第七章碳族元素无机非金属材料
第一节碳族元素
●教学目标
1.使学生了解碳族元素的性质及其递变规律。
2.使学生进一步了解运用元素周期律知识学习同主族元素性质及其递变规律的方法。
3.培养学生的总结、思考、判断能力。
●教学重点
碳族元素性质的递变规律
●教学难点
以碳族元素知识为载体,培养学生的总结、思考、判断能力
●课时安排
一课时
●教学方法
引导、探究、自学、练习
●教学用具
投影仪
炭块、镊子
●教学过程
[引言]第ⅠA碱金属元素易失去电子,表现活泼的金属性;第ⅦA族卤素易得到电子,表现活泼的非金属性;居于它们中间的第ⅥA族元素性质如何呢?它们及其化合物有怎样的用途?本章我们就来学习该族元素及其化合物的知识,用时了解几种新型无机非金属材料。
[板书]第七章碳族元素无机非金属材料
[师](用镊子取一块炭展示给学生)它和硅是兄弟关系,它就是我们初中学过的炭!
请大家写出碳和硅的原子结构示意图,并说明它们结构上的异同点。
[学生活动后回答]
碳和硅的原子序数不同、电子层数不同,但最外层电子数相同。
[板书]
[师]从碳、硅的原子结构示意图可以看出,碳、硅均为元素周期表中的第ⅣA族元素,且分属于周期表中的二、三周期。
那么,与碳、硅同主族的四、五、六周期的元素的原子序数分别是多少呢?请大家根据各周期元素的种类数进行推断,并写出它们的原子结构示意图。
[学生活动,请一位同学上黑板写出锗、锡、铅的原子结构示意图]
[学生板书]
[师]能否写出上述三种元素的符号和名称呢?请大家用最快的速度识记并默写。
[学生或老师板书]
锗Ge锡Sn铅Pb
[师]由以上硅、锗、锡、铅的原子结构示意图可以看出,它们的最外层都与碳一样有4个电子,且同属第ⅣA族,我们把它们统称为碳族元素。
[板书]第一节碳族元素
[师]以上我们所学的,就是碳族元素的名称、符号及原子结构。
[板书]一、碳族元素的名称、符号及结构
[过渡]下面,我们根据碳族元素的原子结构特点,来分析碳族元素在性质上的相似性和递变性。
[板书]二、碳族元素性质的相似性和递变性
[师]请大家根据碳族元素的原子结构特点,并结合元素周期律的知识,填写下表:
[投影展示]
碳族元素性质的递变规律
[上表可由学生回答,教师填写完成,也可由学生独立完成]
[师]注意,碳族元素的氢化物的写法是碳族元素在前,氢元素在后。
答案:
[师]请大家根据上表归纳并总结出碳族元素性质的相似性和递变性。
[教师引导,学生归纳、总结出以下结论]
[板书]1.相似性
(1)最外电子层上均有4个电子,易形成共价键。
(2)最高正价均为+4价,最高价氧化物通式为RO2,对应水化物通式为:H2RO3〔或H4RO4或R(OH)4〕。
(3)气态氢化物可表示为RH4。
2.递变性
随着原子序数的递增,元素的原子半径逐渐增大,得电子能力逐渐减弱,失电子能力逐渐增强,元素由非金属性向金属性递变的趋势明显。
[问题探究]根据元素周期律知识,Pb的金属性比Sn强,而在金属活动顺序表中,Sn的活动性比Pb强,这是否矛盾?
[生]不矛盾。看待事物的角度不同,结果也不同。
[师]确实不矛盾。元素周期律所谓的金属性和非金属性,指的是元素原子在干态时的得失电子能力;而金属活动性顺序表,是依据金属原子在水溶液中的失电子能力强弱所排列的,二者排列的依据不同,结果也不同。
[师]第ⅣA族元素中,碳是典型的非金属;硅虽外貌像金属,但在化学反应中多显示非金属性,通常被认为是非金属;锗的金属性比非金属性强;锡和铅都是金属。由于硅和锗在元素周期表中位于金属和非金属分界线附近,所以常用来做半导体材料。
由于碳族元素在周期表中处于容易失去电子的碱金属与容易得到电子的卤素的中间位置,这使得它们得失电子的能力都较弱,一般容易形成共价化合物。
另外,碳族元素的化合价除了+4价外,还有+2价。其中,碳、硅、锗、锡的+4价化合物是稳定的,而铅的+2价化合物是稳定的。因此,+4价的铅(如PbO2)在参加化学反应时,往往会得电子而被还原成+2价的化合物,它本身是强氧化剂。
[板书]3.主要化合价
+4、+2Pb的+2价稳定
[问题探究]碳的+4价化合物稳定,CO就应具有较强的还原性,那么,在什么条件下CO表现强还原性呢?
[生]CO在高温下表现强还原性。
[师]对,所以常温下,可以用浓H2SO4干燥CO。
[投影例题]1.如果发现114号新元素(位于第七周期ⅣA族),下列有关X可能具有的性质合理的是
A.X是非金属元素
B.X的+2价化合物比+4价化合物稳定
C.XO2具有强氧化性
D.X有稳定的氢化物
解析:根据碳族元素性质递变规律,可推知114号元素的金属性比铅还强,一定是金属元素。它的稳定价态应与铅相同,即为+2价,所以XO比XO2稳定。+4价的X易得电子变成+2价,所以XO2具有强氧化性。X是金属元素,不可能存在稳定的气态氢化物。
答案:BC
2.课本上说“……碳、硅、锗、锡的+4价化合物是稳定的,而铅的+2价化合物是稳定的”。
(1)根据上一句话判断:锡的+2价化合物(如SnCl2)应具有较强的___________性,铅的+4价化合物应具有较强的_____________性。
(2)Fe3O4可以写成FeOFe2O3的形式,根据化合价规律和这种书写方法,若将Pb3O4用上述形式表示,其化学式可写为______________。
(3)PbO2与浓盐酸可发生氧化还原反应生成Cl2,该反应的化学方程式为____________________________。
解析:(1)关键要理解锡的+4价化合物是稳定的,因而+2价化合物不稳定,容易转变为+4价化合物,而显示较强的还原性;同理,铅的+4价化合物具有较强的氧化性。
(2)铅的两种常见化合价中,+2价稳定,+4价不稳定,易得电子被还原。题中信息表明,Fe3O4中有+2、+3两种价态的铁元素。思维迁移到Pb3O4中铅的化合价+2价和+4价。仿照上述形式的写法,将Pb3O4写成2PbOPbO2,此化合物中正负化合价的代数和为零。
(3)PbO2与浓盐酸反应,已知浓盐酸的氧化产物是Cl2,则PbO2的还原产物必然是+2价的化合物,这里应是PbCl2,另有H2O生成。(注:此处也可将MnO2与浓盐酸的反应迁移,即可写出PbO2与浓盐酸反应的化学方程式)
答案:(1)还原氧化
(2)2PbOPbO2
(3)PbO2+4HClPbCl2+Cl2↑+2H2O
[过渡]以上我们学习了碳族元素的原子结构及化学性质,下面,我们通过下表来认识一下碳族元素单质的物理性质。
[板书]4.单质的物理性质
[投影展示]
碳族元素及其单质的一些重要性质
[师]从上表可看出,实验测出的碳族元素原子半径的递变规律与我们根据原子核外电子排布预测的是一致的。碳族元素单质的密度是从碳到铅逐渐增大,熔、沸点逐渐降低,锡的熔、沸点较特殊,这与其成键情况及空间结构有关系。
[问]碳元素形成的单质,在表上列出了金刚石和石墨两种,它们与碳元素的关系是什么?
[生]它们都是碳元素的同素异形体。
[问]二者性质、用途有何不同?
[生]金刚石的熔点和沸点较高,硬度大,难溶于溶剂,不能导电;主要用于制造钻具、装饰品。
石墨熔点很高,质软有滑腻感,是电的良导体。主要用于制造润滑剂、电极、耐火材料。
[问]碳元素只有金刚石和石墨两种同素异形体吗?
[生]不止金刚石和石墨,还有C60、C70等。
[师]对,C60是一种较重要的碳单质。下面请同学们阅读课本P144“C60及其应用前景”。
[学生阅读]
[板书]5.C60简介
[师]从阅读材料里我们可以看出,碳元素除了金刚石和石墨外,还有多种同素异形体,在已发现的碳族成员如C50、C60、C70、C84……中C60是最稳定的。C60可以形成各种化合物,可用作高温润滑剂、耐热和防火材料等。目前,将C60应用于超导体、材料科学等领域的探索正在不断地深入。
C60分子的结构是足球状的,是由20个正六边形和12个正五边形呈一定弧度一个接一个地排列成的一个球体分子。它的结构是由英国科学家克罗托教授最先设想出来的。在他为了这个大大的“碳分子”的结构而冥思苦想、食不知味、睡不入眠的时候,是著名建筑学家布克曼斯特富勒设计的一个球形模型给了他灵感。所以,他又把自己设计的这种新的碳分子的结构,称为“富勒笼球”。
C60及一系列碳族分子的发现,是化学发展史上一件具有划时代意义的大事。为了表彰这一重大科学成就,1996年的诺贝尔化学奖授给了克罗托和另外两位对C60的发现做出贡献的科学家——美国赖斯大学的化学教授柯尔和斯莫利。
[投影练习]
1.下列气态氢化物中最不稳定的是
A.CH4B.NH3
C.SiH4D.H2S
答案:C
2.根据碳族元素的相似性和递变规律,并结合其一般性和特殊性的知识,判断下列说法中正确的是
A.CO2为弱氧化剂,PbO2为强氧化剂
B.CO2、PbO2都是弱氧化剂,CO和PbO都是还原剂
C.Sn(OH)2可与HCl反应,但不与NaOH反应
D.锗单质的熔点在Si和Pb之间,是半导体
答案:AD
3.近年来,科学家发现一种新分子,它具有空心的类似足球状结构,化学式为C60,下列说法正确的是
A.C60是一种新型化合物
B.C60和石墨都是碳的同素异形体
C.C60在纯氧中充分燃烧只生成唯一产物CO2
D.C60的摩尔质量为720
答案:BC
[小结]本节课我们学习了碳族元素的结构特点及随着原子序数的递增,其性质递变的规律,同时还认识了碳元素的另一种同素异形体——C60。
[布置作业]1.复习初中所学碳及其化合物的知识。
2.预习硅及其化合物的知识。
●板书设计
第七章碳族元素无机非金属材料
第一节碳族元素
一、碳族元素的名称、符号及结构
二、碳族元素性质的相似性和递变性
1.相似性
(1)最外电子层上均有4个电子,易形成共价键。
(2)最高正价均为+4价,最高价氧化物通式为RO2,对应水化物通式为:H2RO3〔或H4RO4或R(OH)4〕。
(3)气态氢化物可表示为RH4。
2.递变性
随着原子序数的递增,元素的原子半径逐渐增大,得电子能力逐渐减弱、失电子能力逐渐增强,元素由非金属性向金属性递变的趋势明显。
3.主要化合价
+4、+2Pb的+2价稳定
4.单质的物理性质
5.C60简介
●教学说明
本节课是学生学完元素周期表后,继氧族之后的又一族元素,其重点是要在深刻理解和熟练运用元素周期表的基础上去学习碳族元素性质的递变规律,也即强调了学生在学习过程中的活学活用。因此,怎样调动学生学习的积极性,让学生积极主动地参予到教学过程中来,是本节课教法上要解决的问题。在这里,我用了实物展示,引导学生总结、归纳、复习、练习等方法来达到这一目的,并向学生介绍C60的结构及有关情况,以扩展学生的视野。
一位优秀的教师不打无准备之仗,会提前做好准备,作为高中教师准备好教案是必不可少的一步。教案可以让学生更容易听懂所讲的内容,帮助高中教师更好的完成实现教学目标。高中教案的内容要写些什么更好呢?为此,小编从网络上为大家精心整理了《《碳族元素》教案1》,仅供参考,欢迎大家阅读。
硅及其重要的化合物
教学目标
知识技能:在学习碳族元素知识的基础上,进一步认识硅的晶体结构、性质和用途。
能力培养:通过联系碳的已学知识来学习硅的新知识,有助于培养学生对新旧知识进行归纳比较的逻辑思维能力;通过金刚石的结构,培养学生的空间想像能力。
科学思想:通过定量和定性分析,认训晶体类型与晶体主要物理性质的关系。进一步渗透结构决定性质的观点。
科学品质:在学生从书本和课堂汲取知识的同时,介绍我国古仿科学家的重大发明和当代国内外的新技术、新成果。在大量的直观感性材料的陪衬下,使化学学习不再使人感到枯燥乏味而是生动有趣;为学生构架一座从书本知识到现代科技知识和生活实际的桥梁。有助于学生开阔眼界,提高科技文化素养。理解更多的现代相关科学理论与技术。
科学方法:通过对硅晶体样品、金刚石球棍模型、硅晶体常温超真空扫描隧道显微镜图像的观察,进行“观察方法”这一自然科学方法的指导。
重点难点
理解掌握晶体微粒种类及其相互间作用力与晶体类型关系;晶体类型与晶体主要物理性质的关系;掌握理论知识指导学习硅元素性质知识的方法;培养空间想像能力,会把平面图想像成空间结构,又能把空产结构表示在平面图上。
教学过程
教师活动
学生活动
引言
展示
讲述
展示
中国誉称“瓷国”。陶瓷是我中华民族一项最伟大的创造,具有悠久而辉煌的历史。原始陶器大约是1万年前出现在中国。“陶”作为历史上第一种人造材料成为人类摆脱蒙昧的时代标志,秦兵马俑的制造展示了当时制陶规模和高超的动手术与艺术水平。
秦兵马俑图片或录像。
瓷器在东汉晚期发明,到宁朝形成了举世闻名的“柴”、“汝”、“哥”、“钧”、“定”、“官”几大名窑,其制品工艺之精湛达到“青如天”、“薄如纸”、“声如磬”的水平。而陶瓷主要含硅元素。
古陶器的图片或录像。
观看兵马俑图片或古瓷器图片、录像等。
设问
展示
讲解
你能否举出在现代社会中含硅元素的无机非金属材料吗?
体现现代文明的无机非金属材料的图片,如:加上“硅窗”的保鲜袋,超导材料,电子陶瓷,集成电路等。
能源、材料、信息,是文明的三大支柱。而能源问题的解决和信息社会飞速发展的前提是能源材料、信息材料的突破。硅在现代电子,航空航天,敏感材料,超导材料中起着十分重要的作用。我国正努力夺回世界材料科学的领先地位,再创中国材料科学的辉煌。
回答:含硅元素的无机非金属材料有用于制造电脑的半导体材料如晶体管、集成电路,用于信息传递的光导纤维。玻璃、水泥以及超导材料等到。
联想我国古代历史发明的辉煌的同时,了解当代国内外新技术,新成果,以及我们与世界先进水平的差距。
设问
讲述
谁知道硅在地壳中的含量?谁又知道硅在宇宙范围内的存量?
硅在地壳中的含量为27.72%,仅次于氧居第二位。在宇宙范围内,硅的存量次于氢、氦、碳、氖、氧、氮,占第七位。
回答:硅是自然界中分布很广的一种元素,它的含量仅次于氧居第二位。在宇宙范围内的存量不清楚。
教师活动
学生活动
指导阅读
板书
讲述
展示
设问
阅读课本第3页,第一、二自然段。
一、硅在自然界中的存在形式
人类虽然在一万年前制出了陶器,五千年前古埃及人发明了玻璃。而人类真正认识硅元素是在1823年由瑞典化学家贝采利乌斯用金属钾还原四氟化硅时获得单质硅的。
硅晶体样品或彩图。
请同学描述一下单质硅的色态?
阅读后归纳课本内容并回答:在自然界中无单质形式存在的硅,只有化合态硅。硅是构成矿物和岩石的主要元素。
回答:硅是灰黑色有金属光泽的固体。
板书
硅的物理性质
讲述
展示
投影
提问
展示
投影提问
在当今时代人们已能通过仪器观察一些物质的原子排列状况,1990年美国等少数国家首先在
-296℃的低温下移动了原子。
1993年中国生物学院真空物理实验室在常温下以超真空扫描隧道显微镜为手段,通过用探针拔出硅晶体表面硅原子形成约2nm的汉字中国图片。
(见附1)
硅晶体结构平面图。
1.画出平面图中硅晶体的最小结构单元。
2.画出最小结构单元的立体结构示意图。
金刚石晶体球棍模型
在金刚石和硅晶体结构中,由碳原子或硅原子直接相连形成的最小环上有_____个碳原子或有____个硅原子。相邻的Si—Si键角_______,相邻的
C—C键角_______。
回答:最小的碳原子环上有6个碳原子。同样最小的硅原子环上有6个硅原子。键角均为109°18′
投影
键长
键能
晶体硅
2.35×10m
222KJ/mol
金刚石
1.55×10m
345KJ/mol
提问
通过以上对硅晶体与金刚石晶体结构的对比,请你分析一下结构对它们主要物理性质的影响?
回答:硅晶体与金刚石同属原子晶体,均为四面体结构,并向空间无限伸展成空间网状结构。它们的物理性质特点为硬度大,熔、沸点高。但金刚石的键长短,键能大,所以其硬度,熔、沸点高于晶体硅。
CNO
Si设问
总结
晶体硅、金刚石、二氧化硅、碳化硅同属原子晶体,请同学们讨论一下这四种晶体的熔、沸点高低顺序?
晶体硅的物理性质:
1.硅的熔、沸点高,硬度大。
2.由于硅原子半径大外层电子受核引力较小,因而是具有一定导电能力的半导体。与处于两性线附近的锗一样,是重要的半导体材料。
讨论思路:
1.构成原子晶体的微粒为原子;
2.晶体内结合力取决于原子间形成的共价键的键长和键能;
3.周期表中各原子位置。
得出结论:
原子半径:SiCO
键长:C—CSi—OSi—CSi—Si
键能:C—CSi—OSi—CSi—Si
熔沸点:
金刚石二氧化硅碳化硅晶体硅
教师活动
学生活动
讲述
投影
归纳总结
我们知道,碳在常温下化学性质很稳定,在高温下能跟氧气等物质反应。下面请同学们根据所学碳以及元素周期律知识,讨论归纳出一些硅的化学性质?
碳、硅化学性质对比表(见附2)
碳、硅为ⅣA元素,最外层4个电子,容易形成共价化合物。在化学性质上的相似点:常温时性质稳定,加热时可与O2、Cl2、H2等许多非金属反应。碳和硅都具有还原性。硅可用做炼钢时的脱氧剂。不同点:SiH4不如CH4稳定。硅可与氯气直接反应,碳不能与氯气直接反应,硅,的非金属性比碳弱。另外硅在常温下可与氢氟酸、强碱反应,碳则不能。
学生可能的回答:
1.硅、碳同属ⅣA元素,最外电子层有4个电子。所以硅的化学性质与碳相似。容易形成共价化合物。
2.也可发生的反应。
Si+O2SiO2
将碳、硅化学性质对比表记录于笔记中。
板书
指导阅读
讲述
提问
四、硅的制法
课本第四页
用适量碳还原二氧化硅得到粗硅。将粗硅与氯气在高温下反应,得液态不纯的四氯化硅,经分馏提纯用氢气还原即可得纯硅。
写出以上各步制纯硅的化学反应方程式?
根据所讲的知识写出化学反应方程式:
2C+SiO2Si+2CO↑
Si+2Cl2SiCl4
SiCl4+2H2Si↓+4HCl
板书
投影
讲述
小结
五、硅的用途
硅的应用树状图(或用电脑制作的课件来代替)。(见附3)
在科学家们的努力下,新思维、新方法层出不穷。人们正朝着按人的意志安排一个个原子的目标冲刺,多少奇迹展现眼前。到寻时新材料的研制和生产就像《一千零一夜》里的阿拉丁神灯一样,几乎无所不能,样样遂人心意地安排。
指导学生归纳本节内容。
观察与思考。
回忆本节课所学内容,师生共同总结。
随堂检测
1.在反应3C+SiO2SiC+2CO↑中,氧化剂与还原剂的物质的量之比是
A.1∶3B.3∶1C.2∶1D.1∶2
X
Y
Z2.某晶体一个晶胞如右图为立方体型,8个顶点为X原子,每个面中心为Y原子。立方体中心为Z原子,则该晶体X∶Y∶Z=______________。
硅及其重要的化合物(二)
教学目标
知识技能:让学生理解二氧化硅的晶体结构,掌握二氧化硅的化学性质了解其用途;并对硅酸的组成、性质及硅酸盐的组成和用途形成初步的认识;培养学生一定的操作技能。
能力目标:培养学生的阅读能力、自学能力;用对比的方法理解和掌握知识的能力,分析问题的思维能力。
科学思想:通过二氧化硅和硅酸钠知识的学习,培养学生树立物质“结构、性质与用途”间关系。
科学品质:通过展示水晶样品和二氧化硅的结构模型,让学生感受到化学世界里美的感染与激励,激发学生的求知欲和学习兴趣;通过对二氧化硅和硅酸盐用途的讨论,让学生体会到化学与社会的紧密联系,增强学生学习化学的情感需要;通过对联国陶瓷发展史的讨论,激发学生的爱国热情。
科学方法:培养学生学会由结构入手认识性质,由性质认识用途的方法;由模型入手认识微观结构的方法;能表格来处理资料等科学方法。
重点难点
二氧化硅的结构和化学性质;培养学生的自学能力和对比分析的能力;培养学生学会由结构入手认识性质,由性质认识用途的方法;培养学生用表格处理资料的科学方法。
教学过程
教师活动
学生活动
引言
板书
在地壳里,硅的含量在所有元素中居第二位。在自然界里硅只以化合态存在。你能写出一些硅的化合物的化学式吗?这节课我们就来学习硅的化合物的有关知识,先乍二氧化硅的结构及性质。
二、二氧化硅
写出上些含硅化合物的化学式:SiO2、Na2SiO3、H2SiO3
设问
你知道研究物质的性质有哪些常用方法?
对于二氧化硅可采用其中的什么方法?
分组讨论。
纷纷说出前面学习中用过的方法。
讨论后说出可用“通过结构认识性质”的方法,同时又与二氧化碳对比进行研究。
讲解
展示
投影
天然的二氧化硅分为晶体和无定形两大类。石英、水晶、硅藻土等都含有二氧化硅,二氧化硅的物理性质怎样?
一块水晶样品,让学生观察后描述。指导学生对比后填写表1-1中的物理性质。
表1(见附1)
描述二氧化硅,填写表1中物理性质中的内容。一学生写在投影片上。
设问
二氧化硅与二氧化碳都是酸性氧化物,为什么二者的物理性质有如此大的差异?请阅闱课本第5~6页二氧化硅的结构部分,填写表1-1中二、三两栏。
回答:结构不同。阅读课本找出原因是二氧化硅为原子晶体,而二氧化碳为分子晶体。
填写表格。
设问
软件演示
二氧化硅晶体的空间结构如何?如何理解二氧化硅的化学式为SiO2?
二氧化硅晶体的结构模型。
观看后回答:SiO2晶体是立体网状结构。在SiO2晶体里,每个Si周围结合四个O,同时每个O与两个Si相结合,在SiO2晶体中原子个数比为1∶2,因此用“SiO2”这个式子表示二氧化硅晶体的组成。
教师活动
学生活动
设问
联系二氧化碳化学性质,设想酸性氧化物二氧化硅可能会有哪些化学性质?
回忆CO2的化学性质:思考后回答:SiO2的化学性质为能与强碱反应,又能与碱性氧化物反应。
指导阅读
请阅读课本第6页化学性质部分后填写有关SiO2、CO2的化学方程式。
阅读后填写化学方程式。一学生写在投影片上。
设问
投影
比较二氧化硅和二氧化碳在化学性质上的异同点。
二者化学性质上的异同点。
(见附1)
对比后回答异同点。
设问
为什么二者与碱性氧化物反应时条件有差异?
思考后回答:二氧化硅为原子晶体,且Si—O键键能大。
设问
二氧化硅的性质决定它有什么用途?指导学生阅读课本第7页用途部分。
二氧化硅还有哪些用途?分组讨论。
阅读后小结二氧化硅的用途。小组讨论后发言:可用于光导纤维、制宝石、制单晶硅、制玻璃等。
板书
设问
演示
三、硅酸硅酸盐
1.硅酸
实验室如何制得硅酸?
将1∶2的HCl滴入饱和Na2SiO3溶液中,观察现象。
回答:可用H2SO4、HCl、H2CO3与硅酸盐反应。
观察记录实验现象:产生白色胶状沉淀。
讲解
投影
这里看到的白求恩色胶状沉淀是原硅酸,它在干燥的空气中不稳定,易失部分水变成白色粉未状的硅酸,所以SiO2对应的水化物有两种。根据性质填写原硅酸、硅酸、碳酸的对比表。
表2(见附2)
感知原硅酸、硅酸的不同及相互转化。填写表2中的内容。
一学生写在投影片上。
设问
硅酸与碳酸相比哪种物质的酸性强?其理论依据是什么?
如何通过实验加以验证?
思考后回答:碳酸强,因为同主族元素从上至下最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱。回答:向Na2SiO3溶液中通入CO2气体。
指导实验
验证碳酸比硅酸酸性强。
演示:向Na2SiO3溶液中通入CO2气体,其他学生观察记录现象。
讲解
板书
设问
下面我们了解硅酸盐的知识。
2.硅酸盐
什么叫硅酸盐?阅读课本第8页第一段。
阅读教材,理解硅酸盐是指硅酸、原硅酸和由它们缩水结合而成的各种酸所对应的盐。
讲解
硅酸盐种类很多,大多难溶于水,可溶性硅酸盐,最常见的是Na2SiO3,它的水溶液俗称水玻璃,又称泡花碱,是一种无色粘稠的液体,它有什么用途?
回答:制硅酸。
讲解
展示
板书
实验室里用于制H2SiO3,工业上可制成硅酸凝胶,处理后就得硅胶。硅胶是一种很好的干燥剂和催化剂载体。
硅胶样品
3.硅酸钠的用途
(1)制硅胶
观察硅胶。
记笔记。
设问
演示
Na2SiO3还有哪些用途?请观察以下几个实验现象。
用玻璃塞塞紧的长期装水玻璃的试剂瓶,拔其瓶塞。
观察到瓶塞拔不出。
教师活动
学生活动
演示
将用水玻璃浸过的且已干燥的布条放在火焰上烧。
将用水玻璃浸过的长期存放的鲜蛋敲碎。
观察到布条没有燃烧。
观察到鲜蛋没有坏。
设问
板书
由这几个实验事实说明Na2SiO3有什么用途?
(2)粘合剂;(3)耐火材料;(4)防腐剂。
纷纷说出Na2SiO3的用途:作粘合剂、耐火材料、防腐剂等。
讲解
硅酸盐种类繁多,结构复杂,为了方便记忆和计算,常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成。书写顺序为:金属氧化物、二氧化硅、水。若有两种金属氧化,则活泼的在前,较不活泼的在后。
记忆硅酸盐氧化物形式表示的规律。
设问
请用氧化物的形式表示硅酸钠[Na2SiO3]、镁橄榄石[Mg2SiO4]、高岭土[Al2(Si2O5)(OH)4]的组成,一学生写在投影片上。
Na2O·SiO2
2MgO·SiO2
Al2O3·2SiO2·2H2O
讲解
粘土也属于硅酸盐,其主要成分是高岭土,可用于制造水泥和陶瓷。
感知粘土的成分和用途。
设问
硅酸盐种类很多,用途很广,试举例说明。
纷纷说出硅酸盐的用途:制玻璃、水泥、陶瓷、砖等。
设问
讲解
为什么在英文中用China表示中国?
陶瓷在我国历史悠久,但目前发展状况不容乐观,还需各位作出不懈努力,宏扬民族文化精髓。
纷纷说出自己的看法:见效是中国人发明并最早使用,欧洲人视中国陶瓷为无价之宝,所以欧洲人把瓷器叫做“China”久而久之“China”就成了中国的英文名称。
讲解
设问
请大家小结本节课的知识重点。
在这节课中,你我对化学与社会间的关系有什么认识?
思考后回答:二氧化硅的结构及其化学性质。
回答:化学与社会的关系很紧密,社会的进步离不开化学的发展。
作业
课本第9页第4、5、6题。
随堂检测
1.你学过的原子晶体有哪些?其中属于化合物的是什么?
2.用化学方程式表示二氧化硅是酸性氧化物。
3.下列溶液通入过量的CO2后无沉淀的有。
A.CaCl2B.Ca(ClO)2C.Na2SiO3D.饱和Na2CO3溶液
检测答案
1.金刚石、单晶硅、二氧化硅二氧化硅2.SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
3.(A)(B)
俗话说,凡事预则立,不预则废。作为高中教师就要精心准备好合适的教案。教案可以让学生们能够更好的找到学习的乐趣,减轻高中教师们在教学时的教学压力。高中教案的内容要写些什么更好呢?小编收集并整理了“高三化学教案:《氮族元素》教学设计”,欢迎大家与身边的朋友分享吧!
1.氨水显弱碱性的理解不全面。
氨气溶于水形成氨水,氨水少部分电离出OH-、NH4+,所以氨水具有弱碱性。注意以下两点:
(1)氨水遇Al3+、Fe3+、Mg2+分别可以生成Al(OH)3、Fe(OH)3、Mg(OH)2沉淀,但氨水中滴加Ag+溶液开始出现沉淀AgOH,继续滴加沉淀即溶解生成银氨溶液;(2)氨水遇酸、酸性氧化物可以成盐,又根据氨水与酸的量关系分别得到正盐和酸式盐。如:用氨水吸收少量二氧化硫的离子方程式NH3.H2O+SO2=NH4++HSO3-是错误的。
2.NO、O2被水吸收的分析错误。
NO、O2被水吸收实质上发生如下反应:2NO+O2=2NO2,3NO2+2H2O=2HNO3+NO。生成NO还可以继续氧化,生成NO2再溶于水,这是一个循环反应。如无任何气体剩余,最终产物应为HNO3,恰好反应的量的关系:4NO+3O2+2H2O=4HNO3,实际反应中可以有NO或O2剩余,但不能两者兼有之。
3.氮可以形成多种氧化物。NO2可以与水反应生成硝酸,但NO2不是硝酸的酸酐。掌握酸酐的判断方法。NO2与溴蒸气不能用湿润的KI淀粉试纸检验。
4.NO3-在酸性溶液中具有强氧化性,可以将Fe2+氧化为Fe3+、SO32-氧化为SO42-,将I-、Br-、S2-氧化为I2、Br2、S。
5.检验NH4+离子,可加入烧碱溶液后,必须加热,再用湿润的红色石蕊试纸检验NH3,否则不一定有NH3放出。
【典型例题评析】
例1Murad等三位教授最早提出NO分子在人体内有独特功能,近年来此领域研究有很大发展,因此这三位教授荣获了1998年诺贝尔医学及生理学奖。下列关于NO的叙述不正确的是(1999年全国高考题)
A.NO可以是某些含低价N物质氧化产物B.NO不是亚硝酸酐
C.NO可以是某些含高价N物质的还原产物D.NO是棕色气体
思路分析:本题看似很深奥,实际不然,考查的落点是中学化学常见物质NO的有关性质。根据NO中氮元素的化合价(+2)处于氮元素中间价态,应用氧化还原反应原理可推知:NO既可能是低价含N物质的氧化产物,又可能是高价含N物质的还原产物;根据酸酐概念亚硝酸酸酐应是N2O3;NO应是无色气体。
答案:D
方法要领:要答好这类“高起点,低落点”试题,首先要克服心理障碍,找准题中化学知识运用的着落点,其次,要掌握好重要基本概念和基本理论。这类试题所涉及的基本理论通常是结构理论(包括原子结构中的质量数=中子数+质子数,质子数、核电荷数、核外电子数之间关系等)、分子结构中微粒成键规律、氧化还原反应规律;所涉及的概念通常是原子相对原子质量、同位素、同素异形体等。
例2右图为装有活塞的密闭容器,内盛22.4mL一氧化氮。若通入11.2mL氧气(气体体积均在标准状况下测定),保持温度、压强不变,则容器内的密度(1993年上海高考题)
A.等于1.369g/LB.等于2.054g/L.
C.在1.369g/L和2.054g/L之间D.大于2.054g/L
思路分析:题给的密闭容器中通入O2后发生2个化学反应:2NO+O2=2NO2
2NO2N2O4。为便于计算和推导,可将题给22.4mLNO转换为22.4LNO,将题
给11.2mLO2转换为11.2LO2,即容器内盛有1molNO,充入0.5molO2。根据质量守恒定律,容器内的总质量为:1mol×30g/mol+0.5mol×32g/mol=46g。
假定1molNO与0.5molO2恰好完全反应,则生成1molNO2。在标准状况下1molNO2的体积为22.4L,此时混合气体的密度为46g/22.4L=2.054g/L。但是,由于反应2NO2N2O4的存在,且保持温度、压强不变,因此使平衡混合气体的体积小于22.4L,故其密度必定大于2.054g/L。
答案:D
方法要领:解本题时最容易忽略2NO2N2O4的平衡(这是一个隐含的平衡),而误选B。
在涉及到的NO2或N2O4有关量的计算问题,一般要考虑可逆反应2NO2N2O4的存在对有关量(气体物质的量、体积、密度、式量等)的影响,这是同学们应重视的一个知识点。
例3已知磷酸分子中的三个氢原子都可以跟重水分子(D2O)中的D原子发生氢交换,又知次磷酸(H3PO2)也可跟D2O进行氢交换,但次磷酸钠(NaH2PO2)却不再能跟D2O发生氢交换。又此可推断出H3PO2的分子结构是(1994年全国高考题)
思路分析:由H3PO4在有三个氢原子可以与D2O发生氢交换及题给H3PO2分子结构知:-OH中的H原子能与D2O发生H交换。现H3PO2能与D2O发生H交换而NaH2PO2则不能(说明NaH2PO2分子中没有羟基H原子),可以类推出H3PO2中只有一个-OH,从而选B。
答案:B
方法要领:本题题给信息的实质是:含氧酸分子中的H原子,只有与氧原子结合形成羟基-OH结构时,才有酸性。由于次磷酸H3PO2只能电离出一个H+,它是一元酸;NaH2PO2中的H原子不能电离,也不能与碱反应,NaH2PO2属于正盐。同理CH3COOH分子中只有一个-OH,乙酸是一元酸。因此“含氧酸分子中含有几个H原子,就是几元酸”的说法是错误的。
此题为信息给予题,它以一般学生没有接触过的知识实例作为原型(磷酸分子中3个-OH中的H可D2O发生H交换),要求学生在原型的启发下求解。这类题一般思路为:分析原型→找出规律[只有活泼的氢(能电离的H)才能发生氢交换]→比较问题和原型→建立联系→应用规律→完成迁移。
例4用以下三种途径来制取相等质量的硝酸铜:(1996年高考化学试测题)
(1)铜跟浓硝酸反应;(2)铜跟稀硝酸反应;(3)铜先跟氧气反应生成氧化铜,氧化铜再跟硝酸反应。以下叙述中正确的是
A.三种途径所消耗的铜的物质的量相等
B.三种途径所消耗的硝酸的物质的量相等
C.所消耗的铜的物质的量是:途径(3)>途径(1)>途径(2)
D.所消耗的硝酸的物质的量是:途径(1)>途径(2)>途径(3)
思路分析:本题是评价制备方案的优劣。从绿色化学角度看(1)要节约原料;(2)是副产品对环境污染小。(1)Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,(2)3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,(3)2Cu+O2=2CuO,CuO+2HNO3=Cu(NO3)2+H2O。若生成3molCu(NO3)2,可得消耗原料量及生成污染物NOx的量(见下表):
Cu(NO3)2CuHNO3NOx
(1)3mol3mol12mol6mol
(2)3mol3mol8mol2mol
(3)3mol3mol6mol0mol
由上表知:(1)耗HNO3最多,生成污染物最多;(3)耗HNO3最少,没有污染物。
答案:A、D
方法要领:本题考查对硝酸性质、用途的理解及氧化还原反应知识,通过分析比较选择出最佳途径的能力。
从不同浓度硝酸与铜的反应可以看出,在硝酸与铜的反应中,硝酸充当了氧化剂和提供硝酸根两种作用,因稀硝酸与铜反应时,氮元素的化合价由+5降为+2价,故作为氧化剂消耗的硝酸较少,而(3)中氧气为氧化剂,硝酸全部用提供酸根用,故消耗硝酸的为(1)>(2)>(3)。
例5在下图装置中,烧瓶中充满干燥气体a,将滴管中的液体b挤入烧瓶内,轻轻振荡烧瓶,然后打开弹簧夹f,烧杯中的液体b呈喷泉状喷出,最终几乎充满烧瓶。则a和b分别是(1995年全国高考题)
思路分析:产生喷泉的条件:气体在液体中的溶解度很大,产生足够的压强差(负压)。CO2在水中溶解度不大,不能产生喷泉,但在NaOH溶液中因发生CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,其溶解度显著增大,此时形成喷泉。题干要求液体充满烧瓶。
答案:B、D
方法要领:中学阶段,在水中能形成喷泉现象常见的有NH3、HCl、HBr、HI、SO2等溶解度大的气体;CO2、H2S、Cl2等在水中溶解度不大的气体,不能形成喷泉,但若将水改成NaOH溶液,这些气体在碱性溶液中溶解度显著增大,从而形成喷泉;此外,喷泉实验装置若发生改变,也可能使本来不能形成喷泉的气体形成喷泉,因此,要从产生喷泉的条件认识形成喷泉的本质。
例6同温同压下,两个等体积的干燥圆底烧瓶中分别充满①NH3,②NO2,进行喷泉实验,经充分反应后,瓶内溶液的物质的量浓度为(1998年上海高考题)
A.①>②B.①
思路分析:设圆底烧瓶的体积为VL,所含气体的物质的量为xmol。则:
c(NH3)=x/Vmol/L而3NO2+H2O=2HNO3+NO,c(HNO3)=[2/3xmol]÷[2/3VL]=x/Vmol/L。
答案:C
方法要领:只要在同温同压下,单一气体(或某一气体中混有空气)如进行喷泉实验(在H2O中)后所得溶液的浓度均相同。它与液体上升高度无关。如是标准状况则浓度为1/22.4mol/L。
注意:若误以为NO2与H2O生成HNO3的物质的量为2/3x,而忽视了溶液的体积也是2V/3L的话,就会得出两者浓度不等的结论。
例7某试剂厂有银(含杂质铜)和硝酸(含杂质Fe3+)反应制取硝酸银.步骤如下(1996年上海高考题)
依据上述步骤,完成下列填空:
(1)溶解银的硝酸应该用硝酸(填浓或稀)。原因是(填序号,下同)
(a)减少过程中产生NOX的量(b)减少原料银的消耗量(c)节省硝酸物质的量
(2)步骤B加热保温的作用是.
(a)有利于加快反应速率
(b)有利于未反应的硝酸挥发
(c)有利于硝酸充分反应,降低溶液中[H+]
(3)步骤C中是为了除去Fe3+、Cu2+等杂质,冲稀静置时发生的化学反应是
(a)置换反应(b)水解反应(c)氧化还原反应
产生的沉淀物化学式.
思路分析:(1)根据反应方程式:Ag+2HNO3(浓)=AgNO3+NO2↑+H2O、3Ag+4HNO3(稀)=3AgNO3+NO↑+2H2O可知:每生成1molAgNO3,如用浓HNO3,消耗HNO32mol,产生1molNO2;如用稀HNO3,只需HNO34/3mol,放出NO1/3mol。故用稀硝酸比用浓硝酸好,原因为(a)、(c)。
(2)根据温度对反应速率的影响,加热保温是使反应加快,促使HNO3与Ag反应,而不希望HNO3损失,因此其目的是(a)、(c)。
(3)由水解原理,溶液浓度小,促进水解,使Fe3+、Cu2+生成难溶的Fe(OH)3、Cu(OH)2而除去。
答案:(1)稀,(a)、(c)(2)(a)、(c)(3)(b),Fe(OH)3、Cu(OH)2
方法要领:联系工业生产流程,运用化学知识,理解化学原理解答生产中的问题是高考的热点。用到的化学原理有:反应速率;水解反应;物质分离和提纯的方法。试题的能力要求较高,立意新。考生应首先将整个流程看懂,在理解每一操作步骤的目的和作用的同时,须联系各步骤的相互关系和作用。明确前一操作是后一操作过程的基础和条件。如:过量的Ag与稀HNO3混合其目的是使HNO3充分反应,步骤B加热保温的原因也是为这一目的而设置的。它使NOx不断逸出,降低酸度,有利于下一步用水冲稀,使杂质离子水解完全,并通过静置而沉降。以上三个步骤一环紧扣一环。
本题通过AgNO3生产的步骤、过程,考查考生对金属(Ag、Fe、Cu)与HNO3反应的理解程度。在步骤C中,虽然Ag+也参与水解,但AgOH很不稳定分解:AgOH→Ag2O,合并于过量银中循环使用。
题中给出了生产的过程图,提供了解题线索。解题时应根据银与不同浓度HNO3的反应及产生,考虑生产实际中的价值及产物对社会环境的影响,不难选择问题(1)中的答案为稀HNO3及其原因。借助化学反应的原理及条件,离子的性质等知识,从而顺利解答出问题(2)和(3)。
例8实验室用氨气还原氧化铜的方法测定铜的近似相对原子质量,反应的化学方程式为:2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O(1996年上海高考题)
试回答:(1)如果选用测定反应物CuO和生成物H2O的质量[m(CuO)、m(H2O)]时,请用下列仪器设计一个简单的实验方案。
①仪器连接的顺序(用字母编号表示,仪器可重复使用);d中浓硫酸的作用是,;实验完毕时观察到a中的现象是;
②列出计算Cu的相对原子质量的表达式;
③下列情况将使测定结果偏大的是。(以下选择填空不限1个正确答案,均用字母编号填写)
(a)CuO未全部还原为Cu(b)CuO受潮(c)CuO中混有Cu
(2)如果仍采用上述仪器装置,其他方案可选用测定的物理量有
(a)m(Cu)和m(CuO)(b)m(N2)和m(H2O)(c)m(Cu)和m(H2O)(d)m(NH3)和m(H2O)
思路分析:根据本题的意图是需要测定反应物氧化铜和生成物水的质量,从而利用氨和加热条件下的氧化铜在化学反应中的关系求出铜的相对原子质量。氧化铜的质量可直接从所取的药品称量中得知,测反应生成的水的质量时,应考虑制得的氨气中混有的水蒸气对测量有干扰作用,应予以排除,反应后的气体中必然夹杂着未反应完的氨气,吸收水蒸气时也要考虑不能用浓硫酸作吸收剂,否则会同时吸入水蒸气和氨气,造成测量数据偏大。
(1)①NH4Cl和Ca(OH)2反应可生成NH3,经碱石灰干燥后(不能用浓H2SO4干燥),因为浓H2SO4要吸收NH3)把NH3通入a装置发生主体反应,将反应后生成的水蒸气用C吸收(不能用浓H2SO4吸收),因为还有未反应的NH3也可被浓H2SO4吸收,这样测量水的质量就偏大,多余的NH3用浓H2SO4吸收,同时也防止空气中的水蒸气进入第二个C装置中。
②2NH3+3CuO=N2+3Cu+3H2O(设铜的相对原子质量为x)
3(x+16)3×18
m(CuO)m(H2O)x=18m(CuO)/m(H2O)-16
或考虑计算铜的相对原子质量的思路是:
n(CuO)=m(H2O)/18M(CuO)=m(CuO)/n(H2O)=18m(CuO)/m(H2O)M(Cu)=M(CuO)-16如果测量反应前后硬质玻璃管的质量,则可测出反应生成的铜的质量,从测得的氧化铜的质量可计算铜的相对原子质量为:
M(Cu)=m(Cu)/n(CuO)=18m(Cu)/m(H2O)。
从测得的生成的水的质量,也可计算铜的相对原子质量为:
M(Cu)=m(Cu)/n(H2O)=18m(Cu)/m(H2O)。
③要使测定结果偏大,则m(H2O)m要偏小,其中(a)导致m(H2O)偏小(b)导致m(H2O)偏大(c)相当于m(H2O)偏小。故选a、c。
(2)由于气体的质量难于测量,也难于收集,所以(b)(d)是不可选用的。
答案:(1)①bcacd吸收未反应的氨防止空气中水分进入固体由黑色转变为红色②③a、c(2)a、c
方法要领:本题意在考查定量测定的能力和运用信息的能力。仪器的选择要从生成反应物及能够准确测量生成物来考虑,B装置产生混有水蒸气的氨气,因实验中要测定后一反应产生的水蒸气,故应先将氨气中的水蒸气除去,通过C得纯NH3后再通过A与CuO反应,因要测定生成的水的量,故再通过一次和C相同的装置(不是同一装置)只吸收水蒸气而不吸收多余的氨气,NH3有污染,不能排放到大气中,同时为防止空气中的水蒸气进入干燥管、确保实验准确性,故最后再通过浓H2SO4,这是此类定量实验中应密切注意的,问题②、③关系式法不难得到结论,问题(2)中b和d均与Cu或关系,无法计算。
一名优秀的教师就要对每一课堂负责,教师要准备好教案,这是老师职责的一部分。教案可以让上课时的教学氛围非常活跃,帮助教师有计划有步骤有质量的完成教学任务。怎么才能让教案写的更加全面呢?小编为此仔细地整理了以下内容《高一化学教案:《氧族元素》教学设计》,欢迎阅读,希望您能阅读并收藏。
高一化学教案:《氧族元素》教学设计
教学目的与要求:
1、使学生初步学习运用理论知识指导学习元素化合物知识的方法。
2、使学生了解氧族元素的原子结构与其单质及化合物性质递变的关系。
3、常识性介绍臭氧和过氧化氢,使学生初步了解保护臭氧层的意义。
教学重点:
1、原子结构与元素性质的关系
2、氧族元素性质的相似性和递变规律
教学难点:
1、子结构与元素性质的关系
2、氧族元素性质的相似性和递变规律
教学方法:指导阅读法、概述法、列举法
课型:新课
课时:2
教学内容:
第一课时
新课的准备:
带领学生阅读P124课文及图片,阐述本章的重点及难点,结合学生感兴趣的春游,让同学们选择在何种环境下进行,让学生产生兴趣,激励学生学习新知的欲望。
讲述:过去我们学习了物质结构及元素周期律,又学习了卤族元素,现在来学习ⅥA元素,只是学习方法不同,而是用元素周期律知识来研究新的一族元素。
新课进行:
指导学生阅读P125-P127课本,带着如下问题,要求读进去,边读边思考:①氧族元素包括哪些元素,元素符号与元素名称及在元素周期表中的位置?
②氧族元素的原子结构的相似与递变?主要为最外层电子数及电子层数、原子半径等。
③氧族元素的性质如何?主要为元素的金属性与非金属性、主要化合价?
④氧族元素的单质及化合物性质如何递变?与氢化合难易递变、氢化物的还原性、稳定性递变、最高价氧化物对应的水化物的酸碱性递变规律等。阅读后小结:
1、元素符号与元素名称
O S Se Te Po ⅥA
氧硫硒碲钋
周期:二三四五六
2、原子结构最外层电子:6;
电子层数逐渐增多,原子半径逐渐增大。
3、元素主要性质
元素的金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱;
主要化合价:-2、+4、+6
4、单质的性质
物理性质:①从典型的非金属过渡到金属,从非金属到半导体,再到导体;②熔沸点逐渐升高;③单质密度逐渐增大。
化学性质:容易获得2电子,与氢化合越来越难,Te不与氢直接化合。
强调:①硫与金属化合时,一般都显-2价,如,Fe+S = FeS。
②与卤素相比,非金属性比同周期的卤素要弱。
5、化合物性质
氢化物还原性逐渐增强,稳定性逐渐减弱;
最高价氧化物对应的水化物酸性逐渐增强,碱性逐渐减弱。
要求:相应物质的化学式:
SO2 SO3 SeO2 SeO3 TeO2 TeO2
H2SO3 H2SO4 H2SeO3 H2SeO4 H2TeO3 H2TeO4
H2S H2Se H2Te
新课的延伸:
比较:硫与铁化合、氯与铁化合、氧与铁化合。说明什么?
教学小结:
从四个方面介绍氧族元素的相似与递变。
作业:P129一、三、1与2,思考。
课后小结:
文章来源:http://m.jab88.com/j/29097.html
更多