第五章 化工生产中的非金属元素 复习课件 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

null — 探究汽车尾气中有害成分及消除方法 人教版 必修第二册 基于大单元设计的项目式学习 第五章 化工生产中的非金属元素复习 人教版 必修第二册 首先，请大家看视频 新课导入 全国机动车保有量达 4.17 亿辆 ，驾驶人超过 5 亿人 同学们，截止到去年年底，我国机动车数量已经达到有4亿多辆，也就是平均3-4人就拥有一辆机动车，机动车数量的增长反应的是我们日益改善的物质条件，然而机动车给我们带来便利的同时对我们的环境也造成了巨大的压力。本节课我们就来探究关于汽车尾气的那些事儿。 （导入是不是有点长？） 1. 通过汽车尾气中有害物质的成分及成因，发展“元素观”“变化观”“分类观”，培养“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”的核心素养。 2.探究减少汽车尾气中有害成分的方法，感受氧化还原反应的价值，培养科学探究与创新意识。 3.通过了解三元催化器的工作原理，体会化学反应调控对生产生活的重要意义，培养科学态度与社会责任。 探究任务与学习目标 探究任务 学习目标 01 探究汽车尾气中有害成分及成因 02 探究消除汽车尾气中有害成分的方法 03 探究三元催化器的工作原理 本节课我们就通过探究以下四个任务来进行大单元复习。1.2.3.4. 课前知识梳理 1.绘制非金属元素S和N及其化合物的思维导图（标注物理性质、化学性质、用途等）。 绘制思维导图：将知识条理化、网络化、功能化。 课前同学们已经认真梳理了，本节课咱们要复习必备知识。同学们总结的全面、到位、准确，通过绘制S和N的价类二维图和思维导图，将知识网络化，系统化及功能化。好，下面我们带着必备知识，完成本节课的探究任务。 （知识梳理二选一就可以？） 课前知识梳理 2.请将以下物质填写在相应的价类二维图中，并梳理非金属元素S和N及其化合物的相互转化关系。 S、H2S、SO2、SO3、H2SO3、H2SO4、Na2SO3、Na2SO4、Na2S N2、NH3、NO、NO2、HNO3、NaNO2、NaNO3、NH3·H2O、(NH4)2SO4 核心素养：模型认知 课前同学们已经认真梳理了，本节课咱们要复习必备知识。同学们总结的全面、到位、准确，通过绘制S和N的价类二维图和思维导图，将知识网络化，系统化及功能化。好，下面我们带着必备知识，完成本节课的探究任务。 （知识梳理二选一就可以？） 氧化还原反应规律：守恒规律、价态规律、强弱规律、优先规律 歧化反应 同种元素氧化还原 归中反应 含同种元素物质之间转化模型 同一价态、不同类别物质转化，遵循离子反应规律 不同价态、不同物质转化，遵循氧化还原反应规律 资料卡片：汽油的主要成分为C5～C12的烷烃混合物，里面还有少量的硫元素。按辛烷值的高低将汽油分为92号、95号、98号等牌号。 任务一 ：探究汽车尾气中有害成分及成因 【问题1】请思考汽车尾气中的成分及成因。 核心素养：证据推理 CO2、H2O、CO 汽车尾气 汽油燃烧 SO2 S燃烧 NOx 空气中 N2氧化 首先请大家阅读资料卡片，思考汽车尾气中的有害物质是如何产生的？ 学生活动：自主思考，组织语言。 学生答：汽油燃烧产生CO2和水，有时汽油燃烧不充分就生成了CO，甚至产生碳颗粒，就是有时候我们经常在汽车排气管后面看到的黑烟。有时候有些碳氢化合物会直接被排出来。S燃烧生成SO2。 教师问：很好，准确的把握了资料卡片中的信息，根据汽油的成分推测出尾气来源。那么汽油中没有N，NOx又是如何生成的？ 学生举手答：燃料燃烧产生的高温环境使空气中的氮气与氧气反应生成NO，NO进一步与氧气结合生成NO2。 教师：很好，从我们空气的成分找到了突破口，在这三个反应汇总都体现了非金属单质的什么性质？ 学生一起答：还原性。 教师：请大家分析N和S 的原子结构示意图，分析非金属单质还具有怎样的化学性质？ 学生：硫原子和氮原子最外层电子书都小于8，容易得电子，因此其元素具有非金属性，s单质和氮气具有氧化性 教师：从微观上分析了s单质和氮气具有氧化性。如我们熟悉的反应。。。 任务一 ：探究汽车尾气中有害成分及成因 氧化反应 氧化反应 氧化反应 低价态物质 较高价态氧化物 高价态氧化物 O2 O2 如我们熟悉的反应。。。就体现了氮气和S的氧化性。 资料卡片：汽油的主要成分为C5～C12的烷烃混合物，里面还有少量的硫元素。按辛烷值的高低将汽油分为92号、95号、98号等牌号。 任务一 ：探究汽车尾气中有害成分及成因 【问题1】请思考汽车尾气中的成分及成因。 核心素养：证据推理 CO2、H2O、CO 汽车尾气 汽油燃烧 SO2 S燃烧 固体悬浮颗粒 【NH4NO3、（NH4）2SO4等】 复杂变化 NOx 空气中 N2氧化 CxHy 烃未燃烧 首先请大家阅读资料卡片，思考汽车尾气中的有害物质是如何产生的？ 学生活动：自主思考，组织语言。 学生答：汽油燃烧产生CO2和水，有时汽油燃烧不充分就生成了CO，甚至产生碳颗粒，就是有时候我们经常在汽车排气管后面看到的黑烟。有时候有些碳氢化合物会直接被排出来。S燃烧生成SO2。 教师问：很好，准确的把握了资料卡片中的信息，根据汽油的成分推测出尾气来源。那么汽油中没有N，NOx又是如何生成的？ 学生举手答：燃料燃烧产生的高温环境使空气中的氮气与氧气反应生成NO，NO进一步与氧气结合生成NO2。 教师：很好，从我们空气的成分找到了突破口，在这三个反应汇总都体现了非金属单质的什么性质？ 学生一起答：还原性。 教师：请大家分析N和S 的原子结构示意图，分析非金属单质还具有怎样的化学性质？ 学生：硫原子和氮原子最外层电子书都小于8，容易得电子，因此其元素具有非金属性，s单质和氮气具有氧化性 教师：从微观上分析了s单质和氮气具有氧化性。如我们熟悉的反应。。。 任务一 ：探究汽车尾气中有害成分及成因 【问题2】汽车尾气中的成分如何转化为NH4NO3、(NH4)2SO4？请写出转化路径。 机动车尾气排放的二氧化硫、氮氧化物,在大气中会被氧化成气态硫酸、硝酸,进而与大气中氨气反应生成硫酸铵、硝酸铵颗粒物。 教师：请你预测汽车尾气中SO2和NOx如何转化为雾霾中的硫酸铵、硝酸铵。大家以小组为单位展开讨论，并画出转化路径图，画完后拍照上传至咱们的云课堂，时间5分钟。（倒计时） 学生活动：小组讨论，画出设计图，拍照上传。（拍讨论和画图的特写，提前拍学生设计图） 教师：好的时间到，我们欣赏一下各组的劳动成果。对比，请1组同学陈述设计思路。 学生：根据课上学习的酸雨的知识，我们SO2可以与水和氧气最终反映生成硫酸，。。。。。 教师：非常好，同学们能灵活运用酸雨形成的知识迅速分析出雾霾的转化。氨气是大气雾霾的促进剂，氨气是怎么来的？ 学生答：尾气中氮氧化物转化来的。 教师：如何转化？分析化合价。 学生：加还原剂。 教师：追问，尾气中有什么还原剂，CO等。 任务一 ：探究汽车尾气中有害物质的成分及成因 SO2 H2SO3 H2O O2 SO3 O2 H2SO4 H2SO4 H2O （NH4）2SO4 NO NO2 O2 H2O HNO3 NH4NO3 NH3 NH3 关键能力：迁移应用 【问题2】汽车尾气中的成分如何转化为NH4NO3、(NH4)2SO4？请写出转化路径。 教师：请你预测汽车尾气中SO2和NOx如何转化为雾霾中的硫酸铵、硝酸铵。大家以小组为单位展开讨论，并画出转化路径图，画完后拍照上传至咱们的云课堂，时间5分钟。（倒计时） 学生活动：小组讨论，画出设计图，拍照上传。（拍讨论和画图的特写，提前拍学生设计图） 教师：好的时间到，我们欣赏一下各组的劳动成果。对比，请1组同学陈述设计思路。 学生：根据课上学习的酸雨的知识，我们SO2可以与水和氧气最终反映生成硫酸，。。。。。 教师：非常好，同学们能灵活运用酸雨形成的知识迅速分析出雾霾的转化。氨气是大气雾霾的促进剂，氨气是怎么来的？ 学生答：尾气中氮氧化物转化来的。 教师：如何转化？分析化合价。 学生：加还原剂。 教师：追问，尾气中有什么还原剂，CO等。 任务一 ：探究汽车尾气中有害物质的成分及成因 氧化性 氧化性 教师：请你预测汽车尾气中SO2和NOx如何转化为雾霾中的硫酸铵、硝酸铵。大家以小组为单位展开讨论，并画出转化路径图，画完后拍照上传至咱们的云课堂，时间5分钟。（倒计时） 学生活动：小组讨论，画出设计图，拍照上传。（拍讨论和画图的特写，提前拍学生设计图） 教师：好的时间到，我们欣赏一下各组的劳动成果。对比，请1组同学陈述设计思路。 学生：根据课上学习的酸雨的知识，我们SO2可以与水和氧气最终反映生成硫酸，。。。。。 教师：非常好，同学们能灵活运用酸雨形成的知识迅速分析出雾霾的转化。氨气是大气雾霾的促进剂，氨气是怎么来的？ 学生答：尾气中氮氧化物转化来的。 教师：如何转化？分析化合价。 学生：加还原剂。 教师：追问，尾气中有什么还原剂，CO等。 项 目 H2SO4 HNO3 物理性质 无色、粘稠的油状液体、难挥发、易溶于水 无色、易挥发、有刺激性气味、易溶于水 化学性质 酸 的 通 性 1.与指示剂反应 2.与碱反应 3.与碱性氧化物反应 4.与某些盐反应 5.与金属反应生成氢气（浓硫酸、硝酸与金属反应一般不生成氢气） 特 性 浓硫酸： 1.强氧化性： （1）钝化（2）与金属非金属反应 2.吸水性 4.脱水性 1.强氧化性： （1）钝化（2）与金属非金属反应 2.不稳定性 用途 实验室用作干燥剂；工业上制造化肥、 药物、颜料、洗涤剂等。 制造化肥、农药、炸药、染料、盐类等。 复习回顾 掌握共性，把握个性 任务一 ：探究汽车尾气中有害成分及成因 【问题3】如何检验雾霾中含有(NH4)2SO4？请你设计实验进行检验，并描述实验方案。 实验题答题模板：取样→操作→现象→结论 分类观 NH4+ 取少量样品 于试管中 NH4 NH4+ 取少量样品 于试管中 加入盐酸酸化的BaCl2溶液 白色沉淀 SO4 + 2- 教师提问：同学们，请你设计实验检验雾霾中的(NH4)2SO4。 学生活动：自主思考。回答： 方案一：取样于试管中，加NaOH溶液加热，湿润的红色石蕊试纸、蘸浓盐酸的玻璃棒、酚酞（合理即可），证明NH4+。加H2SO4,白色沉淀证明SO42-。 教师提醒：语言很规范，完全按照平时强调的实验题答题模板，即取样-操作-现象-结论。 方案二：简化为加Ba(OH)2溶液即可。 教师总结：在检验铵根离子时，利用了铵盐与碱供热产生氨气的性质，实验室也是利用这一性质来制取氨，ppt迅速呈现，请大家快速复习（同学们快速出生阅读）。 任务一 ：探究汽车尾气中有害成分及成因 【问题3】请你设计实验检验雾霾中的(NH4)2SO4。 教师提问：同学们，请你设计实验检验雾霾中的(NH4)2SO4。 学生活动：自主思考。回答： 方案一：取样于试管中，加NaOH溶液加热，湿润的红色石蕊试纸、蘸浓盐酸的玻璃棒、酚酞（合理即可），证明NH4+。加H2SO4,白色沉淀证明SO42-。 教师提醒：语言很规范，完全按照平时强调的实验题答题模板，即取样-操作-现象-结论。 方案二：简化为加Ba(OH)2溶液即可。 教师总结：在检验铵根离子时，利用了铵盐与碱供热产生氨气的性质，实验室也是利用这一性质来制取氨，ppt迅速呈现，请大家快速复习（同学们快速出生阅读）。 任务一 ：探究汽车尾气中有害物质的成分及成因 辩证看问题 科学、合理利用物质 教师：硝酸盐、铵盐是雾霾的元凶，但他们也是重要的氮肥，适宜的氮肥用量对于提高作物产量、改善农产品质量有重要作用，辩证看待功与过。 任务二 ：探究消除汽车尾气中有害成分的方法 【问题4】依据价类二维图，试着分析如何消除汽车尾气中的SO2和NOx？ 水吸收 水吸收 碱吸收 碱吸收 教师： 下面我们探究如何减少汽车尾气中的有害物质，请大家结合价类二维图分析如何减少尾气中的SO2和NOx？ 学生活动：小组为单位进行讨论。不断思考方案的优缺点。 方案一（成本低，缺点：可逆，程度小） SO2+H2O（酸性氧化物） NO2+H2O 2.改进方案（缺点：工艺较落后） SO2+氢氧化钠 NO2+氢氧化钠（歧化反应） NO2+NO（强调陌生化学方程式的书写，元素转化、价态观） 学生写方程式： 3.改进方案（工业硝酸厂废气吸收） SO2+碳酸钠 NO2+碳酸钠 4.引导从化合价分析，NOx如何转化为无污染的N2 改进：NO+NH3(硝酸厂废气催化还原法) 5.引导从尾气本身寻找还原剂，CO+NOx转化为无污染的N2，写方程式 任务二 ：探究消除汽车尾气中有害成分的方法 水吸收 碱吸收 CO 【问题4】依据价类二维图，试着分析如何消除汽车尾气中的SO2和NOx？ 方案一（缺点：可逆，程度小） SO2+H2O NO2+H2O 2.改进方案（缺点：价格贵） SO2+氢氧化钠 NO2+氢氧化钠（歧化反应） NO2+NO（强调陌生化学方程式的书写，元素转化、价态观） 3.改进方案（工业硝酸厂废气吸收） SO2+碳酸钠 NO2+碳酸钠 4.引导从化合价分析，NOx如何转化为无污染的N2 改进：NO+NH3(硝酸厂废气催化还原法) 5.引导从尾气本身寻找还原剂，CO+NOx转化为无污染的N2，写方程式 任务二：探究消除汽车尾气中有害成分的方法 方案设计 尾气处理方法 评价 方案一 SO2+H2O ⇌ H2SO3 3NO2+H2O = 2HNO3+NO 处理不彻底 方案二 携带不便，不适用于汽车尾气吸收 方案三 NO+NO2+2NH3 = 2N2+3H2O 操作简单，尾气处理彻底，适用于 柴油车尾气处理 方案四 2NO2+2NaOH = NaNO2+NaNO3+H2O NO+NO2+2NaOH = 2NaNO2+H2O 2NO+2CO = N2+2CO2 2NO2+4CO = N2+4CO2 操作简单，尾气处理彻底，适用于汽油车尾气处理 【问题4】依据价类二维图，试着分析如何消除汽车尾气中的SO2和NOx？ 陌生化学方程式书写： 元素守恒、电子转移 守恒 SO2+2NaOH = Na2SO3+H2O 教师：同学们刚才我们小组之间相互讨论完善，形成了减少尾气处理的方案，这个方不可不行呢？我们将一个化学反应应用于生产生活实际时既要考虑这个反应的速率也要考虑转化率。 任务二 ：探究消除汽车尾气中有害成分的方法 【问题5】一定条件下，在一密闭容器中发生反应： 2NO+2CO = N2+2CO2。某科研团队用气体传感器测得某温度下、不同时间的NO和CO浓度（见表格），用NO的浓度变化表示0~4 s化学反应的平均速率。 时间/s 0 1 2 3 4 5 c（NO）/10-3mol·L-1 1.00 0.45 0.25 0.15 0.10 0.10 c（CO）/10-3mol·L-1 3.60 3.05 2.85 2.75 2.70 2.70 v(NO) ＝ ＝ Δc(NO) Δt (1.00-0.10)×10-3mol·L-1 4 s =2.25×10-4mol·L-1·s-1 教师：请大家根据数据计算化学反应的速率和平衡转化率。3分钟。 教师：通过计算你发现了什么？ 学生：这个反应转化率还可以，但是速率太慢了。 教师：如何来加快化学反应速率？ 学生：温度、浓度、压强，催化剂。 教师：对于处理汽车尾气来说，哪个更实用？ 学生：催化剂。 任务三 ：探究三元催化器的工作原理 教师：事实上我们现在机动车都安装了尾气净化装置。下面请大家通过视频来了解三元催化器的工作原理。 任务三 ：探究三元催化器的工作原理 【问题6】 （1）在三元催化器的内部为什么选择蜂窝状的结构？ （2）实验数据显示，在不同温度下，反应物和生成物的浓度随温度变化关系如图所示，你认为使用三元催化剂的最佳温度大约是多少? 三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、CxHy和NOx等有害气体转变为无害的二氧化碳、水、氮气。 教师：刚才我们了解了三元催化器，它实现了将汽车尾气中的有害气体转化为无害的三种物质，二氧化碳、水和氮气。为什么选择蜂窝状结构？ 学生：一起回答，增大接触面积，加快反应速率 教师：最佳温度？ 学生a：350 学生b：400 任务三 ：探究三元催化器的工作原理 分析图像： 横纵坐标、起点、终点、拐点、特殊点、图像变化趋势 教师：刚才我们了解了三元催化器，它实现了将汽车尾气中的有害气体转化为无害的三种物质，二氧化碳、水和氮气。为什么选择蜂窝状结构？ 学生：一起回答，增大接触面积，加快反应速率 教师：最佳温度？ 学生a：350 学生b：400 催化机理 任务三 ：探究三元催化器的工作原理 最佳工作区 空燃比 CxHy 教师讲解：空燃比影响三元催化器的工作效率。 达标训练 教师讲解：空燃比影响三元催化器的工作效率。 达标训练 教师讲解：空燃比影响三元催化器的工作效率。 达标训练 工艺流程题解题策略 1.关注目标。废水、废气→ 无污染产物 2.分析流程，A．反应物是什么；B．发生了什么反应；C．该反应造成了什么后果，对达成目的有什么作用。 抓住一个关键点：一切反应或操作都是为实现目的而服务。 3.从问题中获取信息，帮助解题。综合考虑原料成本，来源、是否再生，环境保护，对设备的要求等。 教师讲解：空燃比影响三元催化器的工作效率。 项目小结 SO2和NOx性质；氧化还原反应的基本规律。 任务线 知识线 活动线 素养线 探究汽车尾气中有害成分及成因 探究消除汽车尾气中有害成分的方法 探究三元催化器的工作原理 S、N物质之间的转化；铵盐的性质及检验； 硝酸、硫酸的性质； 氨气的实验室制备。 影响化学反应的因素；识图分析能力。 小组讨论推理汽车尾气中有害成分及成因；讨论硫酸铵和硝酸铵的形成路径。实验探究检验雾霾中的硫酸铵。 合作探究、讨论形成消除汽车尾气中有害成分的方法。 通过视频了解三元催化器工作原理；识图探究影响催化转化率因素。 宏观辨识与微观探析 变化观念与平衡思想 证据推理与模型认知 科学探究与创新意识 科学态度与社会责任 学习自评 基于大单元设计的项目式学习： 化工生产中的重要非金属元素复习 —探究汽车尾气中有害物质的成分及消除方法 学习自评表 https://www.wjx.cn/vm/mprP3sJ.aspx 扫描二维码，完成自评,提前设计调查问卷。 一代人有一代人的长征 一代人有一代人的使命 生逢其时 重任在肩 在青春的赛道上奋力奔跑 跑出当代青年的最好成绩 $$null