主题四 常见无机物及其应用课件-中职《化学(加工制造类)》同步教学(高教版)

主题四 常见无机物及其应用 陈金民 学习目标 1．能从原子结构的角度认识氯、硫、氮的非金属性和钠、铝、铁的金属性，以及它们的重要化合物的主要性质，理解“结构决定性质、性质反映结构”的深层内涵，发展宏观辨识与微观探析、现象观察与规律认知等化学学科核心素养。 2．能从常见无机物的性质出发，认识无机物在生产生活中的应用和对生态环境的影响。了解酸雨的形成及防治、汽车尾气的净化、常见金属的回收利用等，增强环保意识和社会责任感，强化可持续发展理念。 学习目标 3．能从离子反应的角度学会氯离子、硫酸根离子、铵离子、铁离子的检验方法并动手实验，进一步养成细心观察、主动探索的学习习惯和规范操作、精益求精的实验习惯，发展现象观察与规律认知、实验探究与创新意识等化学学科核心素养。 4．通过对化学在生产生活、新材料制备、基础研究等方面所取得的成就的学习，尤其是我国科学家在该领域所做出的巨大贡献的了解，体会化学在人类社会文明进步中的巨大推动作用，养成崇尚科学、坚持真理、勇于攀登的科学精神，增强爱国情怀和民族自豪感。 高炉炼铁过程中常添加含氯助燃剂，这些含氯物质生成的HCl气体会腐蚀高炉设备。因此，钢铁企业需要制定相应的氯检测系统，以减少氯元素的影响。 第一节 常见非金属单质及其化合物 一、非金属单质 （一）海水的无机盐成分之冠——氯 photo 图 4-1-1 氯元素的原子结构示意图 图4-1-1所示为氯元素的原子结构示意图，运用学过的原子结构知识，从核外电子排布的角度出发，推测氯元素的基本性质及其形成化学键的特点。 氯元素原子的最外层有7个电子，在化学反应中容易得到1个电子，呈现-1价。 在自然界中常以化合态形式存在，并且，其单质为共价单键结合的双原子分子（Cl2）。 一、非金属单质 1. 氯气的物理性质 通常状况下，氯气是一种黄绿色、有强烈刺激性气味的有毒气体，密度约为空气的2.5倍。氯气容易液化，常压下，冷却至-34.6 ℃会变为黄绿色油状液体，工业上称为“液氯”，可储存于钢瓶中进行运输和使用。 一、非金属单质 photo 图4-1-2 嗅闻气体时的正确操作 氯气有毒，吸入少量氯气会使人的鼻黏膜和喉头黏膜受损，引起咳嗽和胸部疼痛；大量吸入时会中毒窒息，甚至致死。 实验室制备氯气必须在通风橱中进行，并注意尾气处理。 嗅闻氯气时须用手在容器口轻轻扇动，让极微量的气体飘进鼻孔（图4-1-2）。 若发生氯气泄漏，应立即离开现场，向上风向地区转移，并用湿毛巾护住口鼻。 一、非金属单质 2. 氯气的化学性质 （1）氯气与金属的反应 氯气是一种化学性质很活泼的非金属单质，能与大多数金属直接化合。例如，钠、铜、铁等金属都能在Cl2中燃烧，并分别生成氯化钠、氯化铜和三氯化铁： 图 4-1-3 铁丝在氯气中燃烧 photo （2）氯气与非金属的反应 氢气在氯气中燃烧发出苍白色的火焰（图4-1-4），并生成气体氯化氢（HCl），该气体极易溶于水，形成的水溶液就是人们常用的盐酸。 一、非金属单质 2. 氯气的化学性质 （3）氯气与水的反应 氯气能溶于水，常温下，1体积的水能够溶解约2.5体积的氯气，氯气的水溶液称为氯水。 photo 图4-1-4 氢气在氯气中燃烧 一、非金属单质 photo 图 4-1-5 次氯酸的漂白作用 氯气溶于水后是否与水发生反应？氯水中溶质的微粒是以何种形式存在的？我们通过下面的实验进行分析和探究，并将结果填入表4-1-1中。 （1）实验 ①观察氯水的颜色，嗅闻氯水的气味。 ②如图4-1-5所示，在两个干燥的集气瓶中分别放入一小片干燥的和湿润的红色纸条，通入氯气，观察纸条颜色的变化。 ③别用干燥、洁净的玻璃棒蘸取少量新制氯水和稀盐酸，滴在pH试纸上，观察并比较对应的pH及试纸颜色有无变化。 ④在一洁净的试管中加入2mL新制氯水，再向试管中加入几滴10%AgNO3溶液和几滴稀硝酸，观察现象。 ⑤将两瓶新制氯水分别置于阳光下和冷暗处，相同时间后观察并比较溶液颜色的变化。 一、非金属单质 （2）探究结果 氯气溶于水得到的氯水呈黄绿色，有氯气气味，呈酸性，有漂白作用，氯水中存在Cl-。溶解在水中的Cl2能部分与水发生反应，生成盐酸和次氯酸（HClO）。 HClO具有强氧化性，能杀死水里的病菌，起消毒作用；同时，还能使染料等有机色素褪色，有漂白性。HClO不稳定，容易分解放出氧气，在阳光照射下其分解速率加快。 特别提示：氯水最好现用现配，配好的氯水应储于棕色瓶中并置于冷暗处。 一、非金属单质 步骤 实验现象 结论 ① ② ③ ④ ⑤ 表 4-1-1  实验与探究结果 一、非金属单质 （4）氯气与碱的反应 常温下，将氯气通入NaOH溶液中，可反应生成氯化钠、次氯酸钠（NaClO，漂白液的有效成分）和水。 氢氧化钙等其他碱也可以与Cl2反应。工业上常以Cl2和石灰乳为原料制取漂白粉，又称含氯石灰。其主要成分是 Ca(ClO)2和CaCl2，有效成分是Ca(ClO)2： 在空气中，漂白粉中的次氯酸钙与二氧化碳、水蒸气作用，生成次氯酸： 漂白液、漂白粉、漂粉精[主要成分是Ca(ClO)2]等漂白剂既可广泛用于棉、麻、纸浆等的漂白，也是游泳池和其他环境常用的杀菌消毒剂。 氯气是一种重要的化工原料，在生产生活中应用极其广泛。除用作消毒剂与杀菌剂、制取盐酸和漂白粉外，还可用来制造合成橡胶（如氯丁橡胶）、塑料（如聚氯乙烯）、合成纤维、农药、染料、有机溶剂（如氯仿、四氯化碳）和其他氯化物等。 一、非金属单质 （二）黑火药的组成成分——硫 photo 图 4-1-6 S8分子结构 硫元素的原子序数为16，依据学过的原子结构知识，画出硫元素的原子结构示意图，并从核外电子排布的角度出发，推测硫元素的基本性质及其形成化学键的特点，尝试解释单质硫为什么会以S2、S4、S6、S8（图4-1-6）等形式存在。 硫元素原子的最外电子层有6个电子，在化学反应中容易得到2个电子，呈现 -2价；有时也能失去最外层电子，呈现+4价或+6价。 硫元素是一种重要的非金属元素，也是人体和动物体内蛋白质的构成元素，更是我国古代四大发明——黑火药的重要组成成分。 单质硫是一种淡黄色的晶体，质脆，不溶于水，易溶于二硫化碳（CS2）。硫的化学性质比较活泼，能和许多非金属发生反应。 硫能与多种金属直接化合，生成金属硫化物并放出热量。例如： 单质硫的用途很广，除了用于制造硫酸、硫酸盐、亚硫酸盐、硫化物外，还用于橡胶工业、造纸工业及制造锂硫电池、黑火药、焰火等。硫在农业上是重要的杀虫剂、杀菌剂，是合成含硫农药（如石硫合剂）的主要原料；硫还可用于制备日常生活中常用的硫黄皂和硫软膏，以进行杀菌保健和治疗皮肤病。 一、非金属单质 一、非金属单质 （三）空气中含量最多的元素——氮 photo 图 4-1-7 氮气的电子式 氮元素在元素周期表中位于第二周期VA族，氮气电子式如图4-1-7所示。氮气约占空气体积的78%（体积分数），是空气中含量最多的气体。根据学过的原子结构和化学键知识，画出氮元素的原子结构示意图，写出N2的结构式，联系空气的颜色、气味和水溶性，从核外电子排布和共价键的形成角度出发，推测氮元素及其单质的基本性质，解释为什么氮气分子在通常情况下非常稳定。 通常状况下，氮气是无色、无味的气体，既不可燃、不助燃，也很难发生化学反应。但在高温或特定条件下，N2也能与H2、O2、金属等物质发生化学反应。 例如： 氮是构成动、植物体中蛋白质的重要元素。 氮和氮的化合物在工农业生产、国防和生命科学研究等领域中都有重要的用途。 一、非金属单质 将游离态的氮转化为可吸收的化合态的氮称为固氮。图4-1-8所示为自然固氮的两种形式。 高温放电制氮氧化物、工业合成氨和化学模拟生物固氮等通过人为方法使游离态氮转化为化合态氮的固氮方式称为人工固氮。 化学模拟生物固氮是人工固氮领域的一个研究热点，我国化学家卢嘉锡（1915—2001）在该领域作出了卓越的贡献。 photo 一、非金属单质 图 4-1-8 自然固氮的两种形式 氮气是空气中含量最多的气体，其化学性质非常稳定，在工业上有许多应用。 请查阅资料，了解、归纳氮气在金属加工、电子制造、汽车制造、化工、材料、食品、医药等行业的用途，并以小组为单位制作演示文稿进行汇报、交流。 实践活动 1. 氯化氢 氯化氢是氢气和氯气反应的产物，其水溶液称为氢氯酸，俗称盐酸，是化学工业重要的“三酸”之一。 二、几种重要的非金属化合物 （一）非金属氢化物 （1）实验 ① 用一只干燥、洁净的集气瓶收集一瓶氯化氢气体，观察它的颜色和状态。 ② 打开集气瓶上的玻璃片，小心嗅闻其气味，并观察瓶口有何现象。 ③ 用一片湿润的蓝色石蕊试纸接近瓶口，观察试纸颜色变化。 ④ 如图4-1-9所示，圆底烧瓶中充满氯化氢气体，挤压预先吸有水的胶头滴管，观察现象。 ⑤ 如图4-1-10所示，取一段镁条，投入盛有氯化氢水溶液的试管中，观察现象。 ⑥ 向一支试管加入2 mL 0.1 mol/L的氢氧化钠溶液，滴加2滴酚酞试液，逐滴加入氯化氢水溶液，观察溶液颜色变化。 二、几种重要的非金属化合物 （一）非金属氢化物 photo （2）探究结果 氯化氢是无色、有刺激性气味的气体，极易溶于水。其水溶液呈强酸性，具有酸的通性。 二、几种重要的非金属化合物 （一）非金属氢化物 图 4-1-9 氯化氢的喷泉实验 photo 图4-1-10 镁条与稀盐酸作用 盐酸是重要的化工原料，在染料、药品、化肥等的制备以及金属清洗、陶瓷制造、有机合成等方面都有广泛应用。 二、几种重要的非金属化合物 （一）非金属氢化物 2. 硫化氢 二、几种重要的非金属化合物 （一）非金属氢化物 硫化氢（H2S）是一种具有臭鸡蛋气味的有毒气体，密度比空气的略大，是大气主要污染物之一。 动植物体腐败时，会产生硫化氢气体；水稻田通风不畅时，也会产生硫化氢并且会导致稻苗烂根。 图 4-1-11 腐坏的鸡蛋 photo 硫化氢能溶于水，其水溶液称为氢硫酸，显弱酸性。H2S中硫元素呈-2价，是硫元素的最低价态，因此硫化氢具有还原性。H2S在空气中燃烧，反应方程式为： 二、几种重要的非金属化合物 （一）非金属氢化物 H2S具有较强的还原性，工业上，如果把排出的含SO2的废气与含H2S的废气混合，两者相互作用发生如下反应： 既能回收硫，又可消除H2S与SO2两种有害气体可能带来的环境污染。 图4-1-12所示为氨分子模型。画出氢原子和氮原子的原子结构示意图，运用学过的有关化学键的知识，分析氨分子中的化学键类型，解释氨分子呈现三角锥形结构的原因，推测氨的基本性质。 观察与认知 （一）非金属氢化物 图 4-1-12 氨分子模型 photo 二、几种重要的非金属化合物 （一）非金属氢化物 3.氨 氨（NH3）是无色、有强烈刺激性气味的气体，在常压下冷却到-33.35 ℃，会凝结成无色液体，同时放出大量的热。液态氨汽化时要吸收大量的热， 液态氨可用作制冷剂。通常液氨被储存于钢瓶中。 （1）实验 ① 实验室常用图4-1-13所示装置制备氨气，写出该制备反应的化学方程式，并分析图中棉花的作用。 ② 用一只干燥、洁净的集气瓶收集一瓶氨气，观察它的颜色和状态。 ③ 打开集气瓶上的玻璃片，小心嗅闻其气味，并用一片湿润的红色石蕊试纸接近瓶口，观察试纸颜色变化。 ④ 如图4-1-14所示，圆底烧瓶中充满氨气，挤压预先吸有水的胶头滴管，观察现象。 ⑤ 取两只干燥、洁净的广口瓶，在一只广口瓶中滴加5滴浓氨水，在另一只广口瓶中滴加5滴浓盐酸；转动广口瓶，分别使氨水、盐酸分散附着在广口瓶底部或内壁。然后，将两只广口瓶口对接，观察现象（图4-1-15）。 二、几种重要的非金属化合物 （一）非金属氢化物 二、几种重要的非金属化合物 （一）非金属氢化物 图 4-1-13 实验室制备氨气 photo photo photo 图 4-1-14氨的喷泉实验 图 4-1-15 氨与氯化氢作用 （2）探究结果 ① 氨是无色、有强烈刺激性气味的气体，极易溶于水，氨的水溶液称为氨水。 氨水中NH3与水结合生成一水合氨（NH3·H2O），有弱碱性，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。 一水合氨很不稳定，受热容易分解成NH3： 二、几种重要的非金属化合物 （一）非金属氢化物 ② 浓氨水和浓盐酸分别挥发出的氨气和氯化氢气体在空中反应生成氯化铵（NH4Cl）晶体： 实践发现，SO2具有漂白性，能与许多染料或有色物质发生反应生成不稳定的无色物质。工业上常用SO2的这种性能漂白草制品、纸浆等原材料。 （1）实验 ①将SO2和Cl2分别通入品红试液中，观察溶液颜色的变化；然后分别加热上述溶液，再观察溶液颜色的变化。 ②将SO2和Cl2分别通入紫色石蕊试液中，观察并记录颜色变化。 ③将SO2和Cl2分别通入放有湿润红色布条的密闭容器中，观察布条的颜色变化及其变化快慢。 （2）探究结果 SO2能与许多染料或有色物质进行反应生成不稳定的无色物质，其漂白作用是一个可逆过程。 二、几种重要的非金属化合物 （二）非金属氧化物 二、几种重要的非金属化合物 （二）非金属氧化物 （1）二氧化硫 二氧化硫（SO2）是无色、有刺激性气味的气体，密度比空气的大，容易液化，易溶于水。二氧化硫有毒，是大气污染的主要有害物质之一。SO2在适当温度，并有催化剂存在下，可被空气中的氧氧化生成三氧化硫（SO3），这是工业制硫酸的核心反应： SO2是酸性氧化物，易溶于水生成亚硫酸（H2SO3），因此SO2又称亚硫酐。H2SO3具有酸的通性，它不稳定，易分解，因此SO2与水的反应是一个可逆反应。 1.二氧化硫与三氧化硫 （2）三氧化硫 通常情况下，三氧化硫（SO3）是白色丝状易升华的晶体，熔点为16.8 ℃，沸点为44.8 ℃。SO3是一种酸性氧化物，能与水发生剧烈反应生成硫酸（H2SO4），同时放出大量的热： 二、几种重要的非金属化合物 （二）非金属氧化物 2. 一氧化氮与二氧化氮 一氧化氮（NO）为无色无味的气体，微溶于水，在常温下很容易被空气中的氧氧化，生成红棕色、有刺激性气味的二氧化氮（NO2）气体。NO和NO2都是大气污染的主要有害物质： 生成的NO2易与水作用，形成硝酸： 在雷雨天，大气中常有NO生成。据估算，每年因雷雨而渗入大地的氮肥约有4亿吨。 以小组为单位，上网查阅资料或走访环保部门，调研氮氧化物对臭氧层的破坏。将收集到的资料以“氮氧化物对环境的污染”为题制作一期展板，并进行一次校园环保宣传。 实践活动 由铵离子（NH4+）和酸根组成的化合物称为铵盐。观察几种常见铵盐（图4-1-16）的颜色、状态？ 观察与认知 （三）铵盐 图 4-1-16 几种常见铵盐 photo 铵盐都是晶体，是农业上常用的化肥。 铵盐均易溶于水，且热稳定性较差，铵盐与碱作用，有NH3放出，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝： 铵盐在工业生产上也有着广泛的用途。 二、几种重要的非金属化合物 （三）铵盐 1.硫酸 纯硫酸是无色、无臭、难挥发的油状液体。市售浓硫酸的质量分数为98%，密度为1.84 g/cm3。硫酸是工业上重要的“三酸”之一。稀硫酸具有酸的通性，而浓硫酸还具有强吸水性、强脱水性及强氧化性等特性。 二、几种重要的非金属化合物 （四）硫酸和硝酸 用托盘天平称取60 g白糖，研细，放入敞口的大烧杯中，加入6 mL温水，用玻璃棒搅匀后置于石棉板上； 用量筒量取30 mL浓硫酸，沿内壁慢慢注入烧杯中，同时用玻璃棒仔细地搅拌。当混合物开始发黑时，将玻璃棒垂直插在烧杯的中央（图4-1-17），用手扶住，观察现象，分析思考其中的原因。 观察与认知 （四）硫酸和硝酸 图 4-1-17 黑色“面包” photo 1.硫酸——（1）浓硫酸的脱水性 大量疏松多孔状黑色物质不断地从烧杯中涌出，并放出带有焦煳味的气体。 反应完毕后，形成状如面包样的黑色物质。 所以，浓硫酸对动物组织有强烈的破坏性和腐蚀性，使用时一定要注意安全！ 二、几种重要的非金属化合物 （四）硫酸和硝酸 photo 1.硫酸——（2）浓硫酸的吸水性 硫酸对水有强烈的亲和作用，能与水以任意比混溶，并放出大量的热。因此，实验室常用浓硫酸作干燥剂和吸水剂，如将浓硫酸滴在胆矾（CuSO4·5H2O）上（图4-1-18）。在配制硫酸溶液时，切勿把水倒入浓硫酸中！应该边搅动，边将浓硫酸沿烧杯内壁缓缓地倒入水中，以免因局部过热使硫酸溅出，造成灼伤。 二、几种重要的非金属化合物 （四）硫酸和硝酸 图 4-1-18 浓硫酸滴在胆矾上 1.硫酸——（3）浓硫酸的氧化性 浓硫酸几乎能和所有的金属（金、铂除外）发生氧化还原反应。 反应中，铜元素从0价升高到 +2价，硫元素从 +6价降低到+4价，因此，浓硫酸是氧化剂，铜是还原剂。此外，在加热条件下，浓硫酸还能与一些非金属发生氧化还原反应。例如： 硫酸是最重要的化工产品之一，使用非常广泛。硫酸可用于生产化肥、农药、医药、染料、蓄电池等，冶金工业、机械制造业以及合成纤维、石油、制革工业也大量使用。此外，硫酸也是实验室中一种常用的试剂。 二、几种重要的非金属化合物 （四）硫酸和硝酸 ① 取一小片铁片，用砂纸除去表面的氧化膜，浸入浓硫酸中，10 min后取出，用水冲洗干净；然后，将中间一小片区域的表层刮去，再将其放入稀硫酸中，观察现象。 ② 取一小片铝片，用砂纸除去表面的氧化膜，重复上述实验，观察现象。 浓硫酸具有强氧化性，金属铁、铝在冷的浓硫酸中会被氧化并在其表面生成一层致密的氧化物膜，阻止金属继续与浓硫酸反应，这种现象称为金属的“钝化”。除了金属铁、铝外，金属铬与冷的浓硫酸也会出现钝化现象。工业上，可利用这种钝化作用，把浓硫酸装在铁制或铝制的储罐中进行储存和运输。 观察与认知 （四）硫酸和硝酸 在试管中加入2 mL浓硫酸，用带导管和一个小孔的橡胶塞塞紧，从孔中插入一根铜丝，加热。把放出的气体通入紫色石蕊溶液中，观察实验现象，分析思考金属铜与金属铝、铁和浓硫酸反应的不同之处，并完成表4-1-2。 观察与认知 （四）硫酸和硝酸 通入溶液 溶液颜色变化 铜丝插入浓硫酸溶液 气体通入紫色石蕊溶液 表 4-1-2  溶液颜色变化记录 取2支试管，分别加入2 mL 0.5 mol/L稀硝酸和浓硝酸，再各插入一根铜丝，观察反应生成气体的颜色及溶液的颜色。 观察与认知 （四）硫酸和硝酸 2. 硝酸 纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。一般市售浓硝酸质量分数约为69%，质量分数大于98%的浓硝酸极易挥发，会与空气中的水蒸气形成酸雾，故称发烟硝酸。 二、几种重要的非金属化合物 （四）硫酸和硝酸 2. 硝酸——（1）浓硝酸的不稳定性 在光或热的作用下，浓硝酸不稳定，易发生分解。并且，久置或受到光照的硝酸会因为分解产生的红棕色的NO2溶于其中而显淡黄色： 因此，浓硝酸通常应用棕色瓶盛放，并保存在阴凉避光处。 二、几种重要的非金属化合物 （四）硫酸和硝酸 2. 硝酸——（2）浓硝酸的氧化性 浓硝酸和稀硝酸都能与铜发生反应，前者反应剧烈，有红棕色气体（NO2）产生；后者反应缓慢，有无色气体（NO）产生，该气体在试管口遇到空气会迅速变成红棕色。反应方程式为： 二、几种重要的非金属化合物 （四）硫酸和硝酸 2. 硝酸——（2）浓硝酸的氧化性 硝酸与浓硫酸一样，也具有氧化性，几乎能与所有金属（除金、铂等以外）和一些非金属发生氧化还原反应。冷的浓硝酸也能使铝、铁、铬等金属发生“钝化”，因此可用铝槽车储运浓硝酸。此外，硝酸还能使许多非金属如碳、硫、磷等氧化。 硝酸是重要的化工原料，也是工业上重要的“三酸”之一。硝酸有着广泛的用途，可以用来制造氮肥、农药、炸药、染料和树脂等。硝酸也是实验室里一种常用的试剂。 二、几种重要的非金属化合物 （四）硫酸和硝酸 盐酸和一切可溶性盐酸盐的溶液中，都含有氯离子（Cl-）。在水溶液中，Cl-是无色的，那么，我们怎样才能知道某溶液中是否含有Cl-？ 由此可见，向溶液中加入AgNO3试液，如生成不溶于稀硝酸的白色沉淀，说明溶液中含有Cl-。 三、重要非金属离子的检验 （一）氯离子的检验 在3支试管中分别加入2 mL稀盐酸、0.1 mol/L NaCl溶液和0.1 mol/L Na2CO3溶液，然后各加几滴0.1 mol/L AgNO3试液，振荡，观察现象；再滴入几滴稀硝酸，观察现象并完成表4-1-3。 观察与认知 （一）氯离子的检验 待检溶液 AgNO3 试液 稀硝酸 化学方程式 稀盐酸 NaCl溶液 Na2CO3溶液 表 4-1-3  现象记录 在分别盛有2 mL 0.1 mol/L H2SO4溶液、0.1 mol/L Na2SO4溶液和0.1 mol/L Na2CO3溶液的3支试管中，各滴入2滴0.1 mol/L BaCl2试液，观察有无沉淀生成。再向各试管中滴入少量稀盐酸或稀硝酸，振荡试管，观察沉淀溶解情况并完成表4-1-4。 观察与认知 （二）硫酸根离子的检验 待检溶液 BaCl2 试液 稀盐酸 化学方程式 H2SO4溶液 Na2SO4溶液 Na2CO3溶液 表 4-1-4  现象记录 由此可见，向溶液中加入BaCl2试液，如生成不溶于稀盐酸或稀硝酸的白色沉淀，说明溶液中含有SO42- 。 在2支干燥的试管中分别加入NH4Cl溶液和(NH4)2SO4溶液，再分别加入NaOH溶液并加热，观察现象；用湿润的红色石蕊试纸接近试管口，观察试纸颜色的变化，并完成表4-1-5。 观察与认知 （三）铵根离子的检验 待检溶液 NaOH 溶液 化学方程式 NH4Cl溶液 (NH4)2SO4 表 4-1-5  试纸颜色变化记录 实验中均生成具有刺激性气味的NH3，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色。通常，利用铵盐与碱作用放出氨气这一性质检验NH4+的存在。 思考与应用 1.工业上使用漂白粉时，加入少量的稀盐酸可提高漂白能力，解释原因并写出化学方程式；若在家中使用漂白液，有哪些办法能提高漂白能力？ 2.用化学方程式解释下列现象产生的原因： （1）将氯水滴入紫色石蕊溶液中，可以看到紫色石蕊溶液先变红后褪色； （2）将氯水滴入硝酸银溶液中，有白色沉淀生成； （3）向氯水中滴加碳酸钠溶液，有气体产生。 思考与应用 3.氮氧化物进入大气后，不仅会形成硝酸型酸雨，还可能形成光化学烟雾，因此必须对含有氮氧化物的废气进行处理。 （1）用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式为： NO+NO2+2NaOH ——— 2NaNO2+H2O ① 2NO2+2NaOH ——— NaNO2+NaNO3+H2O ② 在反应①中，氧化剂是 ，还原剂是 。在反应②中，氧化产物是 ，还原产物是 。 （2）汽车尾气中含有一氧化氮和二氧化氮，消除这两种物质对大气污染的方法是安装催化转化器，使它们发生反应生成氮气和二氧化碳，该反应的化学方程式为 。 photo photo 无论是2018年发射成功的嫦娥四号探测器（图4-2-1），还是2019年开通的北京大兴国际机场（图4-2-2），都离不开金属材料的重要贡献。不同功能的金属材料所需的轧制、锻造、挤压、热处理等加工工艺也不尽相同。 第二节 常见金属单质及其化合物 图 4-1-18嫦娥四号探测器 图 4-2-2 北京大兴国际机场 photo 一、金属单质 图4-2-3所示为元素周期表中金属元素与非金属元素的分布图，图中的阶梯形折线称为金属与非金属分界线，折线右上方区域为非金属和稀有气体元素，其余都是金属元素（氢除外）。 图 4-2-3 元素周期表中金属元素与非金属元素的分布图 一、金属单质 在已发现的118种元素中，绝大部分是金属元素，它们占据了元素周期表大约4/5的位置。 1. 金属的物理性质 常温下，除汞以外的其他金属都具有晶体结构。金属晶体中包含着中性原子、带有正电荷的金属阳离子和从金属原子上脱落下来的自由电子（图4-2-4）。这些电子不是固定在某一个金属离子的附近，而是在晶体中自由地移动。依靠流动的自由电子，金属原子和金属阳离子相互连接在一起而形成金属晶体。 图 4-2-4 金属的晶体结构 （一）金属的通性 photo 一、金属单质 金属晶体的特殊结构，决定了金属具有共同的物理性质， 主要表现为： （1）金属的颜色和光泽 大多数金属呈银白色，少数金属呈其他颜色。 （2）金属的延展性 一般来说，金属具有不同程度的延展性，可以抽成细丝，最细的铂丝直径不超过0.2 μm；可以压成薄片，最薄的金箔只有0.1 μm厚。 （一）金属的通性 一、金属单质 （3）金属的导电性和导热性 大多数金属具有良好的导电性和导热性。导电性好的金属， 导热性也好。 铜和铝也是很好的导热材料，广泛用于热交换器、散热材料及日用炊具等领域。 （4）金属的密度、硬度和熔点 大多数金属的密度、硬度较大，熔点较高，但差别也较大。 （一）金属的通性 photo 一、金属单质 2. 金属的化学性质 图4-2-5所示为元素钠、镁、铝的原子结构示意图，运用学过的原子结构知识，从核外电子排布的角度出发，推测它们在化学反应中的电子得失情况、化学键形成及基本化学性质。 （一）金属的通性 图 4-2-5 原子结构示意图 一、金属单质 2. 金属的化学性质 金属最主要的化学共性是易失去最外层的电子，变成金属阳离子而表现出还原性。例如，金属可以与非金属反应、与氧反应、与酸反应等。 （一）金属的通性 由于金属失去电子的难易程度不同，所以各种金属还原性的强弱也不同，化学活泼性强弱的差别也较大。 photo 一、金属单质 图4-2-6所示为金属钠及其保存方法，观察图片，说说你的发现。 （二）碱金属元素的代表——钠 钠是电和热的良导体，熔点沸点低，质地软，密度为0.97 g/cm3，是具有银白色光泽的轻金属。钠可作为还原剂，用于稀有金属的冶炼。钠广泛应用于电光源上。钠原子最外电子层上只有1个电子，在化学反应中很容易失去该电子，化学性质非常活泼。 图 4-2-6 金属钠及其保存方法 photo 一、金属单质 （二）碱金属元素的代表——钠 （1）实验 ① 用镊子取一小块金属钠，用滤纸吸干表面的煤油，然后用刀切开，观察刚切开及稍放置后断面的颜色和光泽。 ② 用镊子取一小块金属钠，用滤纸吸干表面的煤油，置于坩埚中（图 4-2-7），加热，观察现象。 ③ 在盛有水的烧杯中，滴入几滴酚酞溶液，用镊子取一绿豆大小的金属钠放入水中，如图4-2-8所示。观察反应现象。 图 4-2-7 金属钠与氧气的反应 photo 图 4-2-8 钠与水的反应 一、金属单质 （二）碱金属元素的代表——钠 （2）探究结果 ① 常温下，钠能与空气中的氧气化合生成氧化钠（Na2O），致使光亮的金属断面很快变暗。钠受热后，也能与氧气发生剧烈反应，发出黄色火焰，生成一种淡黄色固体。 ② 钠的密度比水小，能与水发生剧烈的反应，反应时放出热量，放出的热量使钠块熔成小球；反应后得到的溶液呈碱性；钠与水反应有气体生成，经检验为H2。 photo 一、金属单质 （三）地壳中含量最多的金属元素——铝 图 4-2-9 日常生活中常见的铝制品 铝在自然界分布较广，在地壳中含量仅次于氧和硅。铝有良好的导电性、导热性和延展性，广泛用于电线、食品包装袋、饮具和太阳能热水器等的制造。铝还能跟许多元素形成合金，因铝合金质轻而坚韧，它们在汽车、飞机、火箭等制造业以及日常生活中具有广泛的用途。 铝具有较强的还原性，在化学反应中常用作还原剂。 一、金属单质 （三）地壳中含量最多的金属元素——铝 （1）铝与氧气的反应 在常温下，铝能够与空气中的氧气反应，生成一层致密而坚固的氧化铝薄膜，这层薄膜能够阻止内部的铝不再继续氧化，因此铝制品具有一定的抗腐蚀能力，可以保存在空气中。 但在点燃条件下，铝在氧气中能剧烈燃烧，发出耀眼的白光，并冒白烟。 （2）铝与金属氧化物的反应 铝不但能跟空气中的氧气发生反应，而且还能夺取某些金属氧化物中的氧，并放出大量的热。 通常，把用铝从金属氧化物中置换出金属单质的方法称为铝热法。工业上常用铝热法冶炼难熔的金属、焊接钢轨等。 一、金属单质 （三）地壳中含量最多的金属元素——铝 （3）铝与酸和碱的反应 在两支试管中分别加入5 mL 2 mol/L HCl溶液、2 mol/L NaOH 溶液，再分别放入一小段铝片，观察现象；过一段时间后，将燃着的火柴分别放在两支试管口，观察现象并完成表4-2-1。思考金属铝具有的性质。 从实验可以看出，反应都放出了一种可燃性气体——氢气，铝也都生成了+3价铝的化合物。化学方程式为： 铝既能与酸反应，又能与碱作用，具有两性性质。 溶液 HCI溶液 NaOH 溶液 铝片 表 4-2-1  现象记录 拓展延伸 （三）地壳中含量最多的金属元素——铝 铝热反应是指铝与某些金属氧化物发生的氧化还原反应。 铝热反应发生时，放出的大量热使金属熔化并流出，广泛用于冶炼难熔金属、焊接方面。 photo 一、金属单质 （四）使用最多的基础金属材料——铁 1.铁的物理性质 铁具有良好的导电性、导热性和延展性，密度为7.86 g/cm3，熔点为1535 ℃；能被磁铁吸引，具有铁磁性。 2.铁的化学性质 铁与氧气、酸和盐溶液的反应。常温下铁与水不发生反应，但红热的铁能跟水蒸气发生反应生成四氧化三铁（Fe3O4）和氢气。 在潮湿空气中，铁在H2O、O2和CO2等的共同作用下，易发生腐蚀而生锈，铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O。 图 4-2-12 日常生活中常见的铁制品 photo 二、几种重要的金属化合物 （一）氧化物 1. 氧化钠与过氧化钠 图4-2-15所示为Na2O和Na2O2的电子式，分析它们的形成、差异，并推测它们的化学性质。 钠的氧化物有Na2O和Na2O2。Na2O是碱性氧化物，与水反应得到氢氧化物，与酸性氧化物反应得到盐。反应的化学方程式为： 图 4-2-15 Na2O和Na2O2的电子式 二、几种重要的金属化合物 （一）氧化物 1. 氧化钠与过氧化钠 Na2O2与水反应得到氢氧化钠和过氧化氢（H2O2），与CO2反应得到碳酸钠和氧气。反应的化学方程式为： Na2O2与水反应生成的H2O2不稳定，迅速分解产生氧气。反应的化学方程式为： Na2O2常用作氧化剂、漂白剂、氧气发生剂，还可用作防毒面具的填料，作为高空飞行及潜水作业时的供氧剂及CO2吸收剂。 二、几种重要的金属化合物 （一）氧化物 2. 氧化铝 氧化铝（Al2O3）是白色粉末，熔点为2050 ℃，是一种比较好的耐火材料，在功能陶瓷、半导体照明等领域也有重要应用。Al2O3不溶于水，但新制的Al2O3能与酸或碱反应，都生成盐和水。 在上述第一个反应中，Al2O3表现出碱性氧化物的性质；在第二个反应中，Al2O3则表现出酸性氧化物的性质。因此，Al2O3是两性氧化物。 二、几种重要的金属化合物 （一）氧化物 3. 铁的氧化物 铁的氧化物有氧化亚铁（FeO）、氧化铁（Fe2O3）、四氧化三铁（Fe3O4）等。FeO是一种黑色粉末，不稳定，在空气中加热即被氧化成Fe3O4。Fe2O3是一种红棕色粉末，俗称铁红，可用作油漆的颜料等。Fe3O4是具有磁性的黑色粉末，俗称磁性氧化铁。 铁的氧化物都不溶于水，也不能跟水发生反应。但FeO和Fe2O3都能跟酸发生反应，分别生成亚铁盐和铁盐。 photo 二、几种重要的金属化合物 （二）氢氧化物 在实验室里，常常会发现，NaOH试液久置后会发生如图4-2-16所示的变化，用化学知识解释其原因。 图 4-2-16 NaOH溶液久置后的变化 二、几种重要的金属化合物 （二）氢氧化物 1. 氢氧化钠 NaOH（烧碱、苛性碱）是强碱，具有强腐蚀性，对皮肤、纤维、陶瓷，甚至金属铂都有腐蚀作用。NaOH固体或浓溶液一般使用塑料容器存放，而不能用玻璃容器存放。 硅酸钠具有黏性，可将玻璃瓶塞与瓶口粘在一起。如果临时存放NaOH的稀溶液可以使用配有胶塞的玻璃瓶，但不能使用玻璃塞。 保存NaOH固体时应该密封，以免吸收空气中的H2O和CO2。市售NaOH难免会含有Na2CO3。当需要配制不含Na2CO3杂质的NaOH溶液时，可先制备NaOH饱和溶液，密闭静置，使Na2CO3沉淀析出，然后取上层清液，用煮沸后冷却的新鲜蒸馏水稀释至所需浓度。 二、几种重要的金属化合物 （二）氢氧化物 2. 氢氧化铝 ①向盛有10 mL 0.5 mol/L Al2(SO4)3溶液的试管中，逐滴加入氨水至过量，观察现象并完成表4-2-2。 溶液 逐滴加入氨水至过量 Al2(SO4)3溶液 表 4-2-2  现象记录 ②将上述反应所得沉淀Al(OH)3分装在2支试管中，在1支试管中滴加2 mol/L HCl溶液，在另1支试管中滴加2 mol/L NaOH溶液，振荡，观察现象并完成表4-2-3。 加入溶液 现象 化学方程式 HCl溶液 NaOH溶液 Al(OH)3+ NaOH===NaAlO2+ 2H2O 表 4-2-3  现象记录 反应中生成不溶于过量氨水的白色胶体沉淀——Al(OH)3： Al(OH) 3在酸或强碱溶液中都能溶解，这说明它既能与酸发生反应，又能与强碱发生反应，因此，Al(OH) 3是两性氢氧化物。 二、几种重要的金属化合物 （二）氢氧化物 3. 铁的氢氧化物 铁有两种氢氧化物，即氢氧化亚铁[Fe(OH)2]和氢氧化铁[Fe(OH)3]。 Fe(OH)2在空气中不稳定，能被空气中的氧气氧化生成红褐色的Fe(OH)3： Fe(OH)3受热不稳定，易失水生成红棕色的Fe2O3粉末： 二、几种重要的金属化合物 （三）碳酸钠和碳酸氢钠 碳酸钠（Na2CO3）俗称纯碱或苏打，是白色粉末；碳酸氢钠（NaHCO3）俗称小苏打，是细小的白色晶体。Na2CO3比NaHCO3更易溶于水，它们的水溶液都因水解而呈碱性。Na2CO3和NaHCO3都能与HCl溶液反应放出CO2。NaHCO3与HCl溶液的反应比Na2CO3与HCl溶液的反应剧烈。 Na2CO3很稳定，而NaHCO3不稳定，受热易分解。 利用这个反应可区分Na2CO3和NaHCO3。Na2CO3是重要的化工产品，广泛用于玻璃、搪瓷的制造和炼钢、炼铝及其他有色金属的冶炼。在临床医疗领域，NaHCO3常用作抗酸药。在食品工业领域，NaHCO3是发酵粉的主要成分之一。 实践活动 1926年，“红三角牌”纯碱在世界万国博览会上夺得金质奖章，这是创新性制碱工艺——侯氏联合制碱法历时五年开出的灿烂之花，更是中国制碱业打破垄断、自立自强的标志。请以小组为单位，上网查阅资料，了解我国重化学工业的开拓者、近代化学工业的奠基人侯德榜（1890—1974，图4-2-17）为祖国制碱工业冲破封锁而努力奋斗、勇于创新的事迹，探究我国自己的碱厂从无到有、从有到优的意义。并撰写一篇演讲稿在班级进行交流。 photo 图 4-2-17 我国科学家侯德榜 二、几种重要的金属化合物 （四）铁盐和亚铁盐 铁的盐类有铁盐（即三价铁盐）和亚铁盐（即二价铁盐）两种，常见的有氯化铁和硫酸亚铁。 1.氯化铁 氯化铁（FeCl3）是黑棕色固体，常以水合物（FeCl3·6H2O）形式存在，吸湿性很强，易溶于水，在水溶液中易水解生成氢氧化铁沉淀： FeCl3具有氧化性，遇较强的还原剂会被还原成亚铁盐；后者在较强氧化剂的作用下，又被氧化成铁盐。 二、几种重要的金属化合物 （四）铁盐和亚铁盐 2.硫酸亚铁 含有7分子结晶水的硫酸亚铁晶体（FeSO4·7H2O）俗称绿矾，是淡绿色晶体，易溶于水。在潮湿的空气中能逐渐被氧化而变成红褐色的碱式硫酸铁。因此，绿矾需保存在密闭容器中。绿矾在农业上用作杀菌剂，可防治小麦黑穗病和条纹病等；它也是一种微量元素肥料，植物缺铁时叶子发黄，可施用绿矾；在医药上，作内服药用于治疗缺铁性贫血；在工业上，用于制造蓝黑墨水和媒染剂，也可用于木材防腐。 实践活动 电子产品加工中，常用30%的FeCl3溶液腐蚀敷在绝缘板上的铜箔，制造印制电路板。工程师常需要从使用过的腐蚀废液中回收铜、铁。以小组为单位，通过采访专业技术人员、发放问卷调查表、上网查阅资料或到当地电子产品加工企业调研，了解相关铁、铜等常见金属的回收利用状况，结合所学化学知识，从节约资源和保护环境等角度提出建议意见，并将调研结果写成调查报告，以演示文稿形式在班内进行交流、展评。 三、重要金属离子的检验 每逢重要节日或重大庆祝活动时，人们常会燃放焰火营造气氛和表达内心的欢乐。焰火在我国始于唐，盛于宋，是在中国四大发明之一 ——火药的基础上衍生出来的一项技术。图4-2-18所示为2008年北京奥运会焰火秀。 photo 图 4-2-17 我国科学家侯德榜 三、重要金属离子的检验 钠燃烧时，会观察到火焰呈黄色。其实，很多金属及其化合物在被灼烧时，都会使火焰呈现特殊的颜色，这在化学上称为焰色反应。 几种金属或金属离子焰色反应的颜色，如图4-2-19所示。利用焰色反应所呈现的特殊颜色，可以检验金属或金属离子的存在。 photo 图 4-2-19 几种金属或金属离子焰色反应的颜色 （一）焰色反应 将固定在玻璃棒上的铂丝用稀盐酸洗涤后，放在酒精灯火焰上灼烧，直至与原来的火焰颜色相同时为止。 用铂丝蘸取Na2CO3溶液后放到酒精灯火焰上灼烧，观察火焰颜色。 把铂丝洗净，同法灼烧至没有颜色时，再蘸取KCl溶液，放到酒精灯火焰上灼烧，隔着蓝色钴玻璃观察火焰颜色。比较实验现象并完成表4-2-4。 观察与认知 （一）焰色反应 溶液 Na2CO3 溶液 KCl 溶液 火焰颜色 表 4-2-4  现象记录 在2支试管中分别加入2 mL FeCl3溶液和2 mL FeSO4溶液，再各滴入几滴硫氰化钾（KSCN）溶液，观察现象并完成表4-2-5。 观察与认知 （二）铁离子的检验 待测溶液 滴加 KSCN 溶液 FeCl3溶液 FeSO4溶液 表 4-2-5  现象记录 氯化铁、硫酸铁等含有Fe3+ 的溶液，遇到KSCN溶液会发生反应，反应方程式为： 通常，利用这一反应可以检验Fe3+的存在。 思考与应用 1.现有物质A、B、C、D，其中A为单质，B、C、D均为含有A元素的化合物。将A长期置于空气中可得C，放入水中可得B，向B或C中加入盐酸均可得D。试推断A、B、C、D各是什么物质，写出有关反应的化学方程式。 2.用含有Ag+、Al3+、Ca2+、Na+四种阳离子的溶液做下列实验： （1）往上述溶液中，加入稀盐酸，可生成 色的 沉淀； （2）将沉淀过滤，在溶液中加入氨水，使溶液呈碱性，又出现 色沉淀，该沉淀是 ； （3）再过滤，往沉淀上滴加氢氧化钠溶液直至过量，这时沉淀； 往溶液中滴入碳酸钠溶液，出现 色沉淀，该沉淀是 。写出有关反应的化学方程式。 思考与应用 3.工业中以铝土矿（主要成分为Al2O3，另含有Fe2O3和SiO2）为原料冶炼铝过程如下（图4-2-21）：试回答下列问题： （1）实验室进行过滤用到的玻璃仪器有烧杯、 、 ； （2）操作Ⅱ中生成不溶物C的离子方程式是 。 photo 图 4-2-21 铝土矿冶炼铝 回顾与总结 一、常见非金属单质及其化合物 1. 非金属单质 回顾与总结 一、常见非金属单质及其化合物 2.几种重要的非金属化合物——（1）非金属气态氢化物 回顾与总结 一、常见非金属单质及其化合物 2.几种重要的非金属化合物——（2）非金属氧化物 回顾与总结 一、常见非金属单质及其化合物 2.几种重要的非金属化合物——（3）铵盐 2.几种重要的非金属化合物——（4）硫酸和硝酸 回顾与总结 一、常见非金属单质及其化合物 3.重要非金属离子的检验 回顾与总结 二、常见金属单质及其化合物 1.金属单质 金属都有一定的颜色、光泽、延展性、导电性和导热性，大多数金属的密度、硬度较大，熔点较高。金属元素的原子最外层电子数较少，在化学反应中，容易失去电子，表现出还原性。 回顾与总结 二、常见金属单质及其化合物 2.几种重要的金属化合物 回顾与总结 二、常见金属单质及其化合物 2.几种重要的金属化合物（续表） 3.重要金属离子的检验 $$