1.3.2 物质的分类与转化——物质转化与材料合成（培优教学课件）科学新教材浙教版九年级下册

3. 物质的分类与转化 （第二课时） 第一章 材料及其利用 浙教版九年级下册 学习目标 科学观念 知道金属、非金属及其化合物间的转化规律；通过合成硫酸铜，认识绿色化学思想 科学思维 能根据转化关系图推断物质的转化路径；能评价不同合成路线的优劣 探究实践 能书写典型转化反应方程式；能设计并比较制备硫酸铜的方案 态度责任 体会化学合成材料的意义，树立绿色工业意识 重点难点 重点 1.单质、氧化物、酸、碱、盐的转化关系 2.合成硫酸铜的原理与绿色工业评价 难点 1.用转化关系解决物质推断问题 2.从副产物、三废角度评价合成方案优劣 学习内容 1. 物质的转化 2. 材料的合成 3. 课堂小结 4. 练习与应用 导入新课 上节课我们学习了物质的分类，那么各种物质之间是如何转化的，都是通过哪些反应途径呢？ 科学家常利用物质与物质之间的反应，制造出新的物质，使物质世界更加丰富多彩。那么，哪些种类的物质之间可以发生化学反应？物质之间的反应遵循怎样的规律呢？ 一、物质的转化 第3节 物质的分类与转化 一、物质的转化 1.非金属及其化合物间的转化 在学习氧气性质时，我们知道碳、硫等非金属在一定条件下都可以与氧气反应，转化为二氧化碳、二氧化硫等非金属氧化物。 碳、硫分别在氧气中燃烧 非金属单质 + 氧气 → 非金属氧化物 一、物质的转化 探索活动 1.参照右图连接装置。用手轻轻挤压塑料瓶壁，使二氧化气体缓缓通入滴有紫色石蕊试液的水中，观察并记录实验现象，说明原因。写出相关的化学方程式。 溶液变红。因为二氧化硫与水反应生成亚硫酸，亚硫酸显酸性，使紫色石蕊变红。 SO₂ + H₂O = H₂SO₃ 二氧化硫是一种有刺激性气味、有毒的气体，尽量不要将其排放到空气中。建议该实验在通风橱中进行。 一、物质的转化 2.设计实验处理塑料瓶中残留的二氧化硫气体。 3.根据实验方案，进行二氧化硫处理实验。 将塑料瓶挤压，把气体通入氢氧化钠等碱液中吸收。SO₂ + 2NaOH = Na₂SO₃ + H₂O 将上述实验所得溶液加热，我们会发现溶液颜色褪去，这是因为什么？ 亚硫酸（碳酸）不稳定，受热易分解成SO2（CO2）和水。 某些酸（弱酸） 非金属氧化物 + 水 一、物质的转化 能与水反应生成酸的非金属氧化物也叫酸性氧化物，如： 酸性氧化物 注意：并不是所有的非金属氧化物都能与水反应生成酸，如SiO2、CO、NO等不能与水反应！！！ 一、物质的转化 非金属氧化物或酸都可以转化成相应的盐。 思考与讨论 怎样用化学方程式表示C→CO2→H2CO3→Na2CO3之间的物质转化? C + O2 CO2、CO2 + H2O = H2CO3 H2CO3 + 2NaOH = Na2CO3 + 2H2O 或 H2CO3 + Na2O = Na2CO3 + H2O 非金属单质 非金属氧化物 酸 盐 氧气 水 金属/金属氧化物/碱/盐 一、物质的转化 2.金属及其化合物间的转化 我们知道镁、铝、铁、铜等金属在一定条件下都可以与氧气反应，转化为金属氧化物，那么金属只能和氧气这一种非金属单质反应吗？ 探索活动 1.取少量铁粉放在白纸上，再取一定量的硫黄与铁粉混合（铁与硫黄的质量比约为7:5）。 一、物质的转化 2.将用白纸或透明塑料薄膜包住的磁铁一端接近混合物，如图甲所示，观察并记录实验现象。 3.把混合物放进试管内，用酒精灯加热，如图乙所示，有什么现象发生？ 混合物剧烈反应，发出红光，生成黑色固体。 铁粉被磁铁吸引 一、物质的转化 4.当试管内的反应混合物全部红热后，停止加热，静置，冷却。 5.将反应后的混合物倒在白纸上，观察生成物的外观，再用磁铁靠近生成物，磁铁能否吸引生成物？为什么？ 不能。因为铁粉已经与硫黄反应生成了硫化亚铁（FeS），失去了铁单质的磁性。 6.写出上述变化的化学方程式。 一、物质的转化 由此可知，除了氧气，金属与其他非金属单质也可反应生成相应的金属化合物（盐），如： 金属 + 非金属（除了氧气） → 盐 实验表明：有的金属与非金属可以发生反应，转化成化合物 一、物质的转化 探索活动 1.在烧杯中放1小块生石灰，加少量水，搅拌，如图所示，观察并记录现象。 2.取少量上层清液分别放于2支试管内，在1支试管中滴入几滴无色 酚酞试液，再逐滴滴入稀盐酸，观察到的现象为__________________ ________________；反应的化学方程式为_________________________；在另1支试管中滴入少量碳酸钠溶液，观察到现象为______________，反应的 化学方程式为_________________________________。 放出大量热，块状固体变成糊状 溶液变红；滴入稀盐酸红色褪去 Ca(OH)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2H₂O 产生白色沉淀 Ca(OH)₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + 2NaOH 实验表明：氧化钙等某些金属氧化物可以与水反应转化为碱，碱可以与酸或某些盐反应转化为盐。 CaO + H2O = Ca(OH)2 一、物质的转化 某些金属氧化物可以与水反应生成碱： 金属氧化物 + 水 → 碱（可溶） 不溶性碱受热分解生成金属氧化物和水： 碱 金属氧化物 + 水 一、物质的转化 思考与讨论 怎样用化学方程式表示Ca→CaO→Ca(OH)2→CaCO3间的物质转化? Ca + O2 = CaO CaO + H2O = Ca(OH)2 Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ +H2O 或：Ca(OH)2 + Na2CO3 = CaCO3↓ +2NaOH 或：Ca(OH)2 + H2CO3 = CaCO3↓ +2H2O 金属单质 金属氧化物 碱（可溶） 盐 氧气 水 非金属氧化物/ 酸/盐 碱（不可溶） 一、物质的转化 3.化合物之间的转化 在自然界中不断发生着各种物质间的相互转化。生命体内物质的转化为机体提供能量、合成蛋白质；石灰岩中通过碳酸钙和碳酸氢钙之间的转化形成溶洞和钟乳石、石笋和石柱。 一、物质的转化 思考与讨论 1.归纳单质、氧化物、酸、碱、盐之间相互转化的规律。 金属 非金属 金属氧化物 非金属氧化物 碱 酸 盐 盐 O2 O2 H2O H2O 盐+水 盐+碱 盐+盐 盐+酸 盐 盐+氢气 盐+金属 还原 Δ Δ 八圈图 一、物质的转化 2.设计制取ZnSO4的4种方法。 Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑ Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O Zn(OH)2 + H2SO4 = ZnSO4 + 2H2O ZnCO3 + H2SO4 = ZnSO4 + H2O + CO2↑ 制取一种盐类物质具有多种途径，我们可以选择合适的方法进行实验。需要时刻注意反应发生的条件！！！ 目前，随着科学技术的进步，科学家获得了更多制备新物质的方法。 一、物质的转化 科学拓展 复分解反应发生的条件 酸、碱、盐在溶液中发生复分解反应的条件是有沉淀产生，或有气体放出，或有水生成。 1.有沉淀生成 氢氧化钠溶液和硫酸铜溶液混合，生成浅蓝色的氢氧化铜沉淀。 CuSO4+2NaOH=Cu(OH)2↓+Na2SO4 氯化钡溶液与硫酸钠溶液混合，生成白色的硫酸钡沉淀。 BaCl2+Na2SO4=BaSO4↓+2NaCl 2.有气体放出 Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O 碳酸钠和盐酸反应，放出二氧化碳气体。 3.有水生成 NaOH+HCl=NaCl+H2O 盐酸和氢氧化钠发生中和反应，有水生成。 二、材料的合成 第3节 物质的分类与转化 二、材料的合成 物质的分类有助于我们认识物质的特性，物质转化的规律有助于合成各种物质，对一些物质进行开发加工可以制造出满足人们需要的各种材料。 探索活动 1.根据物质相互转化的规律，以金属为主要原料制备相应的盐有多种途径。我们选择最优的途径（如原料利用率高、产生的污染少），以铜为主要原料制备硫酸铜。 2.设计制备方法: （1）铜能与浓硫酸在加热条件下反应，生成硫酸铜、二氧化硫和水。 （2）__________________________________________________________________ （3）__________________________________________________________________ 铜与氧气在加热条件下反应生成氧化铜，氧化铜和稀硫酸反应生成硫酸铜和水 铜与稀硫酸、过氧化氢（或双氧水）反应生成硫酸铜和水 二、材料的合成 3.实验原理（写出相应的化学方程式）： （1）___________________________________________________________ （2）___________________________________________________________ （3）___________________________________________________________ 4.请对以上方法在原料的利用率及产生的污染方面进行讨论，交流并探讨绿色工艺的可行性。 Cu + 2H₂SO₄(浓) CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O 2Cu + O₂ 2CuO；CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O Cu + H₂O₂ + H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O 方案（1）产生有毒气体SO₂，污染空气，且硫酸利用率低。 方案（2）和（3）无污染，原子利用率高。方案（3）在常温下即可进行（或微热），节约能源，最符合绿色工艺理念。 二、材料的合成 材料的合成和制造给社会带来众多产品与巨大财富的同时，也会向周围环境排放大量的“三废”（废水、废渣、废气），使自然界的生态平衡遭受破坏。 为了减少或消除材料制造过程中的污 染，人们需要探寻无污染或低污染的 绿色新工艺，探索污染物的防治、转 化和综合利用的途径。 二、材料的合成 你能总结出“绿色”工艺需要的要求吗？ ①科学性：制备过程的化学反应符合化学反应的规律； ②简便性：设计的方案操作过程尽可能简便易行； ③经济性：所需的原料容易获取，成本低廉； ④安全性：具体操作过程中无安全隐患； ⑤环保性：生产过程中不会对环境造成污染等； ⑥效率性：原料利用率高。 核心要求：兼顾高原料利用率与低污染 二、材料的合成 废气：安装除尘、脱硫装置，用碱液吸收SO₂，回收CO等。 废水：中和酸性废水，沉淀重金属离子，达标排放或循环使用。 废渣：分类回收利用，用于制建筑材料（如水泥、砖）等。 思考与讨论 为了防治污染，保护环境，在维持良好环境的条件下发展工业，我国 采取了哪些处理“三废”的措施？ 除了要及时处理“三废”，我们还要努力提高原料的利用率，增加产品的产量，从根本上减少生产对环境造成的污染。 二、材料的合成 科学·技术·社会·环节 炼钢与“三废”的回收利用 炼钢过程中会产生大量的棕色烟气，其主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等，因此工厂安装了回收设备，将这些“放在错误地点的原料”进行回收利用。 例如：从烟气中回收的氧化铁尘粒可以用来炼钢； 得到的一氧化碳可以作化工原料或燃料； 烟气带出的热可以用于加热产生水蒸气； 炼钢时生成的炉渣可以用来做矿渣水泥； 含磷量较多的炉渣则可加工成磷肥等。 三、课堂总结 第3节 物质的分类与转化 三、课堂总结 物质的转化与材料合成 非金属及其化合物之间的转化 非金属单质＋氧气→非金属氧化物 非金属氧化物＋水→酸/酸→非金属氧化物＋水 酸、碱、盐之间的转化 金属及其化合物之间的转化 金属＋非金属(不包括氧气)→盐 金属＋氧气→金属氧化物 某些金属氧化物＋水→碱/碱→金属氧化物＋水 绿色工艺 四、练习与应用 第3节 物质的分类与转化 1．下列物质之间的转化不能一步实现的是（ ） A． Fe2O3 → Fe B． CO2 → H2CO3 C． CuO → Cu(OH)2 D． MgO → MgCl2 四、练习与应用 C 【解析】A．一氧化碳在高温下与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，转化能一步实现，故A不符合题意； B．二氧化碳与水反应生成碳酸，转化能一步实现，故B不符合题意； C．氧化铜难溶于水，不与水反应，不能一步转化生成氢氧化铜，故C符合题意； D．氧化镁与稀盐酸反应氯化镁和水，转化能一步实现，故D不符合题意。 故选C。 四、练习与应用 2．初中化学的很多反应可以表示为：甲+乙=丙+丁，其中甲、乙、丙、丁既可能是单质也可能是化合物。下列说法中，正确的是（ ） A．若甲、乙、丙分别是酸、碱、盐，则丁一定是水 B．若甲是一氧化碳，乙是金属氧化物，则丙一定是二氧化碳 C．若甲、乙、丙、丁均是化合物，则该反应一定是复分解反应 D．若丙是单质，丁是化合物，则该反应一定是置换反应 四、练习与应用 A 【详解】A、中和反应是酸与碱作用生成盐和水的过程，若甲、乙、丙分别是酸、碱、盐，则丁一定是水，选项正确； B、一氧化碳与金属氧化物反应生成金属单质与二氧化碳，反应后的生成物丙可能是金属单质，还有可能是二氧化碳，选项错误； C、碱与非金属氧化物反应生成盐和水，反应物与生成物均为混合物，但该反应不属于复分解反应，选项错误； D、一氧化碳与金属氧化物反应生成金属单质和二氧化碳，生成物中有一种是单质，另一种是化合物，不属于置换反应，选项错误。 故选A。 四、练习与应用 3．某同学设计了四种实验方案，其中理论上正确，操作上可行的是（ ） A．CuO CuCl2溶液 Cu B．Fe Fe2O3 Fe2(SO4)3溶液 C．Zn H2 Cu D．CaCO3(块状) CO2 Na2CO3溶液 四、练习与应用 A 【详解】A、氧化铜会与稀盐酸反应，生成氯化铜（盐）和水，铁可以置换出氯化铜溶液中的铜，故A正确。 B、铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，而不是三氧化二铁，故B错误。 C、氢气能还原氧化铜生成单质铜，但是氢气不能和氢氧化铜反应，故C错误。 D、不能用稀硫酸和块状碳酸钙反应制取二氧化碳，因为反应生成的硫酸钙是微溶的，会覆盖在碳酸钙表面，阻止反应进行，故D错误。 故选A。 四、练习与应用 4．下列各物质之间相互转化（注：物质间的转化均通过一步实现）关系与图相符的是（ ） 四、练习与应用 选项 X Y Z A O2 CO2 CO B CaCO3 CaO Ca(OH)2 C NaOH NaCl Na2CO3 D FeCl2 Cu Fe B 【详解】A、O2在碳中完全燃烧可生成CO2，CO2和碳在高温下反应可生成CO，CO不能转化为O2，该选项不符合物质间一步转化关系，不符合题意。 B、CaCO3高温煅烧生成CaO和CO2，CaO和水反应生成Ca(OH)2，Ca(OH)2与二氧化碳反应生成CaCO3沉淀，该选项符合物质间一步转化关系，符合题意。 C、NaOH和盐酸反应生成NaCl和H2O，NaCl不能一步转化为Na2CO3，该选项不符合物质间一步转化关系，不符合题意。 D、FeCl2和铜不反应，不能得到Cu，该选项不符合物质间一步转化关系，不符合题意。 故选B。 四、练习与应用 5．A、B、C、D、E五种物质均为初中化学中所涉及的常见物质，它们存在如右图的转化关系，“→”表示可以向箭头所指方向一步转化，弧线表示两种物质间可以发生反应，C是常见气体，D是常见单质，（反应条件与其他物质均已略去）。请回答下列问题： （1）若A在常温下为液体，则C的化学式为________； （2）若A在常温下为气体，则C的化学式为________。 （3）无论A在常温下为液体还是气体，B的化学式均为________， D的化学式均为________； （4）写出A→E的化学方程式：__________________________。 四、练习与应用 H2 CO H2CO3 O2 6CO2 +6H2OC6H12O6+6O2 【详解】（1）若A在常温下为液体，A可能为水，A能与C、D相互转化，C、D能反应，C是常见气体，D是常见单质，C、D为氢气和氧气，A能与E相互转化，D能与E反应，E可能是葡萄糖，则D为氧气，C为氢气，A能与B相互转化，B可能是碳酸、氢氧化钙等，故C为氢气，化学式为：H2； （2）若A在常温下为气体，A能与D相互转化，D是常见单质，A可能为二氧化碳，则D为氧气，C是常见气体，且C能与A相互转化，则C为一氧化碳，A能与E相互转化，D能与E反应，由（1）可知，E可能是葡萄糖，A能与B相互转化，则B为碳酸，故C为一氧化碳，化学式为：CO； （3）由（1）和（2）的分析可知，无论A在常温下为液体还是气体，B均可为碳酸，化学式：H2CO3；D为氧气，化学式为：O2； （4）由（1）和（2）的分析可知，A可能为水或者二氧化碳，E为葡萄糖，A→E为二氧化碳和水在光照条件下生成葡萄糖和氧气，该反应的化学方程式为：6CO2 +6H2OC6H12O6+6O2 。 四、练习与应用 $