資源簡介

(共39張PPT)
化 學(xué)
通用類
高等教育出版社
主題四 常見無機物及其應(yīng)用
4.1.1 常見非金屬單質(zhì)
主題四 常見無機物及其應(yīng)用 4.1.1 常見非金屬單質(zhì)
學(xué)習(xí)目標
1.通過辨識氯、硫、氮元素原子的核外電子排布，從微觀角度出發(fā)預(yù)測非金屬單質(zhì)及其化合物的化學(xué)性質(zhì)；通過判斷物質(zhì)類別，從宏觀角度出發(fā)，構(gòu)建研究物質(zhì)性質(zhì)的一般思路，發(fā)展宏觀辨識與微觀探析等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。2.通過觀察實驗現(xiàn)象，認識非金屬單質(zhì)及其化合物的主要性質(zhì)，并藉此設(shè)計合理的實驗方案，完成Cl-、SO42-和NH4+的檢驗，總結(jié)鑒別反應(yīng)的特點，發(fā)展現(xiàn)象觀察與規(guī)律認知、實驗探究與創(chuàng)新意識等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
3.通過實踐活動，了解酸雨形成的原因，討論酸雨的危害及防治措施，認識氯、硫、氮等非金屬單質(zhì)及其化合物在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用和對生態(tài)環(huán)境的影響，發(fā)展變化觀念與平衡思想、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
情境與問題
1929 年，享有“味精大王”美譽的愛國實業(yè)家吳蘊初（1891—1953）“開中國電化工業(yè)之新紀元”，在上海獨創(chuàng)了我國第一家氯堿廠——天原電化廠。今天，中國的氯堿工業(yè)早已插上騰飛的翅膀，成為國民經(jīng)濟的重要組成部分。氯堿工業(yè)為什么被稱為中國現(xiàn)代化工之母呢？
2NaCl ＋2H2O 2NaOH+ Cl2 ↑ + H2 ↑
通電
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
得到1e－
+17
2
8
7
Cl
畫出氯元素原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖，從核外電子排布的角度，推測氯元素的基本性質(zhì)和成鍵特點。
+17
2
8
Cl-
8
容易得到電子
具有氧化性
觀察與認知
氯元素原子的最外層有7 個電子，在化學(xué)反應(yīng)中容易得到1 個電子，呈現(xiàn)-1 價。因此，氯是一種活潑的非金屬元素，在自然界中常以化合態(tài)形式存在，并且，其單質(zhì)為共價單鍵結(jié)合的雙原子分子（Cl2），具有較強的氧化性。
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
1.氯氣
氯氣的發(fā)現(xiàn)
1774 年，瑞典化學(xué)家舍勒（1742—1786）在將軟錳礦（主要成分是MnO2）與濃鹽酸混合加熱的過程中，發(fā)現(xiàn)了一種具有強烈刺激性氣味的黃綠色氣體——氯氣。后來，英國化學(xué)家戴維（1778—1829）將組成這種氣體單質(zhì)的元素命名為“Chlorine”。
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
黃綠色氣體
有刺激性氣味
物理性質(zhì)
觀察
初識氯氣
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
①黃綠色氣體
②有強烈刺激性氣味、有毒
③比空氣重1.5倍
④易液化，常壓下，冷卻至–34.6 ℃，變?yōu)辄S綠色油狀液體，
工業(yè)上稱為“液氯”
⑤能溶于水，常溫下1體積水能溶解2體積氯氣
（1）氯氣的物理性質(zhì)
實驗室制備氯氣時，必須在通風(fēng)櫥中進行，并注意尾氣處理。
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
結(jié)合氯氣的物理性質(zhì)，思考以下問題：
①如何正確嗅聞氯氣？
②如果不慎發(fā)生氯氣泄露事故，現(xiàn)場應(yīng)該如何自救？
嗅聞氯氣操作
①應(yīng)采用左圖所示的方法嗅聞氯氣
②應(yīng)立即離開現(xiàn)場，向上風(fēng)地區(qū)轉(zhuǎn)移，并用濕毛巾護住口鼻。
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
（2）氯氣的化學(xué)性質(zhì)
實驗探究1：氯氣與金屬的反應(yīng)
觀看金屬鈉、鐵、銅在氯氣中燃燒的視頻，記錄反應(yīng)現(xiàn)象，寫出對應(yīng)的化學(xué)方程式。
鈉、鐵、銅均能在氯氣中劇烈燃燒，
分別產(chǎn)生大量白煙、棕黃色煙、棕褐色煙。
點燃
點燃
點燃
2Fe+3Cl2 2FeCl3
氯氣的化學(xué)性質(zhì)很活潑，能與所有的金屬直接化合，且一般把變價金屬(如Fe、Cu)氧化到最高價。
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
實驗探究2：氯氣與非金屬的反應(yīng)
在常溫下，氯氣與氫氣化合緩慢。如果點燃或用強光直接照射氯氣和氫氣的混合氣體，就會劇烈反應(yīng)而發(fā)生爆炸，生成氯化氫氣體。純凈的氫氣可在氯氣中安靜燃燒，火焰呈蒼白色。
思考：為什么H2在Cl2中能安靜燃燒，而兩者的混合物光照時會爆炸？
光照或點燃
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
2.氯水
氯氣能溶于水，常溫下，1 體積的水能夠溶解大約2.5 體積的氯氣。氯氣的水溶液稱為“氯水”，新制的氯水呈黃綠色，但放置一段時間后顏色會變淺。分析討論：氯氣在溶于水的同時是否還發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)？氯水的成分是怎樣的？
實驗探究3：氯氣與水的反應(yīng)
新制氯水
氯氣溶于水得到的氯水呈黃綠色，有氯氣的氣味。
Cl2＋H2O HCl＋HClO
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
實驗探究3：氯氣與水的反應(yīng)
操作2：在兩個干燥的集氣瓶中分別放入一小片干燥的紅色紙條a和濕潤的紅色紙條b，通入氯氣，觀察紙條顏色的變化。
現(xiàn)象與結(jié)論
干燥的紅色紙條無變化，濕潤的紅色紙條褪色。說明氯氣本身沒有漂白作用。
氯氣溶于水并與水反應(yīng)生成次氯酸（HClO），
HClO具有強氧化性和漂白性，能殺死水里的細菌，也能使有機物褪色。
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
實驗探究3：氯氣與水的反應(yīng)
操作3：分別用干燥、潔凈的玻璃棒蘸取少量新制氯水和稀鹽酸，滴在pH 試紙上，觀察并比較對應(yīng)的pH 以及試紙顏色有無變化。
廣
泛
pH
試
紙
13
14
1
3
5
7
9
11
2
4
6
8
10
12
pH=5
氯水
HCl
pH=5
氯水中存在次氯酸（HClO）和 HCl，因而既顯酸性又有漂白性。
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
實驗探究3：氯氣與水的反應(yīng)
操作4：在一潔凈的試管中加入2 mL 新制氯水，再向試管中加入幾滴10% AgNO3 溶液和幾滴稀硝酸，觀察現(xiàn)象，寫出對應(yīng)的離子方程式。
加入AgNO3 溶液時有白色沉淀生成，該沉淀不溶于稀硝酸。這是氯水中含有的HCl與AgNO3溶液間的反應(yīng)。
氯水中含有Cl-
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
實驗探究3：氯氣與水的反應(yīng)
操作5：將兩瓶新制氯水分別置于陽光下和冷暗處，相同時間后觀察并比較溶液顏色的變化。
置于陽光下的氯水顏色明顯變淺，
思考：若放置太久，氯水的成分會發(fā)生怎樣的變化？
HClO 不穩(wěn)定，容易分解放出氧氣，在光照下其分解速率加快。
因此，氯水最好現(xiàn)用現(xiàn)配，并貯存于棕色瓶中、置于冷暗處。
日光
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
新制氯水 久置氯水
顏色 淺黃綠色 無色
存在微粒 Cl2、HClO、H2O H+、Cl-、ClO-、OH-（微量） H2O
H+、Cl-、OH-（微量）
性質(zhì) 酸性、氧化性、漂白性 酸性
新制氯水與久置氯水的比較
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
新制氯水的性質(zhì)
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
實驗探究4：氯氣與堿的反應(yīng)
將氯氣通入氫氧化鈉溶液中——可制取漂白液
制取反應(yīng)的化學(xué)方程式:
__________________________________________。
離子方程式:________________________________。
漂白液的有效成分是_________。
次氯酸鈉
Cl2+2NaOH NaCl+NaClO+H2O
Cl2+2OH- Cl-+ClO-+H2O
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
3.氯氣的實驗室制備
△
用向上排空氣法收集氯氣
多余的氯氣用
氫氧化鈉溶液吸收
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
小明在淸洗抽水馬桶時，為強化清洗效果，便將潔廁靈和84消毒液同時倒入抽水馬桶，結(jié)果兩種液體迅速反應(yīng)，并產(chǎn)生黃綠色、令人窒息的刺激性氣體。閱讀潔廁靈安全使用說明后發(fā)現(xiàn)：“請勿與漂白劑或其他化學(xué)產(chǎn)品一起使用，以免產(chǎn)生有害氣體”，方知兩者不能混用。請你利用所學(xué)知識解釋“84消毒液”不能和潔廁靈混用的原因。
“84消毒液”主要成分是次氯酸鈉（NaClO），是強酸弱堿鹽，在水中可以水解生成次氯酸（HClO）。次氯酸具有強氧化性，所以可以漂白、消毒。
潔廁靈的主要成分是鹽酸（HCl），兩者相遇后會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：
2HCl+NaClO === NaCl+Cl2↑+H2O
一.氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一——氯
鑒于傳統(tǒng)的利用Cl2 和漂粉精等產(chǎn)生的HClO 來進行飲用水消毒的方法存在能產(chǎn)生致癌物質(zhì)等隱患，人們一直在積極研發(fā)更加科學(xué)、有效、健康的新型自來水消毒制劑。目前備受推崇的是被世界衛(wèi)生組織（WHO）列為A1 級高效安全滅菌消毒劑的二氧化氯（ClO2）。這種同樣為黃綠色氣體的新型自來水消毒劑，具有在水中的殺菌、消毒能力強，持效長， 受水體自身的pH 變化影響小的特點。我國自2000 年起逐步用二氧化氯取代氯氣對飲用水進行消毒。
自來水消毒劑
二.黑火藥的組成成分——硫
觀察與認知
畫出硫元素原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)硫元素原子得失電子的情況，推測其基本性質(zhì)及成鍵特點。解釋單質(zhì)硫為什么會以S2、S4 、S6 、S8等形式存在？
得到2e－
+16
2
8
6
S
+16
2
8
S2-
8
硫原子有多種共用電子的方式，
能形成多種共價鍵，S2、S4、S6、S8互為“同素異形體”。
S8分子結(jié)構(gòu)模型
二.黑火藥的組成成分——硫
1.硫的物理性質(zhì)
在自然界中，硫元素常以游離態(tài)存在于火山口或地殼巖層內(nèi)，或以硫化物和硫酸鹽等形式存在于煤、石油和礦泉水中。
單質(zhì)硫的晶體
顏 色：
狀 態(tài)：
硬 度：
溶解性：
凝 華：
黃色或淡黃色
固體
較小，質(zhì)脆
不溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳
硫蒸氣急劇冷卻，會直接凝聚成粉末形成硫華
即學(xué)即用：
如何清洗沾有硫磺的試管呢
二.黑火藥的組成成分——硫
2.硫的化學(xué)性質(zhì)
結(jié)合硫元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖以及其在元素周期表中的位置，
預(yù)測硫單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。
第三周期，VIA族
硫的最高正化合價 +6；最低負化合價 -2
單質(zhì)S既具有氧化性，也具有還原性
-2
S
0
S
+6
S
被還原
被氧化
二.黑火藥的組成成分——硫
①硫與非金屬的反應(yīng)
△
點燃
硫在純氧中燃燒
硫蒸氣能和氫氣直接化合成硫化氫。
硫在空氣或純氧中燃燒時，生成二氧化硫，火焰為藍色
二.黑火藥的組成成分——硫
硫與鐵反應(yīng)
Fe + S = FeS
△
0
-2
硫與鈉的反應(yīng)
2Na + S = Na2S
研磨
0
-2
硫與銅的反應(yīng)
2Cu + S = Cu2S
△
-2
0
硫與汞的反應(yīng)
Hg + S = HgS
△
0
-2
②硫與金屬反應(yīng)
（劇烈反應(yīng)并發(fā)生爆炸）
（黑色）
（黑色）
（水銀撒落后的處理）
硫的氧化性不如氯，因此，S與變價金屬（如Fe）作用時不能將金屬氧化至高價態(tài)，硫的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，能和除金、鉑以外的各種金屬直接化合，生成金屬硫合物并放出熱量
二.黑火藥的組成成分——硫
硫元素的化合價與氧化性、還原性之間的關(guān)系
二.黑火藥的組成成分——硫
鋰硫電池
新能源汽車的核心動力一直是制約其發(fā)展的短板。高比能新型鋰硫電池的研發(fā)是突破發(fā)展瓶頸的一個方向。這種電池摒棄了三元鋰電池正極材料所使用的鎳鹽、鈷鹽和錳鹽，單純的以硫為電池正極，金屬鋰作為電池負極。具有高比容量、高比能量密度、自然資源豐富、低成本、環(huán)境友好、較寬的溫度使用范圍、過充保護等諸多優(yōu)勢。尤其是將石墨烯氣凝膠應(yīng)用于其中后使得性能進一步優(yōu)化。鋰硫電池的研發(fā)在全球科研界和產(chǎn)業(yè)界備受關(guān)注，我國于2011 年開始鋰硫電池的研發(fā)，目前正處于積極的推進階段。
三.空氣中含量最多的元素——氮
觀察與認知
畫出氮元素原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)氮元素的得失電子情況，寫出氮氣的電子式，推測其基本性質(zhì)，并從化學(xué)鍵的角度解釋為何氮氣分子在通常情況下非常穩(wěn)定。
+7
2
5
N
N2的電子式
非常穩(wěn)定
三.空氣中含量最多的元素——氮
色 態(tài)：
氣 味：
密 度：
溶解性：
無色氣體
無味
比空氣稍輕，在100kPa、–195.8 ℃時變?yōu)闊o色液體， –209.86 ℃時變成雪狀固體
通常狀況下，1體積水大約只溶解0.02體積的氮氣
思考：能用排空氣法收集氮氣嗎？
氮氣約占空氣體積的78%（體積分數(shù)），是空氣中含量最多的元素。結(jié)合你對空氣的認識，想一想氮氣的物理性質(zhì)是怎樣的？
醫(yī)學(xué)上，常用液氮作冷凍劑
1.氮氣的物理性質(zhì)
三.空氣中含量最多的元素——氮
2.氮氣的化學(xué)性質(zhì)
N2 ＋ O2
2NO
放電
N2 + 3Mg Mg3N2
點燃
高溫、高壓
催化劑
N2＋3H2
2NH3
在高溫或一定條件下氮氣的反應(yīng)能力增強，能與氫氣、氧氣、金屬等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)
工業(yè)上，氮氣是合成氨、制硝酸的重要原料
三.空氣中含量最多的元素——氮
氮分子中的兩個氮原子以共價叁鍵相結(jié)合，使得氮分子在通常狀況下很穩(wěn)定，既不可燃、不助燃，也很難參加化學(xué)反應(yīng)。
由于氮的化學(xué)惰性，常用作保護氣體。例如，用氮氣填充糧倉，可使糧食不霉爛、不發(fā)芽。
俗語說“雷雨發(fā)莊稼”。小組合作，分析這句話所涉及的化學(xué)知識。并以此為導(dǎo)引討論“氮固定”的方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家盧嘉錫先生的事跡。
科學(xué)家盧嘉錫
在雷雨天，閃電使大氣中產(chǎn)生NO并進一步氧化，再轉(zhuǎn)化為硝酸或硝酸鹽等。據(jù)估算，每年因雷雨而滲入大地的氮肥約有4億噸。
【跟蹤檢測】
1．下列有關(guān)硫的敘述中，錯誤的是
A．黑火藥的成分中含硫 B．硫磺軟膏可醫(yī)治某些皮膚病
C．單質(zhì)硫易溶于二硫化碳 D．單質(zhì)硫只有氧化性
【答案】D
【跟蹤檢測】
2．液氮能長時間保存活體組織和生物樣品，主要利用氮氣的性質(zhì)是
A．密度小 B．沸點低 C．難溶于水 D．無色無味
【答案】B
【跟蹤檢測】
3．下列關(guān)于氯氣的說法中，不正確的是
A．氯氣是黃綠色氣體，易液化
B．氯氣有毒，吸入過多會使人中毒死亡
C．相同狀況下氯氣的密度比空氣的密度大
D．氯氣易溶于水，并能與水反應(yīng)，氯水無色
【答案】D
【跟蹤檢測】
4．下列關(guān)于新制氯水的敘述，正確的是
A．新制氯水顯酸性，使藍色石蕊試紙最終變紅色
B．新制氯水呈淺黃綠色，是因為含有未參加反應(yīng)的Cl2分子
C．光照新制氯水有氣泡逸出，該氣體是Cl2
D．新制氯水放置數(shù)天后，漂白能力將變強
【答案】B
【跟蹤檢測】
5．下列說法不正確的是
A．硫在元素周期表第ⅥA族，非金屬性比氧弱
B．化石燃料直接燃燒會產(chǎn)生對大氣有嚴重污染的SO2氣體
C．硫在空氣中燃燒的產(chǎn)物是SO2，在氧氣中燃燒的產(chǎn)物是SO3
D．硫通常情況下為固態(tài)，不溶于水
【答案】C
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