第五章 化工生产中的重要非金属元素 整理提升教学设计 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

教学设计 课程基本信息 学科 化学 年级 高一 学期 春季 课题 《化工生产中的重要非金属元素-整理与提升》 教学目标 1. 学生需通过学习硫和氮元素的物质结构（如原子结构、电子排布等），理解其宏观性质（如颜色、气味、溶解性等）与微观结构之间的内在联系。 2. 掌握硫和氮的化合物之间的转化关系，理解这些转化过程中的条件控制（如温度、压力、催化剂等）对反应方向和速率的影响。 3. 通过离子检验等实验手段，辨识特定盐类，运用实验证据推理物质的组成和性质。同时，构建硫和氮元素及其化合物的转化模型，如价态转化图、反应流程图等。 4. 理解实验室制取物质的基本原则，以氨的制取为例，学习实验设计、操作、观察、记录和分析的全过程。 5. 通过学习无机非金属材料的特性及其在化学科学中的重要性，如硅材料在信息技术、新能源等领域的应用，引导学生关注化学与社会的紧密联系，认识化学在促进可持续发展中的作用。 教学重难点 教学重点： 1. 物质结构与性质的关系、物质间的转化规律、化学物质的辨识方法、实验室制取物质的原则。 教学难点： 1. 从元素价态视角理解复杂转化过程、无机非金属材料的特性及其在新材料研发中的应用。 教学过程 一、导入新课 （通过展示火山喷发和农田施用氮肥的视频，引导学生思考硫和氮的性质、用途及其原 子结构。 提出问题：“硫和氮为什么会有这样的性质和用途？它们的原子结构是怎样的？又是如何影响它们的化学性质的呢？ ”） 老师：同学们，大家好！在开始今天的课程之前，我想先和大家分享一些有趣的事实。 （视频链接：<iframe frameborder="0" src="https://tv.sohu.com/s/sohuplayer/iplay.html?bid=102590931&autoplay=true&dis ablePlaylist=true" allowFullScreen="true" scrolling="no"></iframe>） 老师：看这个视频，这是火山喷发时的壮观景象。你们知道吗？火山喷发时，会释放出 大量的硫氧化物，这些物质在大气中经过一系列化学反应，最终会形成我们常说的“酸雨 ”。 这些物质对大气环境有重要影响。再看这张，这是我们的农田，农民们正在施用氮肥，以提高农作物的产量。 老师：那么，硫和氮为什么会有这样的性质和用途呢？它们的原子结构是怎样的？又是 如何影响它们的化学性质的呢？今天，我们将从物质结构与性质的关系角度、物质类别角度 和元素价态角度多个角度来全面了解硫和氮。 二、新知讲授 （1） 认识物质结构与性质的关系 （观看图中硫和氮的原子结构示意图。分析硫和氮的原子结构，特别是最外层电子数，解释其对元素化学性质的影响。） 老师：让我们从第一个角度开始—物质结构与性质的关系。 老师：首先，请大家看屏幕，根据初中的知识储备相信大家可以画出硫和氮的原子结构示意图。 老师：首先，让我们聚焦于硫。根据我们学过的知识，最外层电子数决定了元素的化学性质。那么，硫原子会如何表现呢？ 学生：它会倾向于获得 2 个电子，形成稳定的-2 价离子。 老师：完全正确！这就是硫具有较强氧化性的原因。此外，硫的这种电子排布还赋予了它一定的还原性，在特定条件下能够失去电子，参与多种复杂的化学反应。 老师：结合其电子层数和最外层电子数我们不仅可以推断出其所在位置还可以根据元素周期律推断出其非金属性强弱和主要化合价。 硫元素位置 原子结构示意图 非金属性 主要化合价 第三周期第 VIA 族 比氧弱 -2、0、＋4、＋6 二硫化亚铁（FeS2）硫呈-1； 硫代硫酸钠 （Na2S2O3）硫呈+2； 老师：转而审视氮元素，其原子结构同样引人入胜。氮会如何表现？ 氮原子这一独特的配置使得氮原子既可以失去 5 个电子形成+5 价离子，也可以获得 3 个 电子形成-3 价离子。但更常见的是它通过共享电子形成共价键。所以氮分子（N₂)之间可以 形成了异常稳定的共价三键，这是自然界中最强的化学键之一。这一结构特征解释了为什么氮气在常温常压下极为稳定，不易与其他物质发生反应，成为地球大气中占比显著却相对惰 性的成分。然而，当条件改变，如高温或高压下，氮气的反应性会显著增强，能够参与一系 列重要的化学过程，如合成氨等，对生命体系及工业生产至关重要。 综上所述，通过这些实例，我们深刻认识到，物质的性质并非偶然，而是其内在原子结构精确调控的结果，这一理解为我们预测和操控物质行为提供了坚实的理论基础。 （二）从物质类别的视角认识物质间的转化关系 （以硫为例，介绍硫元素在火山喷发中的存在形式及其转化关系。引导学生分析氮元素的类似转化过程，通过视频展示氮肥的生产过程。） 老师：下面我们进一步深入探讨，以硫为例，我们可以更加清晰地理解非金属及其化合 物之间复杂而有趣的转化关系。 首先，让我们聚焦于硫及其化合物。回想我们刚开始上课的时候看到的火山喷发的视频， 其中硫元素的存在形式和部位如下图所示： 老师：通过之前的学习我们知道当硫置身于氧气之中，一旦点燃，便会燃烧生成二氧化 硫，这是硫的一种关键氧化物，同时也是大气污染的一个重要来源，这一转变生动地展示了硫与氧之间强烈的相互作用。 老师：接下来，二氧化硫溶于水，便化身为亚硫酸，这是一种具有中等强度的酸。亚硫 酸能够与碱发生中和反应，生成对应的盐和水，例如与氢氧化钠反应，便能得到亚硫酸钠和 水。更有意思的是，硫单质还可以和氢气反应生成硫化氢。 老师：所以我们对非金属氢化物、非金属单质、氧化物、含氧酸和盐转化关系归纳如下： 老师：整理得到下图： 老师：氮是否也有类似的转化呢？刚开始上课的时候我们看了一副图片是农民 们正在施用氮肥，那么像氮肥等我们常用的化学肥料是如何得到的呢？ 老师：通过这个视频我们了解到氮肥原材料是硝酸，硝酸的制备过程如下。 （2） 从元素价态的视角认识物质间的转化关系 （介绍氮元素在不同价态之间的转化过程，构建氮的价-类二维图。引导学生模仿构建硫 的价-类二维图。） 老师： 我们发现，把一种原料转化成多种产品，路径之一是通过氧化还原反应改变主要元素的化合 价，从而实现物质转化。我们的氮元素在不同价态之间的转化同样非常有趣。从-3 价的氨开 始，我们可以通过氧化反应将其转化为 0 价的氮气；进一步氧化可以得到+2 价的氮氧化物（如 一氧化二氮）；再通过氧化可以得到+4 价的氮氧化物（如二氧化氮）；最后，通过强氧化剂可 以将二氧化氮氧化为+5 价的硝酸，再用硝酸制备硝酸盐。 老师：结合我们刚刚学到的物质之间的转化，我们可以构建氮的价-类二维图如下： 老师：同理，对于硫酸也有着自己的价-类二维图。 学生：我可以这样写吗？ 老师：在这个上面我们只能看到价态变化，但是看不到物质类别是如何转化的。你能否模仿氮的价-类二维图去构建硫的价-类二维图呢？ 学生：有点儿难度。 老师：我们可以先将硫及其化合物之间相互转化的化学方程式列出来。如下: 老师：然后构建硫的价-类二维图如下图所示: （3） 辨识化学物质 （介绍硫酸盐和铵盐的辨识方法，通过情景讲述，引起学生注意。讲解其他辨识化学物 质的方法，如焰色反应和 pH 测定。） 老师：现在我们已经充分认识了硫和氮。那么现在解决一个问题。昨天整理试剂的时候发现有两个瓶子的标签脱落了，查看药品记录后发现这两个瓶子当中一个放的是硫酸盐一个放的是铵盐。能否判断一下哪个是硫酸盐，哪个是铵盐呢? 老师：我们可以取少量待测样品放入试管中，加入适量的蒸馏水溶解。然后向试 管中滴加几滴氯化钡溶液。如果观察到有白色沉淀生成，说明样品中含有硫酸根离子，即该样品是硫酸盐。 老师：我们可以取少量待测样品溶解后，向其中加入适量的氢氧化钠溶液。 然后将试管加热，如果观察到有刺激性气味的气体生成，并且该气体能使湿润的红色石蕊试 纸变蓝，说明样品中含有铵根离子，即该样品是铵盐。 老师：除了这两种方法外，我们还有其他辨识化学物质的方法吗？ 学生：焰色反应可以用来检验金属元素的存在。 学生：pH 测定可以用来判断溶液的酸碱性等。 老师：很好！大家总结的很到位。既然你已经区分了硫酸盐和铵盐，那你能否用你找出 来的铵盐去帮老师制备一瓶氨气呢？ （4） 基于性质认识实验室制取物质的方法 （以氨的制取为例，介绍实验室制取物质的需要考虑的问题。播放实验室制取氨气的视 频，让学生结合之前所学内容，找出视频的不足，深化学生对于氨气制取注意事项的认识。） 老师：在我们制备的时候需要考虑哪些问题呢？ 学生：我们需要选择合适的原料和设备；考虑反应条件；最后，我们还需要考虑如何收 集和纯化得到的氨气。 老师：非常好！在实验室制取氨时，我们确实需要考虑这些问题。下面是实验室制备氨 气的视频。观看完之后你可以简单说一下还有哪些需要完善的地方。 学生：缺少干燥氨气的装置和尾气处理装置。 老师：很好！你观察的很细致。那除了硫和氮及其化合物外你在生活中还见过其他的非 金属材料吗？它们都有什么特性呢？ 三、深入探讨 （介绍几种常见的无机非金属材料及其特性。讨论化学科学在新材料研发中的作用，） 老师：看这里，这是我们生活中常见的无机非金属材料。陶瓷具有高硬度、耐高温和耐腐蚀等特性；玻璃则具有透明、易加工和绝缘等特性；而硅酸盐材料则广泛应用于建筑、电子和通讯等领域。 老师：通过合成新的化合物、优化材 料的结构、改善材料的性能等手段，化学科学不断推动着新材料领域的发展。 老师：比如纳米材料就是一种新型的无机非金属材料。它具有独特的物理和化学性质，使得纳米材料在催化、传感、储能和生物医学等领域具有广泛的应用前景。 四、总结提升 （总结本节课学习的知识点，强调物质结构与性质、转化关系的重要性。鼓励学生将所 学知识融会贯通，并用于解决实际问题。） 老师：通过今天的课程，我们不仅深入探讨了硫和氮的奥秘，还学习了它们在现实生活 中的广泛应用。这些化学元素不仅塑造了我们的自然环境，比如火山喷发引发的酸雨现象， 提醒我们要关注环境保护，减少污染排放；同时，它们也是现代农业不可或缺的一部分，通 过合理使用氮肥，促进了农作物的生长，保障了粮食安全。希望大家在掌握这些化学知识的 同时，能够将这些智慧应用于实践，为保护我们的环境和助力农业发展贡献自己的一份力量。 课后作业旨在深化理解，请大家认真完成，我们下次课再见！ 学科网（北京）股份有限公司 $$