高中化学必修1：第3章 本章核心素养聚焦

高中化学必修课程PAGEPAGE1本章核心素养聚焦一、科学探究与创新意识化学是一门以实验为基础的学科，实验探究是集提出问题、调查研究、动手实验、表达与交流等过程为一体的综合性活动。本章典型的实验有：Fe3＋与Fe2＋的性质与相互转化探究实验、二氧化硫的漂白性实验、氨气的喷泉实验、浓硫酸的特性实验、浓硝酸的强氧化性实验等。在学习过程中能从物质类别、元素化合价的角度，依据复分解反应规律和氧化还原反应原理，预测铁、硫、氮三种元素各自典型代表物的性质，设计实验进行验证，并能分析解释有关的实验现象，正确书写反应的化学方程式或离子方程式。并能从单一物质的多角度性质探究，到一组物质的多角度性质及转化的探究，能针对物质性质及其转化的探究问题，提出有依据的假设，选取试剂，设计实验方案并实验，基于实验事实得出结论，促进“科学探究与创新意识”化学核心素养的发展。例1氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2，某同学在实验室中对NH3与NOx反应进行了探究。回答下列问题：氨与二氧化氮的反应：将收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置(部分装置已略去)进行实验。操作步骤实验现象解释原因打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中(1)Y管中_________(2)反应的化学方程式为____________________将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温Y管中有少量水珠生成的气态水凝聚打开K2(3)__________(4)______[答案](1)红棕色气体颜色慢慢变浅(2)8NH3＋6NO2eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))7N2＋12H2O(3)Z中NaOH溶液产生倒吸现象(4)反应后气体分子数减少，Y管中气体压强小于外界大气压[解析]将X中NH3缓慢通入盛有少量催化剂和NO2的Y管中，在一定温度和催化剂条件下NH3将NO2还原生成N2，观察到Y管中气体的红棕色逐渐变浅，反应的化学方程式为8NH3＋6NO2eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))7N2＋12H2O。反应过程中体系的压强减小，打开K2，烧杯Z中NaOH溶液被倒吸到玻璃管Y中，其中NaOH溶液用于吸收尾气，防止环境污染。例2硫代硫酸钠(Na2S2O3)可用作分析试剂及鞣革还原剂。它受热、遇酸易分解。工业上可用反应：2Na2S＋Na2CO3＋4SO2=3Na2S2O3＋CO2制得。实验室模拟该工业过程的装置如图所示。回答下列问题：(1)a中试剂为__________，b中试剂为__________，c中试剂为____________________。(2)反应开始后，c中先有浑浊产生，后又变澄清。此浑浊物是______________。(3)d中的试剂为__________________。(4)实验中要控制SO2生成速率，可以采取的措施有________________(写出两条)。(5)为了保证硫代硫酸钠的产量，实验中通入的SO2不能过量，原因是__________________。[答案](1)浓硫酸亚硫酸钠或亚硫酸氢钠硫化钠和碳酸钠混合溶液(2)硫(3)NaOH溶液(4)控制反应温度、调节酸的滴加速度(或调节酸的浓度等)(5)若SO2过量，溶液显酸性，产物分解[解析](1)根据反应的原理可知，最前面的装置为制取SO2的装置，故a中加入浓硫酸，b中加入Na2SO3固体(或NaHSO3固体)；中间的装置为反应装置，故在c中应加入硫化钠和碳酸钠的混合溶液。(2)生成的SO2通入到c中时，能与Na2S反应生成单质硫，硫被二氧化硫氧化，溶液又变澄清，故浑浊物为硫。(3)由于反应过程中有有毒气体SO2参与，故最后的装置为尾气处理装置，可以用氢氢化钠溶液来吸收SO2。(4)SO2的生成速率与硫酸的浓度、反应温度有关，故可通过控制硫酸滴入的速度、反应的温度或硫酸的浓度等来控制SO2的生成速率。(5)由于SO2溶于水后生成中强酸H2SO3，故通入过量的SO2后导致溶液显酸性，生成的Na2S2O3在酸性条件下易分解而降低产量。元素化合物知识是中学化学知识的重要组成部分，在考试中，除直接考查元素化合物的性质外，更多是与实验探究相结合进行综合考查。即通过探究元素化合物的性质(或物质的制备)，考查实验操作与注意事项、现象分析与理论解释、书写化学方程式等。该类题目情境新颖，涉及面广，能够很好地考查学生分析问题、解决问题的综合思维能力，较好地体现了“科学探究与创新意识”化学核心素养的发展。二、证据推理与模型认知学习化学要具有证据意识，即基于科学依据对物质的性质及其变化提出可能的假设，通过实验探究或分析推理，建立观点、结论和证据之间的逻辑关系，形成有序的认知思维方法，建立相关应用的思维模型，即运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。“证据推理与模型认知”在本章的体现：从物质类别、元素化合价的视角，会分析说明铁、硫、氮三种元素及其化合物间的两种转化路径(同一价态元素间的转化、不同价态元素间的转化)；能根据元素化合物的性质，会分析、选择相关物质的制备、分离、检验、保存方法等，如氢氧化铁和氢氧化亚铁的制备，Fe3＋和Fe2＋的检验与鉴别，氨气的制备与检验，浓硝酸、浓硫酸、亚铁盐溶液的保存方法等。例3根据二氧化硫通入不同溶液中的实验现象，所得结论不正确的是()选项溶液现象结论A含HCl、BaCl2的FeCl3溶液产生白色沉淀SO2有还原性BH2S溶液产生黄色沉淀SO2有氧化性C酸性KMnO4溶液紫红色溶液褪色SO2有漂白性DNa2CO3溶液产生气泡酸性：H2SO3>H2CO3[答案]C[解析]本题考查SO2的氧化性、还原性等知识。SO2使酸性KMnO4溶液褪色是因为SO2具有还原性，与KMnO4发生了氧化还原反应。例4(2018·河北正定中学月考)某同学为了检验家中的一瓶补铁药(成分为FeSO4)是否变质，查阅了有关资料，得知Fe2＋能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使紫红色的高锰酸钾溶液褪色。现结合已学的知识设计了如下实验：将药片除去糖衣研细后，溶解、过滤，取滤液分别加入两支试管中，在一支试管中滴入酸性高锰酸钾溶液，在另一支试管中滴入KSCN溶液。请你填出该同学实验中出现以下现象时应得出的结论：(1)若滴入酸性高锰酸钾溶液后紫红色褪去，滴入KSCN溶液后不变红，结论是____________。(2)若滴入酸性高锰酸钾溶液，试管中液体不褪色，滴入KSCN溶液，试管中液体变红，结论是______________________________________。(3)若滴入酸性高锰酸钾溶液，试管中液体褪色，滴入KSCN溶液，试管中液体变红，结论是______________________________________。[答案](1)药品没有变质(2)药品完全变质(3)药品部分变质[解析]思维导图：(1)加入酸性高锰酸钾溶液后紫红色褪去说明含有Fe2＋，加入KSCN溶液后不变红说明无Fe3＋，从而确定药品没有变质。(2)加入酸性高锰酸钾溶液后紫红色不褪去说明无Fe2＋，加入KSCN溶液后变红说明有Fe3＋，从而确定药品完全变质。(3)加入酸性高锰酸钾溶液后紫红色褪去说明含有Fe2＋，加入KSCN溶液后变红说明含有Fe3＋，从而确定药品部分变质。例5(2019·丹江市一中期末)利用元素的化合价推测物质的性质是化学研究的重要手段。如图是硫元素的常见化合价与部分物质类别的对应关系：(1)从硫元素化合价变化的角度分析，图中既有氧化性又有还原性的化合物有______(填化学式)。(2)将X与Y混合，可生成淡黄色固体，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。(3)Z的浓溶液与铜单质在一定条件下可以发生化学反应，该反应的化学方程式为_______________________________________________________________________________。(4)Na2S2O3是重要的化工原料。从氧化还原反应的角度分析，下列制备Na2S2O3的方案理论上可行的是________(填字母)。a.Na2S＋S b.Na2SO3＋Sc.SO2＋Na2SO4 d.Na2SO3＋Na2SO4(5)已知Na2SO3能被K2Cr2O7氧化为Na2SO4，则24mL0.05mol·L－1的Na2SO3溶液与20mL0.02mol·L－1的K2Cr2O7溶液恰好反应时，Cr元素在还原产物中的化合价为________。[答案](1)SO2、H2SO3、Na2SO3(2)1∶2(3)Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋2H2O＋SO2↑(4)b(5)＋3[解析]S元素的化合价有－2价、0价、＋4价、＋6价。(1)具有中间价态的元素既有还原性又有氧化性，即化合物SO2、H2SO3、Na2SO3既有还原性又有氧化性。(2)将H2S与SO2混合，SO2氧化H2S生成淡黄色沉淀S和水，反应的化学方程式为2H2S＋SO2=3S↓＋2H2O，则该反应的氧化剂SO2与还原剂H2S的物质的量之比为1∶2。(3)浓硫酸与铜单质在加热条件下可以发生化学反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，反应的化学方程式为：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O。(4)Na2S2O3中S元素化合价为＋2价，从氧化还原的角度分析，反应物中S元素化合价必须一种物质中的大于2，另一种物质中的小于2，选项a中S元素化合价都小于2，选项c、d中S元素化合价都大于2，所以只有选项b符合题意。×(6－4)＝20×10－3L×0.02mol·L－1×2×(6－a)，解得a＝3。三、科学态度与社会责任学习化学要具有安全意识和严谨求实的科学态度，具有探索未知、崇尚真理的意识；具有节约资源保护环境的可持续发展意识，从自身做起，形成简约适度、绿色低碳的生活方式；能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断，能参与有关化学问题的社会实践活动。通过本章学习，充分认识某些化学过程对人类健康和社会发展带来的双重影响，既了解铁、硫、氮及其化合物对人类健康和社会发展的贡献：亚铁盐常用于治疗缺铁性贫血，氯化铁溶液用于制造铜板印刷电路，二氧化硫常用作漂白剂，工业上合成氨用于制造氮肥和生产硝酸，硫酸和硝酸都是重要的化工原料等，又熟知硫、氮及其化合物对环境的影响：工业生产和日常生活中大量使用化石燃料产生的二氧化硫、氮氧化物都是大气污染物，都能形成酸雨，严重威胁自然生态环境和人类生存环境，氮氧化物还是形成光化学烟雾、雾霾的重要原因；工业废水、生活污水、农业上过量使用氮肥、水产养殖使用饵料等，造成水体污染，使水体富营养化。例6为落实“五水共治”，某工厂拟综合处理含NHeq\o\al(＋,4)废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考虑其他成分)，设计了如图所示流程：下列说法不正确的是()A.固体1中主要含有Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3B.X可以是空气，且需过量C.捕获剂所捕获的气体主要是COD.处理含NHeq\o\al(＋,4)废水时，发生反应的离子方程式为NHeq\o\al(＋,4)＋NOeq\o\al(－,2)=N2↑＋2H2O[答案]B[解析]A项，根据题中的流程，可以得出固体1为CaCO3、CaSO3和过量的Ca(OH)2的混合物，正确；B项，气体1为N2、NO、CO的混合物，通入X，然后再与NaOH溶液反应生成的产物为NaNO2，若X为空气，则反应后的产物中没有NaNO2，这与题图流程不符，错误；C项，气体2为N2、CO，因“无污染气体”为N2，故捕获的气体主要是CO，正确；D项，NHeq\o\al(＋,4)与NOeq\o\al(－,2)能够发生归中反应生成氮气，离子方程式为NHeq\o\al(＋,4)＋NOeq\o\al(－,2)=N2↑＋2H2O，正确。例7(2018·山西大学附中高一期中)绿色植物是空气天然的“净化器”，研究发现，1公顷柳杉每月可以吸收160kgSO2，则下列说法正确的组合为()①1公顷柳杉每月可以吸收2.5molSO2②SO2为酸性氧化物，可以用氢氧化钙悬浊液吸收③二氧化硫只有还原性，可以选择用酸性高锰酸钾溶液氧化二氧化硫④大气中的SO2主要源于煤的燃烧，可以判断煤中S元素的化合价应低于＋4价⑤二氧化碳与二氧化硫均为酸性氧化物，均可以与氢氧化钠溶液、酸性高锰酸钾溶液反应A.①② B.②⑤C.②④ D.②③⑤[答案]C[解析]①1公顷柳杉每月可以吸收160kgSO2，其物质的量为2500mol；②SO2为酸性氧化物，可以用氢氧化钙悬浊液吸收；③SO2中S元素显＋4价，既可以升高又可以降低，所以SO2既有还原性又有氧化性；④大气中的SO2主要源于煤的燃烧，可以判断煤中S元素的化合价低于＋4价；⑤CO2不与酸性高锰酸钾溶液反应。故②④说法正确。关注环保问题，用化学知识解释生产、生活中的环保问题是学生必备的学科素养，同时此类试题可以很好地体现化学的学科价值，因此有关污染与防治的问题是重要的考点，值得去关注与研究。例8市场上一些看起来非常白而又鲜亮诱人的银耳竟然是用硫黄熏蒸而成的。央视记者暗访银耳变白内幕：工人们不停地对白色银耳进行翻炒，散发出一股刺鼻的气味；一名工人抓起淡黄色块状的东西放进一个小锅里，用火点燃，紧接着把小锅放进有薄膜覆盖的银耳地里。请回答下列问题：(1)“工人抓起淡黄色块状的东西放进一个小锅里，用火点燃”。其中“淡黄色块状的东西”是__________(写化学式)，其在空气中燃烧的火焰的颜色为________。该反应的化学方程式为______________________________________________________