化学必修2学案专题四第一单元化学是认识和创造物质的科学

专题四化学科学与人类文明第一单元化学是认识和创造物质的科学在苏格兰橡胶厂工作的麦金托什不小心将橡胶汁沾满衣裤，怎么也擦不掉，只好穿着这身脏衣服回家，室外阴雨绵绵，麦金托什回到家后却惊奇地发现，穿在里面的衣服一点也没有湿，他索性将橡胶汁涂满全身衣服，这就是世界上第一件胶布雨衣。从此，麦金托什潜心研制防雨布，终于在1832年成功地制成了可以做衣服的防水布料。进入20世纪后，塑料和各种防水布料的出现，使雨衣的款式和色彩变得更加丰富了。1．能引用事实说明人类对物质及其变化的认识是随着化学科学的发展而逐步深入的，了解化学科学在人类认识物质世界方面的重要作用。2．了解化学在合成新物质、提高人类生活质量方面的重要作用；用具体案例说明合成新物质对人类生活的影响。3．了解化学方法在实现物质间转化中的作用。一、化学是打开物质世界的钥匙1．化学科学发展的历史(1)是人类逐步认识物质组成、结构、变化的历史；(2)是合成、创造更多新物质，推动社会经济发展和促进人类文明发展的历史。2．人类开发、利用金属的历程(1)人类开发、利用金属的特点：金属越活泼，人类开发、利用的越晚。(2)金属的冶炼：①冶炼实质：金属离子eq\o(→,\s\up17(得电子))金属原子；②冶炼依据：金属的活泼性不同，冶炼方法不同；③冶炼方法：3.化学科学理论的建立与发展(1)19世纪化学科学理论：①经典原子分子论的中心内容：道尔顿原子论、分子结构和原子价键理论；②1869年，俄国化学家门捷列夫发现元素周期律；③化学反应的动力学基础：质量作用定律；④人工合成尿素，彻底动摇了“生命力论”。(2)20世纪化学科学理论：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扫描隧道显微镜的发展，实现了对原子或分子的操纵。4．人类对酸碱认识的发展(1)阿伦尼乌斯电离学说：①电离产生的阳离子全是H＋的电解质是酸；②电离产生的阴离子全是OH－的电解质是碱。(2)酸碱质子理论(连连线)。eq\x(①酸)eq\x(a.凡能接受质子的物质)eq\x(②碱)eq\x(b.既能给出质子，又能接受质子的物质)eq\x(③两性物质)eq\x(c.凡能给出质子的物质)答案：①－c②－a③－b(3)利用酸碱质子理论判断NaHCO3的种类。①电离方程式：NaHCO3=Na＋＋HCOeq\o\al(－,3)。②与HCl、NaOH反应的离子方程式：HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=CO2↑＋H2O，HCOeq\o\al(－,3)＋OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2O。③结论：HCOeq\o\al(－,3)属于两性物质。二、化学是人类创造新物质的工具1．熔融氯化钠和氯化钠溶液的电解2.增产粮食3．合成药物(1)阿司匹林：(2)青霉素：能抑制或杀死金黄色的葡萄球菌。探究点一金属的冶炼将矿石中的金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。(1)金属冶炼的实质：Mn＋＋ne－=M。(2)金属冶炼的步骤：富集→冶炼→精炼。(3)金属冶炼的方法如下表所示。1．金属活动性顺序与金属冶炼有什么关系？提示：在金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，金属阳离子的氧化性越强，越容易被还原，用一般的还原法就能使金属还原，如铜的还原；金属的位置越靠前，金属阳离子越难被还原，最活泼的金属只能用最强的还原手段(电解)使金属阳离子还原，如铝的冶炼。2．电解法冶炼活泼金属时，能电解其盐溶液吗？提示：不能，只能电解其熔融盐或氧化物或氢氧化物，电解其盐溶液时无法得到活泼金属单质。3．什么是湿法冶金？提示：利用溶液中发生的化学反应(如置换反应、氧化还原反应、中和反应、水解反应等)对原料中的金属进行提取和分离的冶炼过程，可用于提取铜、锌、铀及稀土金属等。如Fe＋CuSO4=Cu＋FeSO4。【例1】冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气(或H2或CO)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。其中对它们的冶炼方法的分析中不正确的是()A．(Ⅰ)① B．(Ⅱ)②C．(Ⅲ)③ D．(Ⅳ)④【思路分析】解题时除了考查金属的活动性外，还要注意题给信息中的关键点，如“火烧”暗示加热，“湿法”暗示在溶液中，“铝热”暗示铝与其他相对活动性弱的金属共热等。【解析】(Ⅰ)孔雀石的主要成分是碱式碳酸铜，灼热分解的产物CuO，可用①焦炭还原成Cu，Cu2(OH)2CO3eq\o(=,\s\up15(△))2CuO＋CO2↑＋H2O,2CuO＋Ceq\o(=,\s\up15(△))2Cu＋CO2↑，(Ⅱ)将铜盐溶液中的Cu2＋，用③活泼的金属置换出来：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu，(Ⅲ)将三氧化二铬中的铬，用③活泼金属Al置换出来：Cr2O3＋2Aleq\o(=,\s\up15(高温))Al2O3＋2Cr，(Ⅳ)光卤石的主要成分是KCl·MgCl2·6H2O，从中得到MgCl2，再用④电解熔融的MgCl2得到Mg，MgCl2eq\o(=,\s\up15(通电))Mg＋Cl2↑。【答案】B下列金属冶炼的反应原理，错误的是(B)A．2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up15(通电))2Na＋Cl2↑B．MgO＋H2eq\o(=,\s\up15(△))Mg＋H2OC．Fe3O4＋4COeq\o(=,\s\up15(高温))3Fe＋4CO2D．2HgOeq\o(=,\s\up15(△))2Hg＋O2↑解析：Na、Mg很活泼，应用电解法，A正确，B错误；铁属较活泼金属，可用热还原法，C正确；较不活泼金属汞可用热分解法，D正确。探究点二熔融氯化钠和氯化钠水溶液的电解在上述反应中出现产物差异的原因是由于电解液的成分不同，因而参加反应的微粒也不同，在电极上发生不同的氧化还原反应，得到不同的电解产物。a．熔融氯化钠中只存在Na＋、Cl－。电解时在电解槽的石墨阳极(与电源正极相连)上，Cl－失去电子被氧化，放出Cl2：2Cl－－2e－=Cl2↑。在铁阴极(与电源负极相连)上，Na＋结合电子被还原，析出金属钠：Na＋＋e－=Na。发生的总反应是：2Na＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up15(通电))2Na＋Cl2↑。b．氯化钠水溶液中存在Na＋、Cl－、H2O(含H＋和OH－)。电解时在电解槽阳极上，Cl－失去电子被氧化，放出Cl2：2Cl－－2e－=Cl2↑。在阴极上，由水电离出的H＋(H2OH＋＋OH－)结合电子被还原，放出氢气：2H＋＋2e－=H2↑。在阴极附近的阴极区里Na＋与OH－形成NaOH溶液。发生的总反应是：如何检验电解氯化钠水溶液的产物？提示：(1)阴极产生的OH－，可用酚酞溶液检验。两极区分别滴加酚酞溶液，阴极区变红。(2)H2可用爆鸣法检验。用试管收集一定量的阴极气体，移近点燃的酒精灯，若听到尖锐的爆鸣声或噗的一声，说明气体为H2。(3)Cl2可用湿润的淀粉碘化钾试纸检验。把湿润的淀粉碘化钾试纸靠近阳极，逸出的气体使试纸变蓝。【例2】氯碱工业是高耗能产业，某一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺，可以节(电)能30%以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所使用的离子膜都只允许阳离子通过。(1)X、Y分别是________、________(填化学式)。(2)分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应：正极______________；负极______________。(3)这样设计的主要节(电)能之处在于(写出2处)____________、________________。【解析】本题突破口在于B(燃料电池)，通空气一边为正极(还原反应)，那么左边必然通H2，即Y为H2；依据电解饱和食盐水的化学方程式可知，X必然为Cl2；A电解池中的NaOH进入燃料电池正极再出来，依据O2＋4e－＋2H2O=4OH－可知，NaOH浓度增大。【答案】(1)Cl2H2(2)O2＋4e－＋2H2O=4OH－2H2－4e－＋4OH－=4H2O(3)燃料电池可以补充电解池消耗的电能提高产出碱液的浓度，降低能耗(其他合理答案也可以)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)金属钠在阴极上产生。(2)写出产生Cl2的电极反应式：2Cl－－2e－=Cl2↑。(3)该反应是(填“是”或“不是”)离子反应，如果是，请写出该反应的离子方程式：2Na＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up15(通电))2Na＋Cl2↑(如果不是，则此空不填)。(4)为何不采用电解食盐水来制取Na?NaCl溶液中含有H＋，H＋氧化性大于Na＋，因此Na＋不会得电子生成Na。1．下列事实得出的结论错误的是(D)A．维勒用无机物合成了尿素，突破了无机物与有机物的界限B．门捷列夫在前人的基础上发现了元素周期律，表明科学研究既要继承又要创新C．C60是英国和美国化学家共同发现的，体现了国际科技合作的重要性D．科恩和波普尔因理论化学方面的贡献获诺贝尔化学奖，意味着化学已成为以理论研究为主的学科解析：化学是一门以实验为基础的学科，有的结论可以通过化学实验来验证，但是更要注重以化学实验为切入点来进行实验，由感性认识上升到理论认识，逐渐形成理论体系，因而化学科学的研究应该是理论和实践的结合。2．根据酸碱质子理论，下列说法不正确的是(C)A．所有的弱酸根都是碱B．弱酸酸式根既是酸又是碱C．一种物质不可能既是酸又是碱D．氢氧根是碱3．下列物质在冶炼金属的过程中，需加入还原剂的是(C)A．HgO B．Al2O3C．Fe2O3 D．Ag2O4．根据酸碱电离理论，判断下列化合物属于酸的是(C)①HCl②NaHSO4③CH3COOH④Na2CO3⑤Al(OH)3⑥NaOHA．①②③ B．④⑤⑥C．①③ D．②③5．下列化工生产原理正确的是(A)A．可以用电解熔融氯化钠的方法来制取金属钠B．可以将钠加入到氯化镁饱和溶液中制取镁C．用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝D．冶炼金属汞适合用热还原法解析：钠可以和氯化镁饱和溶液中的水反应，但不能将镁置换出来。电解法冶炼铝所用的原料为氧化铝。Hg是金属活动性顺序表中排在Cu之后的金属，应用热分解法冶炼。6．NaCl是从海水中提取出来的一种重要物质，除食用外，它还是一种工业原料，下列以NaCl为原料的产品(或物质)是(A)①烧碱②纯碱③金属钠④氯气⑤盐酸A．①②③④⑤ B．①②③④C．①②③⑤ D．①②④⑤解析：从海水中得到的氯化钠，可作化工原料，工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。化学方程式分别为2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up15(通电))2Na＋Cl2↑，NH3＋CO2＋H2O＋NaCl=NH4Cl＋NaHCO3,2NaHCO3eq\o(=,\s\up15(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O，Cl2＋H2eq\o(=,\s\up15(点燃))2HCl。7．下面表示金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发、利用的大致年限。回答下列问题：(1)根据表中数据和有关的化学知识，你能否说明这些金属的活动性与人类开发、利用这些金属的时间先后的关系？答案：金属的活动性越弱，人类开发、利用它的时间越早；金属的活动性越强，人类开发、利用它的时间越晚。(2)下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是(C)A．2HgOeq\o(=,\s\up15(△),\s\do15())2Hg＋O2↑B．4Al＋3MnO2eq\o(=,\s\up15(高温),\s\do15())2Al2O3＋3MnC．2MgOeq\o(=,\s\up15(通电),\s\do15())2Mg＋O2↑D．4CO＋Fe3O4eq\o(=,\s\up15(高温),\s\do15())3Fe＋4CO2(3)下表列出了四种金属的熔、沸点：金属NaCuAlFe熔点/℃97.510836601535沸点/℃883259522003000其中不能形成合金的是(AC)A．Cu与Na B．Fe与CuC．Fe与Na D．Al与Na解析：(1)铝、铁、锡、铜在自然界主要以化合态形式存在，它们的金属活动性依次减弱，金属阳离子的氧化性逐渐增强，四种金属中铜、锡较易冶炼，铝最难还原。(2)工业上冶炼镁一般采用电解熔融无水MgCl2。由于MgO的熔点高(约2800℃(3)根据概念，合金是熔合而成的，则熔合时温度须达到成分金属中的最高熔点，但又不能达到或超出成分金属中的最低沸点。8．在化学反应中，铜元素可表现为0、＋1、＋2价。(1)在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜[即曾青(CuSO4)跟铁反应就生成铜]。试写出该反应的化学方程式：CuSO4＋Fe=Cu＋FeSO4。(2)铜器表面有时会生成铜绿[Cu2(OH)2CO3]，这层铜绿可用化学方法除去。试写出除去铜绿而不损伤器物表面的反应的化学方程式：Cu2(OH)2CO3＋