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人教版(2019)高中化学必修二第五章 化工生产中的重要非金属元素 单元解读课件
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这是一份人教版(2019)高中化学必修二第五章 化工生产中的重要非金属元素 单元解读课件,共41页。
第五章 化工生产中的重要非金属元素目录第一部分课标要求、教材解读【课标解读】 1.了解硫、氮及其重要化合物的主要性质,如硫、二氧化硫、硫酸的性质,氮的氧化物、硝酸的性质等,认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。 2.结合实例认识非金属及其化合物的多样性,了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化。 3.认识物质及其变化对环境的影响,依据物质的性质及其变化,认识环境污染的成因、主要危害及防治措施,以酸雨的防治和废水处理为例,体会化学对环境保护的作用。【课标解读】 4.知道无机非金属材料的常见类型,结合实例认识材料的组成、性能及应用的联系,能根据使用需求选择适当的材料。 5.认识物质及其转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要价值,能有意识地运用所学的知识或寻求相关证据参与社会性议题(如酸雨及防治)的讨论等。 6.认识经济发展与环境保护的关系,树立自觉遵守国家关于化学品应用、化工生产、环境保护、食品与药品安全等方面法律法规的意识。【核心素养】宏观辨识与微观探析:通过对硫、氮等非金属元素的单质、氧化物(氢化物)、酸、盐的性质的宏观实验现象及原理分析,从微观上理解常见非金属元素及其化合物的主要性质及相互转化关系的本质。证据推理与模型认知:通过对硫、氮等元素及其化合物及原子守恒法、电子守恒法的应用的学习,学会对物质的性质及其变化提出可能的假设,并能基于证据进行分析推理、证实或证伪假设。能从不同视角对纷繁复杂的化学变化进行分类研究,逐步揭示各类变化的特征和规律,形成常见非金属元素及其化合物性质探究及相互转化的认知模型。【核心素养】科学探究与创新意识:通过实验探究硫、氮等非金属元素及其化合物的性质,应用预测方法模型,通过设计“问题提出-实验(事实)验证-结论分析”的探究思路,并运用比较、信息处理等方法,引导学生体验探索规律的过程,学习科学研究的方法,体会性质决定用途的核心观念。科学态度与社会责任:通过对酸雨及无机非金属材料等知识的学习,关注与化学有关的社会热点问题,认识环境保护和资源合理开发的重要性,树立绿色化学观念。深刻理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系,赞赏化学对社会发展的重大贡献,勇于承担责任和积极参与有关化学问题的社会决策。【单元解读】 本单元《化工生产中的重要非金属元素》是旧版教材必修1第四章第一、三、四节内容的重新整合,恢复了按主族讲解元素化合物性质的通常编排方法。解决了旧版教材知识比较混乱,教师讲解时要进行重新调整的问题,新版教材的编排顺序更加合理,更符合实际教学情况。 本单元内容安排在原子结构与元素周期律学习之后,主要内容包括硫、氮等非金属元素及其化合物的相关性质,硫酸、硝酸和氨的工业生产原理,重要的无机非金属材料等。根据硫和氮在元素周期表中的位置,利用原子结构与元素周期律的相关知识,以及氧化还原反应、离子反应的理论知识,学习硫、氮的单质及其化合物的性质。以硫酸和硝酸的工业生产原理为背景知识,从物质类别和元素价态角度认识物质间的转化,采用实验探究的方法学习物质的性质并实现转化。 本单元内容一方面突出物质间的相互转化,帮助学生认识物质及其转化的重要价值,形成变化观念。另一方面引导学生应用原子结构与元素周期律的知识,预测和推断元素及其化合物的性质,从物质类别和元素价态视角,通过实验探究来认识非金属元素及其化合物的性质,帮助学生形成认识非金属元素及其化合物的基本思路和方法,同时进一步加深学生对“结构决定性质”化学观念的理解。 本单元教材内容包括三部分:第一节 硫及其化合物(包括S和SO2、硫酸、SO42-的检验);第二节 氮及其化合物(包括氮气与氮的固定、NO与NO2、NH3和铵盐、HNO3);第三节 无机非金属材料。从元素在周期表中的物质和原子结构入手,按照单质、氧化物(氢化物)、酸、盐的顺序依次认识和学习。既体现了“结构决定性质、性质决定用途”的化学观念,也符合“整体—部分—整体”的认识世界的基本思路。【第一节 硫及其化合物】 本节主要内容是学习硫及其化合物的的知识,包括硫、二氧化硫和硫酸的性质,硫酸根离子的检验,不同价态含硫物质的转化,其中硫单质的化学性质是新版教材增加的内容。教材首先根据硫元素在周期表中的位置,从化学变化的视角学习硫单质与金属和非金属单质、化合物等反应,使学生掌握研究非金属单质的基本思路;其次,根据物质类别研究硫的化合物(二氧化硫和硫酸)化学性质。以工业制硫酸生产原理为载体,从氧化还原反应角度综合认识含硫化合物的氧化性和还原性,设计硫酸根离子的检验实验,提升学生“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养;最后,设置“不同价态含硫物质的转化”探究活动,从物质类别和元素价态角度,应用氧化还原反应原理设计实验方案,选择适当试剂,探究不同价态含硫物质的转化。 【第二节 氮及其化合物】 本节教材在编写思路上与第一节相似,学习氮及其化合物的性质,包括氮及氮的固定、一氧化氮和二氧化氮、氨和铵盐、硝酸、酸雨及其防治。教材首先根据氮的原子结构,应用上节研究非金属单质性质的基本思路预测氮的化学性质,渗透条件对化学反应的影响,引出氮的固定对人类生存的重要意义;其次,根据物质的类别研究氮的化合物(氧化物、硝酸、氨和铵盐)的化学性质。以工业合成氨、工业制硝酸的生产原理为载体,应用氧化还原反应原理,设计含氮化合物的转化,提升“变化观念”等学科核心素养,设置铵根离子的检验、实验室制氨的实验活动,提升其科学探究能力;最后,编入“酸雨及其防治”及“测定雨水的pH”的研究与实践活动,综合运用硫和氮及其化合物的相关知识,寻求证据参与社会性议题的讨论,分析硫酸工业、合成氨工业对社会发展的价值和对环境的影响,渗透资源利用和环境保护意识。 【第三节 无机非金属材料】 本节内容主要包括传统硅酸盐材料和新型无机非金属材料两部分。新版教材在编排淡化了硅、二氧化硅、硅酸盐性质的学习,但通过资料卡片详细介绍了硅酸盐的结构。教材首先从物质的组成和结构入手,介绍无机非金属材料的性能特点,包括耐高温、抗腐蚀等性能。并从材料组成的角度,对生活中的无机非金属材料进行分类,介绍了陶瓷、玻璃和水泥等传统硅酸盐材料的原料或成分及它们在生产、生活中的应用;其次,介绍新型无机非金属材料,包括硅的半导体性能和二氧化硅用于生产光导纤维、新型陶瓷的特性及功能、碳纳米材料的应用与功能,以及这些材料在信息、能源等领域产生的影响,展现化学科学对新材料研发的重要作用,理解化学学科对社会进步的价值,提升“科学态度与社会责任”等学科核心素养。教学目标、教学重难点教学策略、素材处理 1.教材“实验” P3页【实验5-1】此实验适用于课堂演示,用于验证二氧化硫在水中的溶解性和生成亚硫酸的酸性。 实验分析:二氧化硫易溶于水,使试管内压强减小,导致液面上升,同时生成了亚硫酸,使溶液显酸性,pH试纸变红色。 注意事项:①实验时二氧化硫的纯度要高,否则实验现象会不明显,可用亚硫苏娜钠于浓硫酸反应制取二氧化硫;②检验生成的亚硫酸采用pH试纸而不用石蕊试液,是为了保留产物做下面的而氧化硫的漂白性实验。 P4页【实验5-2】本实验用于探究而氧化硫的漂白性,可由教师演示,要防止而氧化硫污染空气。 实验分析:二氧化硫与品红溶液生成了无色物质,加热时无色物质分解,恢复为原来的颜色。 注意事项:①实验用品红溶液的浓度不宜太高;②若要增补二氧化硫漂白其它物质的实验,要预先试验,因为二氧化硫不能漂白所有的有色物质。 P5页【实验5-3】本实验用于探究铜与浓硫酸的反应,并检验生成的二氧化硫的性质。铜与浓硫酸需要加热才能反应,实验综合性强,操作复杂,适合教师演示。 实验分析:铜与浓硫酸加热时可以发生反应,有气体生成,该气体能使品红溶液褪色,说明生成的气体是二氧化硫;反应后的溶液经稀释显蓝色,说明生成了硫酸铜;教师可引导学生在分析的基础上写出化学方程式,体现思维的逻辑性;根据反应物是硫酸和铜,先确定生成物有硫酸铜和二氧化硫,再配平主要物质的化学计量数,最后通过观察确定生成物中的水及其化学计量数。 注意事项:①浓硫酸、二氧化硫、酒精灯都可逆有安全隐患,使用时要规范操作,注意安全;②实验中铜丝内外相通是为了控制反应的发生和终止,连接装置时将铜丝插入凹槽或小孔后,可以涂上凡士林,并检验装置的气密性;③实验中浸有碱液的棉团的作用是除去尾气中的二氧化硫,防止空气污染;④实验开始时有黑色颗粒物(有CuS、Cu2S等)生成,一段时间后黑色颗粒物逐渐减少,其反应机理复杂,不宜作详细介绍。 P6页【实验5-4】本实验用于探究硫酸根离子的检验方法,其原理是Ba2++SO42-==BaSO4↓,BaSO4是既难溶于水又难溶于酸的白色沉淀,有别于CaCO3、BaCO3等可溶于酸的白色沉淀。 实验分析:白色固体BaSO4不溶于盐酸,而BaCO3可溶于盐酸,因此可用稀盐酸和BaCl2溶液检验SO42-。 注意事项:①检验SO42-时应先加稀盐酸排除CO32-等离子的干扰;②若溶于中混有SO32-,当加入稀硝酸时,会将SO32-氧化为SO42-;③若溶于中混有Ag+,当加入稀盐酸时,会产生不溶于酸的白色AgCl沉淀。可以加入过量稀盐酸,过滤除去AgCl后再检验SO42-。 P13页【实验5-5】本实验探究NO与NO2的相互转化,巧妙使用注射器,方便灵活,微型环保,可以演示也可以分组实验。 实验分析:NO不溶于水,吸入空气后,NO于O2反应生成NO2,气体变为红棕色;振荡后,NO2溶于水生成硝酸和NO,气体又变为无色,同时,气体的总体积减小。 注意事项:①操作时要注意控制好吸入气体或液体的体积;②注射器的体积小,为了让硝酸看清楚,教师可以走到学生中间操作或通过实物投影仪放大实验现象;③实验结束时可以吸入过量空气,成分振荡后将液体注入烧杯,滴加紫色石蕊试液,观察现象。 P13页【实验5-6】本实验是利用氨极易溶于水的性质设计的趣味性实验,喷泉现象是该实验吸引学生的亮点。实验操作要求高,适宜在课堂演示。 实验分析:挤压胶头滴管,滴管里少量的水进入烧瓶,氨溶于其中,使烧瓶内气强减小,在大气压作用下,下方烧杯里的水被压人烧瓶;氨几乎全部溶于水中,使烧瓶内气压迅速降低,烧杯里的水(含酚酞)在大气压作用下被迅速压人烧瓶,形成喷泉;由于氨水显碱性,导致酚酞溶液显红色。 注意事项:①烧瓶内氨的纯度越高,实验效果越好,可将浓氨水滴加在适量生石灰中制取氨;②装置的密封性要好,③氨在烧瓶内保存时间不要太长,最好当天制取当天实验;④连接装置时要迅速,以防空气进入烧瓶,影响实验效果;⑤可将2~3 mL浓氨水倒人圆底烧瓶,用酒精灯微热,振荡后迅速塞上带有玻璃管的橡胶塞(注意通风),立即用于喷泉实验,效果较好。 P14页【实验5-7】铵盐都能与碱反应生成氨,这是实验室检验铵盐和制取氨的化学原理。 实验分析:两种溶液混合时发生反应NH4++OH- NH3+H2O,氨水显碱性,使湿润的红色石蕊试纸变蓝。 注意事项:①实验所用溶液的浓度宜大,体积宜小;②氨有刺激性气味,操作时应注意通风,防止空气污染;③根据这一原理,实验室可用铵盐与碱石灰反应制取氨。 P15页【实验5-8】浓硝酸和稀硝酸都能与铜反应,但反应速率和产物都不相同,实验时要注意比较其差别。浓硝酸与铜反应时,试管内产生大量红棕色气体,溶液逐渐变绿,铜丝逐渐变细;稀硝酸与铜反应时,试管内开始产生少量无色气体,反应逐渐加快,气体在试管上部变为红棕色,溶液逐渐变蓝,铜丝逐渐变细。 实验分析:浓硝酸与铜在常温下能迅速反应,生成红棕色的NO2,硝酸铜溶液显蓝色,当溶液中同时溶有较多NO2时,其混合溶液显绿色,稀硝酸与铜在常温下能缓慢反应,生成无色的NO,随着反应进行,溶液温度升高,反应速率逐渐加快,NO与O2在常温下反应生成红棕色的NO2,硝酸铜溶液显蓝色。 注意事项:①硝酸有腐蚀性和挥发性,NO和NO2都有毒,实验时要注意防护和通风;②选用1:2的稀硝酸反应,现象比较明显;③为了便于观察气体的颜色,可以在试管背面用白纸衬托;④观察时注意比较反应速率大小和生成气体的颜色。 2.思考与讨论 P6页【思考与讨论】在学习了浓硫酸的性质后,教材设置该栏目,就硫酸的酸性和浓硫酸的强氧化性提出问题,目的是巩固前面学习的重点内容。教学中注意提示学生回顾初中学过的酸的一般性质,结合实例进行分析。 P7页【思考与讨论】在学习了硫酸根离子的检验之后,教材在该栏目中以设问的形式提出了三个问题,目的是通过分析和讨论让学生掌握粗盐提纯的原理和方法。这是一个很好的实验探究素材,教学中可以结合本章实验活动4的内容组织讨论,为后面开展实验活动打好基础,提高教学效率。 P13页【思考与讨论】在演示NO2溶于水及NO与NO2在注射器中的相互转化实验后,教材设置该栏目,有针对性地提出了三个问题,其目的是引导学生分析实验现象,然后联系工业生产实际进行思考,体现了学以致用和节约环保的理念。在该实验中,当O2过量时,NO可以完全溶于水生成硝酸。 P15页【思考与讨论】在学习了铵盐与碱反应生成氨的性质之后,教材设置了关于氨的实验室制法的思考与讨论其目的是要学生利用已经掌握的实验室制取氧气的方法,学习实验室制取氨的方法。教学时可以要求学生根据化学反应原理,设计合理的操作步骤:①按装置图连接好装置;②检验装置的气性;③添加药品;④加热制取气体;⑤用向下排空气法收集气体。 注意:在试管口放置干燥棉花是为了防止氮与空气对流而泄漏。当室内气温较低时,用普通玻璃试管,加热氯化镂与氢氧化钙制取氨,试管容易破裂。若用硫酸与碱石灰 反应制取氨,可以降低试管破裂的可能性。 P16页【思考与讨论】在介绍氮及其主要化合物的性质之后,教材设置该栏目的主要目的,是让学生在归纳这些物质化学性质的基础上,进一步从物质类别和无素价态的视角来认识物质的转化关系。同时,这里也简单介绍了硝酸在生产中的用途和工业制备硝酸的方法。 3.实验探究 P8页【探究】不同价态含硫物质的转化 (1)明确问题:实现不同价态含硫物质的转化,首先要明确有哪些不同价态的含硫物质。教学时可以通过讨论或问答的形式归纳不同价态的含硫物质,如右图(部分含硫物质): (2)设计实验方案 通过小组讨论整理不同价态含硫物质间实现转化的可能方案(如下表)。 根据以上方案可知,该方案所需的试剂有:硫粉、还原铁粉、铜丝、浓硫酸、过氧化氢溶液、稀盐酸、氯化钡溶液等。为了减少试剂用量,体现绿色化学思想,可以合理设计实施方案。例如,用实验1制得的FeS制取H2S,把实验2制得的SO2溶于水中,制得亚硫酸。 (3)实施方案 实验1:将还原铁粉和少量硫粉混合,置于陶土网上,用酒精灯加热,待反应开始时停止加热,观察现象。并用生成的FeS制取H2S,将其溶于水形成氢硫酸,备用。 实验2:参阅教材【实验5-3】,进行浓硫酸与铜的反应,并将生成的气体溶于水,制取亚硫酸,备用。 实验3:向亚硫酸中滴加氢硫酸,观察现象。 实验4:向氢硫酸中滴加过氧化氢溶液,观察现象。 实验5:在燃烧匙中点燃少量硫粉(注意通风),观察现象。 实验6:向亚硫酸中滴加适量过氧化氢溶液,用pH试纸检验反应前后溶液的酸碱度,溶液的pH变小;向反应后的溶液中滴加稀盐酸无明显现象,再滴加氯化钡溶液,产生白色沉淀。为了节约时间,以上实验可以分组进行,然后汇总实验结果,交流共享。 (4)整合信息,得出结论 根据上述实验探究,完成各物质间相互转化关系图,并写出相关的化学方程式。 (5)交流共享 在全班集中交流探究成果,提出改进和完善建议,分享成功的喜悦,完成探究报告。 (6)成果应用 应用所学知识,解决学习或生活中的具体问题。课程结束版本学科年级册别