高中化学必修1非金属及其化合物（3.1）教学设计

高中化学必修 1 非金属及其化合物（3.1）教学设计 授课人：董 xx ①了解碳族元素性质及递变规律，掌握碳及化合物的性质； 教学目标： ②掌握硅、二氧化硅的重要性质和主要用途； ③运用元素周期律知识学习碳族元素性质及其递变规律。 教学重点： 碳族元素性质及递变规律 教学难点： 金刚石、晶体硅、二氧化硅的结构 教学方法： 分析比较法 教学过程： 第一课时 基础知识精析 一、碳族元素 1、碳族元素： 碳族元素位于元素周期表第ⅣA 族，包括碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、 铅(Pb)五种元素。 2、原子结构特点： 最外层都有 4 个电子，随着核电荷数的递增，电子层数增多，原子半径逐渐 增大。 在元素周期表中，碳族元素位于活泼金属(I A)族向活泼非金属(ⅦA 族)过渡 的中间位置，其最外层电子数为 4，既不容易得到电子，又不容易失去电子；碳 族元素的成键特征是易形成共价键，难形成离子键。碳元素形成的单质(金刚石)硬度最大；碳元素形成的化合物种类最多；在所有非金属形成的气态氢化物 中，甲烷中氢元素的质量分数最大；12C 是元素相对原子质量的标准原子。 3、物理性质：单质的密度逐渐增大，单质的熔沸点逐渐降低。硅在地壳中 的含量仅次于氧，其单质晶体是一种良好的半导体材料。铅的金属活动性比锡弱。 单质铅的颜色为蓝白色，其熔点比锡高。 4、化学性质及递变规律：主要化合价+2，+4 价，氢化物化学式通式为 RH4,氧化物的常见形式 RO、RO2,最高价氧化物的水化物为 H2RO3(或 H4RO4)；从 上到下元素非金属性逐渐减弱，元素的金属性逐渐增强。气态氢化物 RH4 稳定性 逐渐减弱，最高价氧化物的水化物的酸性逐渐减弱，H2RO3 的酸性逐渐减弱，除 Pb 外+4 价稳定，Pb+2 价稳定。 锡、铅不同价态化合物稳定性的应用: 锡的+4 价化合物稳定，而铅的+2 价化合物稳定，可以推出下列结论： ①单质与非金属反应生成物价态不同： Sn+2C12=== SnCl4 Pb+C12===PbCl2 ② +4 价铅的化合物具有强氧化性： PbO2+4HCl(浓)===PbCl2+Cl2+2H2O ③+2 价锡的化合物具有强还原性: SnCl2+2FeCl3===SnCl4+2FeCl2 二、碳和碳的化合物 1、单质碳的性质 (1)同素异形体： 金刚石、石墨、C60、C70，另外炭黑、木炭、焦炭、活性炭等无定形碳也 都是碳的同素异形体，它们的物理性质不同，如活性炭有吸附性等。 (2)化学性质 ①可燃性： C+O2==CO2 2C+O2(不足)==2CO2 ②还原性： C+2CuO=2Cu+CO2 C+H2O=CO+H2(水煤气) (3)用途：金刚石用于切割、钻头、制装饰品等；石墨用于制造电极、铅笔芯、 坩埚、润滑剂等。 2、一氧化碳的性质 (1)物理性质：无色无味的气体，有毒，不溶于水。 (2)化学性质： ①可燃性：2CO+O2=2CO2(用点燃的方法除去 CO) ②还原性： Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2(炼铁) CuO+CO == Cu+CO2(除 CO) CO+H2O==CO2+H2(工业上用于制 H2) (3)毒性：CO 有剧毒，与血液里的血红蛋白结合，使人体缺氧而死亡。CO 是 空气污染物之一，主要来自汽车尾气、煤和石油的朱充分燃烧及钢铁的冶炼等。 3．二氧化碳的性质 (1)物理性质：无色无味、密度比空气大的气体，微溶于水，能引起“温室效 应”，固体 CO2 叫做“干冰”。 CO2 与“温室效应” ①CO2 的主要来源：大量燃烧含碳的燃料。 ②自然界消耗 CO2 的主要反应： a．溶于江水、海水中 CO2+H2O=H2CO3； b．光合作用将 CO2 转化为 O2； c．岩石的风化 CaCO3+H2O+CO2==Ca(HCO3)2。 (2)化学性质： ①氧化性： CO2+C=2CO CO2+2Mg =2MgO+C ②酸性氧化物(酸酐) CO2+H2O===H2CO3 ≒ H++HCO3-(弱电离) CO2+Ca(OH)2==CaCO3+H2O CO2+CaCO3+H2O==Ca(HCO3)2 碳酸是易分解的二元弱酸，常见弱酸的酸性强弱顺序: CH3COOH>H2CO3>HClO>H2SiO3>HAlO2 ⅰ、过量的 CO2 通入到碳酸盐或某些弱酸盐中，生成碳酸的酸式盐，如: CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3 CO2+H2O+CaCO3=Ca(HCO3)2 CO2+NaClO+H2O=HClO+NaHCO3 CO2+H2O+Na2CO3==2NaHCO3 HCO3-与 H+、OH-都能发生反应，故不能大量共存: HCO3-+ H+==CO2 +H2O HCO3-+ OH- = CO32-+H2O ⅱ、CO2 通入硅酸钠溶液或偏铝酸钠溶液中，可生成沉淀，是生成碳酸的正 盐还是碳酸的酸式盐，应根据通入的 CO2 的量而定。如： 2CO2(足量)+Na2SiO3+2H2O==H2SiO3++2NaHCO3 CO2(少量)+2NaAlO2+3H2O==2A1(OH)3+Na2CO3 【小贴士】可用 CO2 制取的弱酸碳酸酸性比硅酸、次氯酸、苯酚、偏铝酸等强，将 CO2 气体通入 Na2SiO3、NaClO、 、NaAlO2 盐溶液中，均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这 是“强酸制弱酸”原理的应用。 CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓ CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO CO2＋ ＋H2O―→ ＋NaHCO3 CO2(过量)＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3 CO2(少量)＋2NaAlO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO3 易错警示　CO2 通入 CaCl2 或 BaCl2 溶液不会产生白色沉淀，因为碳酸的酸性 弱于盐酸。 (3)制法： ①工业制法(煅烧石灰石): CaCO3==CaO+CO2↑ ②实验室制法(石灰石和稀盐酸反应)：CaCO3+2HCl = CaCl2+H2O+CO2↑ “固+液制气”型，启普发生器及其简易装置。 (4)用途：灭火剂，制纯碱、汽水，致冷剂以及人工降雨。 4、碳酸盐性质规律---碳酸的正盐与酸式盐比较 (1)在水中溶解性：一般来说酸式盐溶解度比同温下正盐的大(Na 2CO3 和 NaHCO3 例外)。 (2)热稳定性：难溶性的正盐及(NH4)2CO3 及酸式盐受热易分解，可溶性正盐受 热难分解。 (3)与酸碱的反应：相同条件下与酸反应酸式盐比正盐反应剧烈，酸式盐与碱 反应而正盐不能。 (4)酸式盐与碱反应时的产物要根据相对用量判断。如：在 Ca(HCO3)2 溶液中滴 加 NaOH 溶液。 Ca(HCO3)2+NaOH(少量)==CaCO3+NaHCO3+H2O Ca(HCO3)2+2NaOH(过量)==CaCO3+Na2CO3+2H2O (5)CO32-和 HCO3-的检验: 待测液中加 CaCl2 溶液，生成白色沉淀，加盐酸产生无色无味并能使石灰水 变浑浊的气体,证明溶液中有 CO32-；若加 CaCl2 溶液，无白色沉淀生成，加盐酸产 生无色无味并能使石灰水变浑浊的气体,证明溶液中有 HCO3-。 (6)除杂 ①CO 中混有 CO2：通过盛有澄清石灰水的洗气瓶。 ②CO2 中混有 CO：通过硬质玻璃管中灼热的 CuO。 ③CO2 中混有 SO2、HCl：通过盛有饱和 NaHCO3 溶液的洗气瓶。 【C60 的结构】 C60 是一个由 20 个六边形和 12 个五边形构成的 32 面体，具有空心的类似 于足球状结构，在 C60 分子的球表面上存在共轭双键(类似 1，3 一丁二烯中的碳 键)，因而被称为巴基球或足球烯或富勒烯，现以富勒烯为它的正式名。 深度思考 1．除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法： (1)CO(CO2)：_________________________。 (2)CO2(CO)：_________________________。 (3)CO2(O2)：_________________________。 (4)CO2(SO2)：_________________________。 (5)CO2(HCl)：_________________________。(6)CO2(H2S)：_________________________。 答案：(1)通过盛有浓 NaOH 溶液的洗气瓶　(2)通过盛放灼热 CuO 的硬质玻 璃管　(3)通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管　(4)通过饱和 NaHCO 3 溶液或酸性 KMnO4 溶液　(5)通过饱和 NaHCO3 溶液　(6)通过 CuSO4 溶液 2．如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)。 将所选答案的编号填入下表内相应的空格内(如果不需要外加试剂，则对应答案 栏可空着)。可供选择的试剂：A.盐酸　B．氢氧化钠溶液　C．氧气 D．水　 E．二氧化碳；可选用的操作：①水洗；②加热；③高温灼烧；④过滤；⑤结晶。 粉末状混合物 选择的试剂 选用的操作 (1) CaCO3(SiO2) (2) NaCl(SiO2) (3) SiO2(Fe2O3) (4) SiO2(CaCO3) (5) SiO2(H2SiO3) (6) SiO2(NH4Cl) 答案　(1)B　④　(2)D　④⑤　(3)A　④　(4)A　④　(5)③　(6)② 3．标准状况下，将 3.36 L CO2 气体通入 200 mL 1.00 mol·L －1 NaOH 溶液 中，充分反应后溶液中 c(CO)与 c(HCO)的比值为(不考虑水解) (　　) A．1∶1 B．1∶2 C．2∶1 D．1∶3 答案　B 解析　n(CO2)＝＝0.150 mol n(NaOH)＝0.200 L×1.00 mol·L－1＝0.200 mol ＝＝即 1