18学年高中化学专题4化学科学与人类文明第1单元化学是认识和创造物质的科学教学案苏教版必修2.docx

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18学年高中化学专题4化学科学与人类文明第1单元化学是认识和创造物质的科学教学案苏教版必修2

第一单元　化学是认识和创造物质的科学

[学习目标定位]　1.知道化学科学理论发展的历程及其化学技术的发展对人类社会的贡献。

2.知道金属在自然界中的存在形态和金属冶炼的一般方法，会写相关的化学方程式。

一、化学是打开物质世界的钥匙

1．化学科学理论建立与发展

（1）19世纪：

①化学科学建立了以道尔顿原子论、分子结构和原子价键理论为中心内容的经典原子分子论。

②1869年门捷列夫发现了元素周期律。

③质量作用定律的提出，奠定了化学反应的动力学基础。

④尿素的人工合成，彻底动摇了“生命力论”，使有机化学得到迅猛发展。

（2）20世纪：

①化学家鲍林提出了氢键理论和蛋白质分子的螺旋结构模型，为DNA分子双螺旋结构模型的提出奠定了基础。

②人们借助扫描隧道显微镜，实现了对原子或分子的操纵。

2．人类对酸碱认识的发展

（1）认识发展过程

―→

―→

―→

―→

（2）阿伦尼乌斯酸碱理论：

①电解质电离时产生的阳离子全是氢离子的化合物是酸。

②电解质电离时产生的阴离子全是氢氧根离子的化合物是碱。

（3）酸碱质子理论：

①凡能给出质子（H＋）的物质都是酸。

②凡能接受质子的物质都是碱。

③若某物质既能给出质子又能接受质子，可称为酸碱两性物质。

（4）NaHCO3===Na＋＋HCO

，HCO

＋H＋===H2O＋CO2↑，HCO

＋OH－===H2O＋CO

，故根据酸碱质子理论可知HCO

可以被称为酸碱两性物质。

3．常见金属的冶炼

（1）常见金属大规模开发、利用的大致年限：

金属利用时间与金属活动性的关系：

金属活动性越强，人类开发、利用该金属的时间就越晚；金属活动性越弱，人类开发、利用该金属的时间就越早。

（2）金属冶炼的原理和实质

①金属冶炼的原理：

利用氧化还原反应的原理，在一定条件下，用还原剂或者加热、电解方法把金属化合物还原为金属单质。

②金属冶炼的实质：

金属离子

金属单质，即Mn＋＋ne－===M。

（3）金属的冶炼方法

答案　2HgO

2Hg＋O2↑　2Ag2O

4Ag＋O2↑

2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑　MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑

2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑

Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2　Fe2O3＋2Al

2Fe＋Al2O3

Fe＋CuSO4,FeSO4＋Cu　Cu2S＋O2

2Cu＋SO2

（4）金属冶炼的一般步骤

答案　富集　冶炼　精炼

1.冶炼方法的总规律

金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，越容易被还原，用一般的热分解法就能使金属还原；活动性居中或不太活泼的用热还原法；金属的位置越靠前，越难被还原，往往采用电解法使金属从矿石中还原出来。

2．金属活动性与冶炼方法的关系

金属单质还原性、失电子能力依次减弱

金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强

1．化学真正成为一门科学并较快发展，始于（　　）

A．舍勒发现氧气

B．质量守恒定律的发现

C．原子分子论的问世

D．中国湿法冶金术的推广

答案　C

解析　原子分子论的建立才使人们对物质变化有了本质的认识。

2．冶炼金属常用以下几种方法：

①以C、CO或H2作还原剂还原　②利用比较活泼金属Na、Mg等还原　③利用铝热反应原理还原　④电解法　⑤热分解法

下列金属各采用哪种方法还原最佳。

（1）Fe、Zn、Cu等中等活泼金属______。

（2）Na、Mg、Al等活泼或较活金属______。

（3）Hg、Ag等不活泼金属______。

（4）V、Cr、Mn、W等高熔点金属______。

（5）K、Rb、Cs、Ti等金属通常还原方法是______。

答案　

（1）①　

（2）④　（3）⑤　（4）③　（5）②

解析　选择的方法应以节约原料和降低成本为标准，同时有较高的产率，并易分离。

根据每种金属的特点应选择最佳方案。

其中（5）K、Rb、Cs、Ti等利用的原理比较特别，不是用活泼金属置换不活泼金属，而是平衡的原理，如Na＋KCl

NaCl＋K，抽离钾蒸气此反应得以继续进行。

而Ti是用Na来置换的：

4Na＋TiCl4

4NaCl＋Ti或用Mg来置换：

2Mg＋TiCl4

2MgCl2＋Ti。

易错提醒

（1）金属冶炼方法并不是唯一的，如铜的冶炼方法有湿法、火法，并不一定是热还原法。

（2）金属冶炼方法的选择，还应该注意金属元素在自然界中的存在形式。

二、化学是人类创造新物质的工具

1．电解技术的应用提高了食盐的利用价值

熔融氯化钠的电解

氯化钠水溶液的电解

存在微粒

Na＋、Cl－

Na＋、Cl－、H＋、OH－、H2O

阳极上的变化

及其反应式

Cl－失去电子被氧化，放出氯气：

2Cl－－2e－===Cl2↑

Cl－失去电子被氧化，放出氯气：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极上的变

化及其反

应式

Na＋结合电子被还原，析出金属钠：

Na＋＋e－===Na

由水电离出的H＋结合电子被还原，放出氢气，阴极附近OH－浓度增大：

2H＋＋2e－===H2↑

电解产物

Na、Cl2

NaOH、H2、Cl2

总反应的离

子方程式

2Na＋＋2Cl－

2Na＋Cl2↑

2Cl－＋2H2O

H2↑＋Cl2↑＋2OH－

2.化学在粮食增产方面的巨大作用

（1）合成氨技术的改进

1909年哈伯发明了合成氨技术，施用氮肥使世界粮食产量增长近一倍。

合成氨的原理为N2＋3H2

2NH3。

（2）研制杀虫剂

1944年后DDT被广泛用作杀虫剂，有效地控制了虫害，增加了粮食的产量。

但对环境危害大，已经被禁止使用。

目前人们正在研制高效、低残毒且能被生物降解的农药。

（3）光合作用原理的探索

植物的光合作用是地球上规模最大的化学反应，效率非常高。

若人们能弄清楚光合作用的原理，就可以使粮食生产出现重大变化。

3．新药物的合成

（1）阿司匹林的合成

1899年，科学家用化学方法合成了阿司匹林，其结构简式为

。

（2）1929年，弗莱明发现了一种蓝绿色霉菌叫青霉菌，它能产生一种抑制和杀死金黄色葡萄球菌的物质叫青霉素。

化学对人类的重要性

（1）人类不仅要不断开发利用自然资源，还要制造、合成有特定性能的新物质，而化学则是人类创造新物质的工具。

（2）化学科学发展在化学合成技术上所取得的巨大成就，使化学科研工作人工合成或从自然界分离出了更多的物质，以满足人类的需要，这是化学对人类文明的重大贡献之一。

3．20世纪化学合成技术的发展对人类健康水平和生活质量的提高做出了巨大贡献。

下列各组物质全部由化学合成得到的是（　　）

A．玻璃　纤维素　青霉素　　B．尿素　食盐　聚乙烯

C．涤纶　洗衣粉　阿司匹林　　D．石英　橡胶　磷化铟

答案　C

解析　A项中的纤维素是天然有机高分子化合物，B项中食盐的制备是物理过程，D项中的石英是自然界中存在的，不是由化学合成得到的。

4.下列化工生产原理错误的是（　　）

①可以用电解熔融氯化钠的方法来制取金属钠　②可以将钠加入到氯化镁饱和溶液中制取镁　③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝　④炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热

A．②③B．①③C．①②③D．②③④

答案　D

解析　钠可以和氯化镁饱和溶液中的水反应，故不能将镁置换出来；电解法冶炼铝所用的原料为氧化铝；炼铁高炉中所发生的反应CO2＋C

2CO属于吸热反应。

知识拓展　

高炉炼铁所涉及的主要反应为C＋O2

CO2，CO2＋C

2CO,3CO＋Fe2O3

2Fe＋3CO2，反应过程中真正还原Fe2O3的是CO而不是C，反应过程中既被氧化又被还原的元素是碳。

1．要使3.2g氧化铁完全还原，事先应准备的CO在标准状况下的体积为（　　）

A．1344mLB．672mL

C．大于1344mLD．小于672mL

答案　C

解析　根据Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2计算出所需CO体积的理论值为1344mL，而实验开始时，需先通入CO排尽玻璃管中的空气，实验结束时，停止加热后，还需继续通入CO至试管冷却，以防还原出来的铁被氧化，另外，还应考虑到通入的CO不可能全部参加反应，故应大于1344mL。

2．氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼，下列说法不正确的是（　　）

A．电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化

B．湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应

C．用磁铁矿炼铁的反应中，1molFe3O4被CO还原成Fe，转移9mole－

D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化

答案　C

解析　C项，应转移8mole－。

3．下列说法不正确的是（　　）

A．有些活泼金属如铝可作热还原法的还原剂

B．用电解熔融NaCl的方法来冶炼金属钠

C．可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝

D．回收废旧金属可以重新制成金属或它们的化合物

答案　C

解析　铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属，如2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3；金属钠是用电解熔融的NaCl的方法制取；铝是活泼金属，很难用还原剂把它还原出来；回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物。

4．根据酸碱电离理论，判断下列化合物属于酸的是（　　）

①HCl　②NaHSO4　③CH3COOH　④Na2CO3⑤Al（OH）3　⑥NaOH

A．①②③B．④⑤⑥C．①③D．②③

答案　C

解析　酸碱电离理论认为电解质电离时产生的阳离子全部是H＋的化合物是酸。

5．

（1）下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是________。

A．2HgO

2Hg＋O2↑

B．Fe3O4＋4CO

3Fe＋4CO2

C．2MgO

2Mg＋O2↑

D．2Ag2O

4Ag＋O2↑

（2）简要说明不符合工业实际的原因：

_________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）C

（2）MgO熔点高，电解耗能大，实际工业生产中采用电解熔融态的MgCl2冶炼镁

解析　C项中MgO的熔点很高，因而电解熔融态的MgO需要消耗很多的能量。

现实工业生产中冶炼镁用电解熔融态的MgCl2。

[基础过关]

题组一　金属的冶炼

1．我国古代炼丹家魏伯阳所著《周易参同契》是世界上现存最早的一部炼丹专著。

书中描写到：

“金入于猛火，色不夺精光。

”这句话的意思是指黄金的性质在强热条件下（　　）

A．活泼B．稳定

C．易氧化D．易还原

答案　B

解析　金的性质稳定，在强热条件下也不反应。

2．下列说法错误的是（　　）

A．对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用

B．提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步

C．活泼金属的冶炼都是通过电解其盐溶液

D．热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等

答案　C

解析　活泼金属的冶炼是电解其熔融盐（如MgCl2、NaCl等）或熔融氧化物（如Al2O3等）制得的，电解其盐溶液得不到金属单质，C错误。

3．工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法。

你认为选择方法的主要依据是（　　）

A．金属在自然界的存在形式

B．金属元素在地壳中的含量

C．金属熔点高低

D．金属阳离子得电子的能力

答案　D

解析　冶炼金属选择方法是根据金属的活动性，金属冶炼是金属阳离子得电子的过程，即金属冶炼方法与金属阳离子得电子能力有关。

4．冶炼金属一般有下列四种方法：

①焦炭法　②水煤气（或氢气，或一氧化碳）法　③活泼金属置换法　④电解法。

四种方法在工业上均有应用。

古代有（Ⅰ）火烧孔雀石炼铜；（Ⅱ）湿法炼铜；现代有（Ⅲ）铝热法炼铬；（Ⅳ）从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是（　　）

A．（Ⅰ）用①B．（Ⅱ）用②

C．（Ⅲ）用③D．（Ⅳ）用④

答案　B

解析　选择金属的冶炼方法要考虑金属在自然界中存在的状态及金属的活动性。

（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）、（Ⅳ）发生的反应分别是

（Ⅰ）：

Cu2（OH）2CO3

2CuO＋CO2↑＋H2O，C＋2CuO

2Cu＋CO2↑，符合①；

（Ⅱ）：

Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，符合③；

（Ⅲ）：

2Al＋Cr2O3

Al2O3＋2Cr，符合③；

（Ⅳ）：

先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2：

MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑，符合④。

题组二　电解技术、合成技术的应用

5．天然皮革是一种常见的材料，它被广泛应用于制衣、制鞋、制胶（如阿胶）等。

下列说法中正确的是（　　）

A．它属于纤维制品

B．它是脂肪类物质

C．它属于橡胶制品

D．它是凝固和改变性质的蛋白质

答案　D

解析　皮来源于动物，是蛋白质，天然皮革是动物皮经变性、防腐处理得到的，所以天然皮革属于凝固和改变性质的蛋白质。

6．下列关于青霉素的说法正确的是（　　）

A．青霉素是一种无机化合物

B．青霉素是人类合成的第一种有机物

C．青霉素拯救了人类

D．青霉素是人类合成的一种抗菌药

答案　D

解析　青霉素是有机物，而非无机物，但人类合成的第一种有机物不是青霉素，而是尿素，虽然20世纪青霉素拯救了数千万人的生命，但还谈不上拯救了人类，A、B、C都不正确。

7．如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图，下列说法不正确的是（　　）

A．从E口逸出的气体是H2

B．从D口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性

C．标准状况下每生成22.4LCl2，便产生2molNaOH

D．粗盐水中含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO

等离子，精制时先加Na2CO3溶液

答案　D

解析　Na＋向阴极区迁移，H＋在阴极上发生还原反应产生H2，A项正确；在阴极电解水，水导电能力弱，加入少量氢氧化钠增强其导电性，B项正确；根据电解方程式2NaCl＋2H2O

2NaOH＋Cl2↑＋H2↑知，n（Cl2）＝

＝1mol，生成1molCl2必生成2molNaOH，C项正确；精制食盐时，要先加入过量BaCl2溶液除去SO

，过量的BaCl2用Na2CO3溶液除去，若先加Na2CO3溶液，后加入BaCl2溶液，则过量的Ba2＋不能除去，D项错误。

8．在人们的印象中，塑料是常见的绝缘材料，但2000年3名诺贝尔化学奖得主的研究成果表明，塑料经改造后能像金属一样具有导电性。

要使塑料聚合物导电，其内部的碳原子之间必须交替地以单键和双键结合（再经掺杂处理）。

目前导电聚合物已成为物理学家和化学家研究的重要领域。

由上述分析，下列聚合物经掺杂处理后可以制成“导电塑料”的是（　　）

A．CH2—CH==CH—CH2

B．

C．

D．

答案　B

解析　“导电塑料”的结构特点是“内部的碳原子之间必须交替地以单键和双键结合”，则其结构中一定含有双键，可以排除C项和D项。

而A项中碳原子之间的结合方式为

…—CH2—CH==CH—CH2—CH2—CH==CH—CH2—…，

并不是交替出现单双键。

题组三　从不同角度理解酸、碱的概念

9．根据电离理论，下列物质不属于酸的是（　　）

A．硫酸B．磷酸二氢钠

C．乙酸D．水

答案　B

解析　电离理论指电离时所生成的阳离子全部是H＋的化合物才是酸。

10．20世纪20年代，化学家提出了酸碱质子理论。

其要点是凡能够给出质子的分子或离子都是酸；凡能够接受质子的分子或离子都是碱，按此观点，下列粒子既属于酸又属于碱的是（　　）

①H2O　②CO

　③Al3＋　④CH3COOH　⑤NH

⑥HCO

A．①⑥B．②③C．④⑥D．④⑤

答案　A

解析　领会或把握信息是关键。

酸碱质子理论的核心：

分子或离子①接受H＋为碱；②给出H＋为酸。

分析：

H2OH＋＋OH－是酸；H2O＋H＋H3O＋是碱。

HCO

H＋＋CO

是酸；HCO

＋H＋H2CO3H2O＋CO2是碱。

[能力提升]

11．某地产孔雀石的主要成分是Cu2（OH）2CO3。

（1）试写出该孔雀石高温分解的化学方程式：

_______________________________

________________________________________________________________________。

（2）试以

（1）中所得金属氧化物为原料，分别采用湿法冶炼和高温冶炼的方式制取金属铜。

供选择的试剂有：

①木炭　②铁屑　③生石灰　④稀H2SO4，不得另选其他试剂，写出有关反应的化学方程式。

A．湿法冶炼：

_______________________________________________________；

B．高温冶炼：

________________________________________________________。

答案　

（1）Cu2（OH）2CO3

2CuO＋H2O↑＋CO2↑

（2）A：

CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O、Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu

B：

2CuO＋C

2Cu＋CO2↑（或CuO＋C

Cu＋CO↑）

解析　孔雀石受热发生分解反应[实际上为Cu（OH）2、CuCO3的分解反应]：

Cu2（OH）2CO3

2CuO＋H2O↑＋CO2↑。

由CuO炼铜，可用焦炭还原法：

C＋2CuO

2Cu＋CO2↑；Cu2（OH）2CO3和CuO都不溶于水，但溶于硫酸，可以采用湿法炼铜。

12．化学科学发展的历史，是一部人类逐步深入认识物质组成、结构、变化的历史。

随着知识水平的不断提高，人们对化学概念的认识与描述也在不断完善。

（1）初中时，我们将物质与氧气发生的反应称为氧化反应。

试从氧化反应的本质上重新定义：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）燃烧是可燃物与氧气发生的一种发光发热的剧烈的氧化反应。

该定义具有一定的局限性，试结合高中所学知识，给燃烧重新定义：

____________________________________。

（3）电离时生成的阳离子全部是氢离子的化合物叫作酸。

这是1883年瑞典化学家阿伦尼乌斯（S.Arrhenius）提出的电离学说。

试用有关方程式表示氨的水溶液呈弱碱性的原因：

________________________________________________________________________。

1923年丹麦化学家布朗斯特（Bronsted）和英国化学家劳里（Lowry）提出了酸碱质子理论。

该理论认为凡能给出质子（H＋）的物质都是酸；凡能接受质子（H＋）的物质都是碱。

根据酸碱质子理论判断，下列粒子既可看作酸又可看作碱的是________（填序号）。

A．CH3COO－　B．NH

　C．H2O　D．HSO

E．OH－　F．NO

（4）1923年路易斯（Lewis）提出了广义的酸碱理论：

凡是能给出电子对的物质都是碱；凡是能接受电子对的物质都是酸。

如：

H＋＋[

OH]－―→H∶OH，即酸（电子对接受体）＋碱（电子对给予体）→产物。

试指出下列两个反应中的酸或碱：

①F－＋H2OHF＋OH－，该反应中的碱是________（填“F－”或“H2O”）。

②H3BO3＋H2OH＋＋B（OH）

，该反应中的酸是________（填“H3BO3”或“H2O”）。

答案　

（1）物质失去电子的反应称为氧化反应　

（2）物质之间发生的剧烈的发光发热的氧化还原反应称为燃烧　（3）NH3＋H2ONH3·H2ONH

＋OH－　CD　（4）F－　H3BO3

解析　

（1）经过高中的学习，我们知道氧化反应的本质是物质失去电子。

（2）燃烧不一定要有O2参加，如Mg在CO2中燃烧，H2在Cl2中燃烧等。

（3）根据布朗斯特和劳里的酸碱质子理论：

H2O既可以接受质子形成H3O＋，又可以给出质子形成OH－；HSO

既可以接受质子形成H2SO3，又可以给出质子形成SO

，所以这两种粒子既可看作酸又可看作碱。

（4）根据路易斯的酸碱理论分析，F－与H2O的反应中，F－提供电子对，所以F－是该反应中的碱；H3BO3与H2O的反应中，H3BO3接受电子对，所以H3BO3是该反应中的酸。

13．氯气是一种重要的化工原料，历史上曾采用如下方法制备氯气，请回答相应的问题：

（1）1774年瑞典化学家舍勒用软锰矿（主要成分是MnO2）和浓盐酸作用最先制得了氯气，该反应的离子方程式为______________________________________________________。

（2）历史上曾用“地康法”制氯气。

这一方法是用CuCl2作催化剂，在450℃利用空气中的氧气与氯化氢反应制氯气。

这一反应的化学方程式为__________________________。

（3）现代氯碱工业是化学工业的基础之一，是制氯气的重要方法，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）工业上常用电解熔融氯化钠的方法制取金属钠和氯气，试回答下列问题：

①金属钠在________极上产生。

②写出产生Cl2的电极反应式：

______________________________________________。

③该反应________（填“是”或“不是”）离子反应。

如果是，请写出该反应的离子方程式________________________________________________________________________

（如不是，则此空不填）。

④为何不采用电解食盐水来制取钠？

________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）MnO2＋4H＋＋2Cl－

Mn2＋＋2H2O＋Cl2↑

（2）O2＋4HCl

2Cl2＋2H2O

（3）2NaCl＋2H2O

2NaOH＋Cl2↑＋H2↑

（4）①阴　②2Cl－－2e－===Cl2↑　③是　2Na＋＋2Cl－

2Na＋Cl2↑

④NaCl溶液中含有H＋，H＋氧化性大于Na＋，因此Na＋不会发生反应生成Na

14．钛（Ti）被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白（TiO2）是目前最好的白色颜料。

制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿，我国的钛铁储量居世界首位。

用含Fe2O3的钛铁矿（主要成分为FeTiO3）制备TiO2流程如下：

（1）步骤①加Fe的目的是________________________________________________；

步骤②冷却的目的是____________________________________