生臭氧 3O2=2O2 ②强氧化性： Ag、Hg 等金属在空气或氧气中不易被氧化，但可以被臭氧氧化。 （3）用途： 能使某些染料褪色，可杀死大量细菌，是一种很好的脱色剂和消毒剂。空气 中的微量 O3，能刺激中枢神经加快血液循环，令人产生爽快的感觉，但当空气中臭氧的含量超过 10-5％(体积分数)时，就会对人体、动植物以及暴露空气中的 物质造成危害。 大气中的臭氧层能吸收来自太阳的大部分紫外线防止辐射，是人类和生物的 保护伞。氟氯烃(氟利昂)可使臭氧层被破坏，形成“臭氧层空洞”。近年来，臭氧 层受到氟氯烃等气体的破坏，形剧“臭氧空洞”，危害地球环境，各国应采取共同 行动保护，氧层，维护人类和生物的生存环境。 3．过氧化氢 (1)结构： 过氧化氢的分子式为 H2O2，结构式是 H-O-O-H。在该分子中 H 是+1 价 O 是 -1 价。 (2)物理性质： H2O2 是一种无色粘稠状液体，它的水溶液俗称双氧水。市售双氧水中 H202 的 质量分数一般约为 30％。 (3)化学性质： ①弱酸性：H2O2 == H+ + HO2- Na2O2+2HCl==H2O2+2NaCl ②不稳定性： 2H2O2 == 2H2O+O2 ↑ 过氧化氢在贮存时会分解为水和氧气。MnO2 催化可以极大促进它的分解， 因此，在实验里，常用过氧化氢制取少量氧气。 ③强氧化性：绿色氧化剂 H2O2+SO2=H2SO4 H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++ 2H2O ④ 弱还原性：H2O2+Cl2 == 2HCl+O2 2KMnO4+5H2O2+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4 +5O2+8H2O (4)用途： 过氧化氢可作氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氯剂，也可用作火箭燃料及生产 过氧化物的原料。 4．硫化氢 （1）物理性质：硫化氢是一种无色有臭鸡蛋味的剧毒气体，微溶于水。 （2）化学性质： ①不稳定性：H2S = H2+S ②可燃性：2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O（氧气充足） 2H2S + O2 == 2S + 2H2O （氧气不足） ③还原性：H2S 可以被浓 H2SO4、HNO3、Fe3+、I2、Br2、Cl2、SO2 氧化剂氧化， 具有较强的还原性。 H2S+H2SO4(浓)= S + SO2+2H2O ④弱酸性：H2S 的水溶液俗称氢硫酸，具有弱酸性， H2S + CuSO4 = H2SO4 + CuS↓ 5、二氧化硫的性质 (1)物理性质：二氧化硫是一种无色、有刺激性气味的有毒体，容易液化，易 溶于水，常温下 l 体积水约溶解 40 体积 SO2。 (2)化学性质 ①酸性：SO2+H2O=H2SO3 二氧化硫的水溶液叫亚硫酸，能使紫色的石蕊试液变红，只存在于溶液中，很 不稳定。 ②氧化性：SO2+2H2S= 3S +2H2O ③还原性： 可以被氧化剂（Br2、H2O2、KMnO4、FeCl3、HNO3） 2SO2+O2=2SO3； SO2 +Cl2+2H2O = H2SO4+ 2HCl ④漂白性：向品红溶液中通人 SO2 后，溶液的颜色逐渐褪去，加热时，溶液 又变成红色。 原因：SO2 与有色物质化合生成的无色物质不稳定，受热易分解而恢复原色。 【小贴士】中学常见的四大还原性离子 还原性：S2－>SO>I－>Fe2＋ (1)易被空气中的 O2 氧化而变质。 (2)易被 KMnO4(H＋)、HNO3、溴水、氯水、Fe3＋(不氧化 Fe2＋)、漂白粉溶液等氧化。 【探究题】1、某学生课外活动小组利用如图所示装置分别做如下实验： (1)在试管中注入某红色溶液，加热试管，溶液颜色逐渐变浅，冷却后恢复 红色，则原溶液可能是______溶液，加热时溶液由红色逐渐变浅的原因是 ______。 (2)在试管中注入某无色溶液，加热试管，溶液变为红色，冷却后恢复无色， 则此溶液可能是_____溶液，加热时溶液由无色变为红色的原因是________。 答案：(1)稀氨水和酚酞　氨水显碱性，使酚酞变红，加热时氨逸出，颜色 变浅； (2)溶有 SO2 的品红　溶解的 SO2 表现漂白性，使品红褪色，加热，SO2 挥发， 品红又恢复了原来的红色。 2、在 BaCl2 溶液中通入 SO2 气体，未见沉淀生成，若先通入下列气体中的一 种，再通入 SO2；或者向通入 SO2 气体的 BaCl2 溶液中加入下列物质，可以看到 沉淀的有________(填序号)。 ①Cl2、②NH3、③HCl、④NO2、⑤CO2、⑥H2S、⑦HNO3、⑧NaOH、⑨FeCl3 溶液、⑩NaClO 溶液 答案：①②④⑥⑦⑧⑨⑩ 解析：往 BaCl2 溶液中通入 SO2 气体，不发生反应，所以无沉淀产生，根据 物质的性质，将所给物质可分为以下几种情况：(1)具有氧化性的有：①④⑦⑨ ⑩，因 SO2 气体和亚硫酸具有较强的还原性，被以上物质氧化得 H2SO4，H2SO4 与 BaCl2 反应，生成 BaSO4 沉淀。 (2)具有碱性的有：②⑧，因 SO2 和 H2SO3 能与碱反应生成 SO，SO 与 Ba2＋结 合生成 BaSO3 沉淀。 (3)具有较强还原性的是⑥，因 SO 2 和 H2SO3 具有氧化性，溶液中的 SO2 和 H2SO3 与 H2S 反应生成淡黄色沉淀。(4)HCl、CO2 不与溶液中 BaCl2、SO2、H2SO3 反应，仍看不到沉淀。 (3) SO2 实验室制法： ①原理：Na2SO3+H2SO4(浓)==Na2SO4+SO2 ↑+H2O ②装置：与制取氯气相似(可不加热)。 ③收集：密闭的向上排空气法 ④检验是否集满：用湿润的蓝色石蕊试纸放在集气瓶口，若变红证明已集满。 ⑤尾气吸收：通人 Na0H 溶液中。 注意事项：因 SO2 易溶于水，制取 SO2 时一般选用较浓的硫酸或稍加热，有利 于 SO2 的逸出。 （4）二氧化硫和二氧化碳比较 ①物理性质 相同点：常温下，都是无色气体，密度都大于水。 不同点：二氧化碳没有气味，二氧化硫有刺激性气味；二氧化碳无毒，二氧 化硫有毒；二氧化碳能溶于水(1 体积水大约溶解 1 体积气体)，二氧化硫易溶于 水(1 体积水大约溶解 40 体积气体)；二氧化硫易液化。 ②化学性质 相同点：都是酸性氧化物。都能和水反应，生成的酸不稳定，只能存在于溶 液中。CO 2+H2O=H2C03 SO 2+H2O=H2SO 3。 都能与碱反应，用量比不同，可以生成两种盐。SO 2、CO 2 气体通人澄清石 灰水中，都是先生成沉淀， 当 SO 2、CO 2 过量时又溶解。 Ca(OH)2+SO2==CaSO3+H2O CaSO3+SO2+H2O==Ca(HSO3)2 Ca(OH)2+CO2==CaCO3+H2O CaCO3+CO2+H2O==Ca(HCO3)2 不同点： a、二氧化硫常表现还原性，二氧化碳表现弱氧化性。二氧化硫能被高锰酸 钾、氯水、溴水、碘水等氧化剂氧化，二氧化碳不能。 b、二氧化硫具有漂白性，能漂白某些有色物质，二氧化碳不能。 c、对环境造成的破坏不同：二氧化碳引起温室效应，二氧化硫引起酸雨。 ③鉴别方法 a.利用二氧化硫的还原性，用高锰酸钾溶液或溴水褪鉴别。 b.利用二氧化硫的漂白性，用品红溶液鉴别。 ④检验 SO2 和 CO2 的一般流程：SO2 和 CO2 都可使澄清的石灰水变浑浊 流程设计 检验 SO2⇒除去 SO2⇒检验 SO2 是否除尽⇒检验 CO2 选用试剂 品红溶液 酸性 KMnO4 溶液 品红溶液 澄清的石灰水 预期现象 褪色 褪色 不褪色 变浑浊 【思考题】 (1)二氧化硫和二氧化碳等体积混合后通人氢氧化钙溶液最先产生的沉淀是 什么物质? (2)二氧化硫分别使溴水、酸性高锰酸钾溶液、品红溶液本质各有什么不同? (3)二氧化硫通入 Ba(OH)2、BaC12、Ba(NO3)2 各溶液中现象? 题组一　CO2 与 SO2 的检测 1．下列溶液能够区别 SO2 和 CO2 气体的是 (　　) ①澄清的石灰水　②H2S 溶液　③酸性 KMnO4 溶液 ④氯水　⑤品红溶液 A．①②③ B．②③④ C．除①以外 D．全部 答案：C解析：SO2 和 CO2 都属于酸性氧化物，它们都能与石灰水反应生成不溶性的 盐，所以不能利用这一性质来区别 SO2 和 CO2。SO2 具有氧化性，能将 H2S 溶液 氧化生成单质硫(有淡黄色沉淀生成)；SO2 也具有还原性，能被酸性 KMnO4 溶液 和氯水氧化(溶液褪色)；SO2 还具有漂白性，能使品红溶液褪色。而 CO2 没有这 些性质。所以可以用②、③、④、⑤来区别 SO2 和 CO2。 2.右图是检验某无色气体 A 是 SO2 和 CO2 的混合气体的装置图，按要求回答 下列问题。 (1)B 中加入的试剂是______，作用是____________。 (2)C 中加入的试剂是__________，作用是___________。 (3)D 中加入的试剂是_______，作用是________。 (4)实验时，C 中应观察到的现象是___________________________。 解题指导：一定要理解题意是检验气体成分，检验二氧化硫用品红溶液， 吸收二氧化硫用酸性 KMnO4 溶液，检验二氧化碳用澄清石灰水；在检验二氧化 碳之前，必须除尽二氧化硫，因为二氧化硫也能使澄清石灰水变浑浊。C 装置的 作用是除去 SO2 并检验 SO2 是否除尽，所以酸性高锰酸钾溶液颜色变浅，但不能 褪成无色，若褪成无色不能证明二氧化硫已除尽。 答案　(1)品红溶液　检验 SO2 (2)酸性 KMnO4 溶液　除去 SO2 并检验 SO2 是否除尽 (3)澄清石灰水　检验 CO2 (4)酸性 KMnO4 溶液的颜色不褪尽(或不褪色，或不褪成无色) 3．下列实验中能证明某气体为 SO2 的是 (　　) ①使澄清石灰水变浑浊　②使湿润的蓝色石蕊试纸变红　③使品红溶液褪 色　④通入足量 NaOH 溶液中，再滴加 BaCl2 溶液，有白色沉淀生成，该沉淀溶 于稀盐酸　⑤通入溴水中，能使溴水褪色，再滴加 Ba(NO3)2 溶液有白色沉淀产生 A．都能证明 B．都不能证明 C．③④⑤均能证明 D．只有⑤能证明 答案：D 解析：CO2 也能产生①④中的实验现象，酸性气体一般都能使湿 润的蓝色石蕊试纸变红，氯气也能使品红溶液褪色。实验⑤说明气体有还原性， 结合后续实验现象说明该气体是 SO2。 题组二　SO2 的漂白原理 4．下列物质都具有漂白性，其中漂白原理和其他几种不同的是 (　　) A．SO2 B．H2O2 C．O3 D．HClO 答案：A 解析　SO2 的漂白是由于它能与某些有色物质生成不稳定的无色物 质，其他均为氧化漂白。 5．下列说法正确的是 (　　) A．因为 SO2 具有漂白性，所以它能使品红溶液、溴水、酸性 KMnO4 溶液、 石蕊试液褪色 B．能使品红溶液褪色的物质不一定是 SO2 C．SO2、漂白粉、活性炭、Na2O2 都能使红墨水褪色，且原理相同 D．等物质的量的 SO2 和 Cl2 混合后通入装有湿润的有色布条的集气瓶中，漂 白效果更好 答案：B 解析：A 项中 SO 2 使溴水、酸性 KMnO4 溶液褪色是因为 SO2 具有 还原性，能使品红溶液褪色是因为 SO2 具有漂白性，SO2 不能使石蕊试液褪色； 能使品红溶液褪色的物质很多，不仅仅是 SO2；C 项的这些漂白剂的漂白原理不都相同；SO2 和 Cl2 等物质的量混合后在溶液中发生反应 SO2＋Cl2＋2H2O===H2SO4 ＋2HCl，从而失去漂白能力。 6、三氧化硫 (1)物理性质：通常情况下，三氧化硫是一种无色易挥发的晶体，熔点为 16．8 ℃，沸点为 44．8℃。 (2)化学性质：SO3 能强烈吸水，在空气中发“烟”，与水剧烈反应生成硫酸，同 时放出大量热，形成酸雾。 SO3+H2O=H2SO4 SO3 是硫酸的酸酐，具有酸性氧化物的通性。此外，SO3 中的硫为+6 价，具 有较强的氧化性。 【归纳总结】漂白原理的比较 （1）氧化型：即漂白剂本身是一种强氧化剂，它可以将有机色素内部的“生 色团”(实际上是一种特殊化学键)破坏掉而使之失去原有的颜色，这种漂白是彻 底的，不可逆的。此类物质有：HClO、Ca(C1O)2、Na2O2、浓 HNO3、H2O2 等强 氧化性物质。 （2）加合型：即漂白剂与有机色素内部的“生色团”发生加成反应，使有机色 素失去原有的颜色，但是，如果受热或受其它一些因素的影响，漂白剂从有机色 素中脱离。使之又恢复原有的颜色，这种漂白是可逆的、不彻底的，如 SO2 使品 红溶液褪色，加热又恢复原有颜色。 （3）吸附型：有些物质的固体疏松、多孔、具有较大的表面积，可以吸附一 些其他有色物质而使之失去原来的颜色。如活性炭、胶体等。 例题 1．（08 上海卷）研究发现，空气中少量的 NO2 能参与硫酸型酸雨的形 成，反应过程如下：①SO2＋NO2 SO3＋NO ②SO3＋H2O H2SO4 ③2NO ＋O2 2NO2 NO2 在上述过程中的作用，与 H2SO4 在下述变化中的作用相似的是( ) A．潮湿的氯气通过盛有浓 H2SO4 的洗气瓶 B．硫化氢通入浓 H2SO4 C．浓 H2SO4 滴入萤石中，加热 D．加入少量的 H2SO4 使乙酸乙酯水解 解析：在反应①中 NO2 起氧化剂的作用，从反应①、③看 NO2 起催化作用， 选项 A 中浓硫酸起吸水剂的作用；选项 B 中浓硫酸起氧化剂作用；选项 C 中浓 硫酸起酸性作用；选项 D 中浓硫酸起催化剂作用。 答案：B、D 例题 2.（08 广东卷）下列有关 Cl、N、S 等非金属元素化合物的说法正确 的是（ ） A．漂白粉的成分为次氯酸钙 B．实验室可用浓硫酸干燥氨气 C．实验室可用 NaOH 溶液处理 NO2 和 HCl 废气 D．Al2(SO4)3 可除去碱性废水及酸性废水中的悬浮颗粒 解析：选项 A 中漂白粉的主要成分为 Ca(ClO)2 和 CaCl2 ，有效成分为 Ca(ClO)2；选项 B 中 2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4，即碱性气体不能用酸性物质干燥； 选项 C 中酸性气体均可用 NaOH 吸收；选项 D 中 Al3＋＋3H2O Al(OH)3＋ 3H＋，Al(OH)3 具有吸附性，能吸附水中的悬浮物，如果溶液呈酸性或碱性均能 与 Al(OH)3 反应，失去了 Al(OH)3 就不能吸附水中的悬浮物。 答案：C例题 3. （08 海南卷）下图表示某固态单质 A 及其化合物之间的转化关系 (某些产物和反应条件已略去)。化合物 B 在常温常压下为气体，B 和 C 的相对分 子质量之比为 4：5，化合物 D 是重要的工业原料。 (1)写出 A 在加热条件下与 H2 反应的化学方程式：_________________ (2)写出 E 与 A 的氢化物反应生成 A 的化学方程式__________________ (3)写出一个由 D 生成 B 的化学方程式____________ _； (4)将 5mL0.10mol·L－1 的 E 溶液与 10mL0.10 mol·L－1 的 NaOH 溶液混合。 ①写出反应的离子方程式_________________________； ②反应后溶液的 pH __7(填“大于”、“小于”或“等于”)，理由是 ； ③加热反应后的溶液，其 pH_____(填“增大”、“不变”或“减小”)，理由是 ____。 解析：固态单质 A 能与空气中的氧气反应生成气体物质 B，则 A 可能为 C 或 S 等，假定为 S，则 B 为 SO2，C 为 SO3，它们的相对分子质量为 64∶80＝4∶ 5，恰好与题意相符(同时也证明 A 不是 C)，则 D 为 H2SO4，它是一种重要的工 业原料，与题意也相符，进一步证明 A 为 S。E 为 H2SO3。 答案：（1）H2+S H2S（写成可逆反应也正确）。 (2）H2SO3 + 2H2S=3S + 3H2O。 (3 ） C+2H2SO4 （ 浓 ） CO2 ↑+2SO2 ↑+2H2O 或 Cu+ 2H2SO4 （ 浓 ） CuSO4 +SO2 ↑+ 2H2O 等。 (4）①H2SO3 +2OH— = SO32— + 2H2O。②大于；Na2SO3 溶液中 SO32-发生水解 使溶液显碱性。③增大；升高温度促进 Na2SO3 溶液的水解。 〖教后记〗