元素化合物知識(shí)教學(xué)中的存在的問(wèn)題和解決策略

1、元素化合物知識(shí)教學(xué)中的存在的問(wèn)題和解決策略1、存在的問(wèn)題高三學(xué)生在復(fù)習(xí)元素化合物知識(shí)教學(xué)吋，仍存在著好多問(wèn)題，如：如何用金屬活動(dòng)順 序表來(lái)貫穿金屬元素的化學(xué)性質(zhì)、反應(yīng)特性及活潑性的異常？如何推知金屬元素和其它元素 化和后的產(chǎn)物？如何運(yùn)用金屬活動(dòng)性順序表來(lái)記憶、推知金屬元素的保存、用途、和其它 化合物反應(yīng)的難易？等等。二、解決策略需要老師貫穿引導(dǎo)、以點(diǎn)帶面、以簡(jiǎn)推繁、充分運(yùn)用規(guī)律性來(lái)推理、推知常見(jiàn)金屬元 素和重要金屬元素的一般性質(zhì)和特性。三、教學(xué)設(shè)計(jì)問(wèn) 題：金屬活動(dòng)順序表的排列依據(jù)是什么？知識(shí)梳理：回憶鉀、鈣、鈉與水反應(yīng)的現(xiàn)彖、劇烈程度；金屬之間的置換反應(yīng)，并回 憶那些置換反應(yīng)能發(fā)生，那些不能發(fā)

2、生；金屬元素在反應(yīng)中的特殊現(xiàn)象和難易程度等。cu(no3)3 + ag不反應(yīng)sn+ pb2+sn2+ + pb例析：nakcaal+h2o-與水反應(yīng)緩慢naoh t kohca(oh)2+ h2t（劇烈）（爆炸）（反應(yīng)緩慢）fecusoq (溶盜feso4丄cu+ _>icu十a(chǎn)gno3cu(no3)3agfeso1+cu不反應(yīng)（隨濃度變化反應(yīng)向不同方向進(jìn)行）栓 釋?zhuān)捍蠖鄶?shù)化學(xué)反應(yīng)都是在水溶液中進(jìn)行的，為了衡量水溶液中金屬活動(dòng)性強(qiáng) 弱經(jīng)研究建立了金屈活動(dòng)順序表。早期的金屈活動(dòng)順序表是根據(jù)置換反應(yīng) 速度排列的，由于它只是定型試驗(yàn)的結(jié)杲，缺乏嚴(yán)格的定量尺度。而現(xiàn)在 通用的金屬活動(dòng)順序表，是根

3、據(jù)金屬在水溶液中生城低價(jià)穩(wěn)定的簡(jiǎn)單離子 的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)（e*）即電對(duì)還原金屬元素（m）能力順序排列的，還原 能力越強(qiáng)（即e*越?。┰摻饘倬驮交顫姟，F(xiàn)在，初高中所使用的金屈活動(dòng)順序表就是依據(jù)還原能力大小排列的： k ca na mg al zn fe sn pb （h） cu hg ag pt au金屬活動(dòng)性由強(qiáng)逐漸減弱注意事項(xiàng)：1、金屬活動(dòng)性順序只適用于以水溶液為體系的上述反應(yīng)，對(duì)非水體系則不適用。因?yàn)?，金屈在化學(xué)反應(yīng)中的活潑性與反應(yīng)條件有關(guān)，反應(yīng)條件不 同，金屬的活潑性也就不同。例如，在873k, 一些金屬與氧結(jié)合的還原 能力由強(qiáng)到弱的順序是：ca mg al ti si mn （na） c

4、r （zn） w fe h2 c （ni） （cu） 也就是說(shuō)，高溫干態(tài)與常溫濕態(tài)（水溶液）時(shí)金屬的活潑性強(qiáng)弱不同。2、金屬活動(dòng)性順序表只能比較通常的純金屬在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，在水溶液中形 成低價(jià)穩(wěn)定的簡(jiǎn)單離子的活潑性順序，脫離這兩個(gè)條件的限制，金屬活潑性 順序也就不一定是這樣了。女口：上述例析屮最后一個(gè)反應(yīng)在接近標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下正向進(jìn)行，但當(dāng)+遠(yuǎn)大于pb?+濃度時(shí)，可反向進(jìn)行。又如：大家都知道，在通常情況下，根據(jù)金屬活動(dòng)性順序表，銀不能從 稀酸中置換出氫氣。然而，銀粉卻能從氫碘酸中置換出氫即：ag +2hi（水溶液）=2agij + h2t這主要是生成了難溶的碘化銀沉淀，大大降低了溶液屮銀離子的濃度，

5、銀的還原能力（ag+/ag的電極電勢(shì)值減?。┰鰪?qiáng)，因而該氧化還原反應(yīng)能 夠進(jìn)行，只是反應(yīng)的速度較一般的反應(yīng)緩慢（因有難溶物覆蓋在金屬表血）。再如：在通常情況下銅不能從酸中置換出氫，但在加熱的情況下，銅卻 能和濃鹽酸發(fā)生下列反應(yīng)：a2cu + 8hc1 =2h2+ h2 t這是因?yàn)樯闪朔€(wěn)定的cucw2-配離子，大大降低了 cu?+離子濃度，銅 的還原能力和活潑型增強(qiáng)，在加熱的情況下與濃鹽酸反應(yīng)放出氫氣。3、金屈活動(dòng)的順序只是從熱力學(xué)角度指出氧化一一還原反應(yīng)（置換反應(yīng)）進(jìn) 行的可能性和趨勢(shì)大小，而不能考慮反應(yīng)的具體細(xì)節(jié)，也不能說(shuō)明反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的 快慢程度。如:（1）鉛：在金屬活動(dòng)性順序表中它排在蛍前

6、面，理論上講，它活潑性不如鉀 鈣鈉，不能從水中置換出氫，但能從酸中置換出氫，而我們?cè)谧縻U與稀硫酸反 應(yīng)的試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)這個(gè)反應(yīng)不能進(jìn)行下去，原因是反應(yīng)生成的硫酸鉛不溶于水, 沉淀在鉛的表而，從而組織了該反應(yīng)的進(jìn)行。（2）鈉：鈉在金屬中屬于活潑性強(qiáng)的元素，僅次于鈣，理論上，能置換出金屬 活動(dòng)順序表中它以后的金屬。但在鈉與硫酸銅水溶液反應(yīng)吋，看不到單質(zhì)銅生 成。這是因?yàn)殁c活潑到能從水屮置換出氫，當(dāng)鈉接觸到硫酸銅溶液時(shí)，鈉先于 水發(fā)生了反應(yīng)：2na + 2h2o = 2 na oh + h2 ?然后生成的氫氧化鈉再與硫酸銅溶液進(jìn)行如下反應(yīng)：2naoh + 2c11so4= cu2（oh）2 so41+

7、 na?so4當(dāng)naoh的濃度很大時(shí)則發(fā)生：2na oh + cu so4 = cu （oh）；+na2so4看來(lái)鈉與水反應(yīng)要比鈉與硫酸銅的反應(yīng)快得多，因而出現(xiàn)這等現(xiàn)象。 在中學(xué)化學(xué)中，這樣的問(wèn)題還很多，以后遇到再詳述?？傊饘倩顒?dòng)順序表是有條件的、辯證的，而不是機(jī)械的、僵死的。 因此運(yùn)用金屬活動(dòng)順序表時(shí)，必須根據(jù)具體環(huán)境、具體情況具體分析，才能得 出正確的結(jié)論。延伸問(wèn)題：1、在金屬活動(dòng)順序表屮，哪些金屬與水反應(yīng)？哪些金屬與酸反應(yīng)？哪些金 屬與鹽溶液反應(yīng)？（總結(jié)規(guī)律）我們知道，金屬活動(dòng)順序表是根據(jù)嚴(yán)格測(cè)定元素電極電勢(shì)的科學(xué)數(shù)據(jù)得 來(lái)的，具有可靠性。限于我們現(xiàn)在的知識(shí)層面，不宜過(guò)深探討。理論上

8、ec值小于0.41伏的金屬都能與水發(fā)生置換反應(yīng)而放出氫氣。在金屬活動(dòng)順序 表中，鐵及其以前的金屬都能匚水反應(yīng)，只是反應(yīng)條件和反應(yīng)的劇烈稈度不 同。鎂和鋁在除掉氧化膜后，在加熱條件下與水緩慢反應(yīng)。反應(yīng)生成物中， 除氫氣外，另一產(chǎn)物都是氫氧化物或氧化物。鋅和鐵只有在高溫條件下才與 水蒸氣反應(yīng)，生成zno或fe3o4,并放除氫氣。金屬與酸反應(yīng)也是氧化還原反應(yīng),其屮與非氧化性(如鹽酸、稀硫酸) 的酸反應(yīng)屬于置換反應(yīng)。由于酸中氫離子濃度比水大，故金屬與其反應(yīng)比與 水反應(yīng)要?jiǎng)×?，理論上鉛及其以前的金屬均能與酸反應(yīng)置換出酸中的盤(pán)。具 體為：k ca namg al zn tesn pb反應(yīng)劇烈反應(yīng)迅速反應(yīng)緩

9、慢金屬與鹽溶液的反應(yīng)比較復(fù)雜,在金屬活動(dòng)性順序表屮鉀、鈣、鈉與鹽溶 液反應(yīng)吋，實(shí)際上是金屬先與水反應(yīng)。如在上述注意事項(xiàng)中問(wèn)題3 (2)中 的金屬鈉與硫酸銅溶液的反應(yīng)，即將金屬鈉投入到硫酸銅溶液中，鈉即與水 迅速發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成na oh,同時(shí)放出氫氣，隨著反應(yīng)的進(jìn)行,na oh 的濃度增大，生成的na oh就與cu so4發(fā)生反應(yīng)，生成堿式硫酸銅 cu2(oh)2 ( so4)沉淀；當(dāng)na oh的濃度很大時(shí)就生成了 cu(oh)2(；若 na oh過(guò)量時(shí)，則cu(oh)2 j還會(huì)溶解生成深藍(lán)色的四盤(pán)合銅酸鈉 na2 cu(oh)4溶液。na? lcu(oh)4是個(gè)絡(luò)合物，不在我們現(xiàn)在學(xué)習(xí)的

10、范 圍，因而只作了解。鎂、鋁、鋅和鐵在不活潑金屬的鹽溶液中主要是發(fā)生金屬置換反應(yīng)。女口： fe + cu so4 = fe so4 + cu j在活潑金屬的鹽溶液或易水解金屬離子的鹽溶液中則發(fā)生非置換反應(yīng)的 氧化還原反應(yīng)。如鎂與三氯化鐵溶液反應(yīng)：當(dāng)鎂粉不足時(shí)發(fā)生：4mg+ 4feci3 + 6h2o = 4mgci2 + 2feci2 + 2fe(oh) 3|+ 3h2 t 反應(yīng) 當(dāng)鎂粉過(guò)量時(shí)發(fā)生：6mg+ 4feci3 + 6h2o = 6mgci2 + 2fe+ 2fe(oh) 3|+ 3h2 t 反應(yīng) 因此，鎂、鋁、鋅不能把鐵從鐵鹽中置換出來(lái)。錫、鉛和銅與鹽溶液除發(fā)生為數(shù)不多的金屈置換反

11、應(yīng)外，還發(fā)生類(lèi)似下列氧化一還原反應(yīng)。如:sn+2fe3+=sn2+2fe2+pb+2fe3+=pb2+2fe2+cu+2fe3+=cu2+2fe2+汞與銀鹽溶液發(fā)生的置換反應(yīng)，生成物不是hg茜，而是hg2?+離子。如： 2hg + 2agno3 =hg2（no3）2+ 2ag j至于銀、鉗、金，都不與鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)和其它氧化一一還原反應(yīng)。 【說(shuō)明】：按金屬活動(dòng)順序表，氫氣能將排在氫后的金屬?gòu)钠潲}溶液中置 換出來(lái)，但在通常情況下這類(lèi)反應(yīng)不易實(shí)現(xiàn)，如果設(shè)法在不生成沉淀的情 況下，使上述鹽溶液中的ft離子的濃度盡量降低，則上述置換反應(yīng)將可發(fā) 生。例如，在cu s04溶液中滴入適量的na oh并通

12、以氫氣流，則有金屬 銅和氧化亞銅析出，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2cu so4 + h? = cu 2so4 + h2 so4 cu 2so4 + na oh = cu 2o + nahso4 cu 2so4 + h?= 2cu + h2 so42、金屬性和金屬活潑性有什么區(qū)別？如何衡量金屬性和金屬活潑性的強(qiáng)弱？ 金屬性和金屬活潑性似乎是同一個(gè)概念，實(shí)際上兩者的含義是不同的。 金屬性是指金屬元素的原子在化學(xué)反應(yīng)中失去電子成為金屬陽(yáng)離子的性質(zhì)。 金屬元素越易失去電子，則它的金屬性越強(qiáng)。金屬活潑性是指金屬單質(zhì)在化學(xué) 反應(yīng)小氧化還原能力的強(qiáng)弱。金屬單質(zhì)越易被氧化，其還原能力越強(qiáng)，則它的 金屬活潑性越強(qiáng)。【

13、栓釋】由于金屬的還原能力表現(xiàn)為其元素原子失去電子的傾向，因此金屬性 和金屈活潑性有著密切關(guān)系。如：鉀和鈉都是典型的金屈，按照元素失電子的 傾向和單質(zhì)還原能力，它們的金屬性以次增強(qiáng)，金屬活潑性也以次增強(qiáng)，兩者 有一致的正辯關(guān)系。但是單質(zhì)的還原能力除與其元素的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與 其分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，因此，金屬性強(qiáng)的不一定其金屬活潑性也 強(qiáng)，反之也是如此。如：鋅和鉛比較，鋅的金屬活潑性比鉛強(qiáng)（按電極電勢(shì)值）, 但鋅是典型的兩性元素，它的金屈性反比鉛弱（按電離能值）。因此，金展性和 金屬活潑性是密切聯(lián)系但又并不完全相同的兩個(gè)概念。a、衡量金屬性強(qiáng)弱的尺度衡量金屬性強(qiáng)弱的尺度是元素的電離能

14、。（電離能是指從處于基態(tài)的氣態(tài)原子 屮去掉電子把它變成氣態(tài)陽(yáng)離子所需要克服核電荷的吸引力而消耗的能量）。金 屈元素的電離能越大，表示金屈原子失去電子的能力越小，金屈性越弱；反之 電離能越小，表示失去電子的能力越大，金屬性越強(qiáng)?；陔婋x能的實(shí)驗(yàn)測(cè)定 可以獲得相當(dāng)準(zhǔn)確和完全的數(shù)據(jù)，因此電離能就成為衡量金屬性強(qiáng)弱的一種常 用標(biāo)度。但是，需要說(shuō)明的是：電離能是在一種特殊條件下（高溫氣相）實(shí)現(xiàn) 的反應(yīng)所測(cè)得的數(shù)據(jù)，因而應(yīng)用電離能來(lái)衡量金屬的金屬性強(qiáng)弱時(shí)要注意它的 適用范圍。通常的判斷方法 中學(xué)化學(xué)的金屬性強(qiáng)弱關(guān)系是建立在元素周期律基礎(chǔ)上的，一般來(lái)說(shuō)，我們 可以從元素的單質(zhì)跟水或酸反應(yīng)置換出盤(pán)的難易，元素

15、氧化物的水化物（氧化 物間接或直接跟水生成的化合物）一一氫氧化物的堿性強(qiáng)弱來(lái)判斷元素金屬性 的強(qiáng)弱。并總結(jié)出這樣的規(guī)律：同一周期元素從左到右金屈性逐漸減弱，同一 主族元素從上到下金屬性逐漸增強(qiáng)。根據(jù)主族元素遞變規(guī)律建立的金屬性強(qiáng)弱 標(biāo)度，也不失為一種金屬性強(qiáng)弱關(guān)系比較的使用標(biāo)度。但這種標(biāo)度只限于主族 元素，對(duì)于副族元素就失去意義了。 從元素的單質(zhì)跟水或酸反應(yīng)置換出氫的難易來(lái)判斷金屬性的強(qiáng)弱。（但這種尺度并非一定可靠，有時(shí)會(huì)受反應(yīng)物狀態(tài)和動(dòng)力學(xué)因素的影響，只是一種經(jīng)驗(yàn)性規(guī) 律，使用吋要注意它適用的范圍）。b、衡量金屬活潑性的尺度反應(yīng)非常劇烈，鈉熔成小球，浮在水面， 迅速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，生成的氫氣燃燒起

16、來(lái)。鈣與水雖能反應(yīng)，但不及鈉劇烈，并fl鈣沉 于底部。衡量金屈活潑性的尺度是測(cè)得的電極電勢(shì)值，金屈的電極電勢(shì)值越小，該金屬 就越活潑，反z,就越不活潑°3、在金屬活動(dòng)性順序表中，鈉為什么排在鈣之后？【實(shí)驗(yàn)】鈉+ 水 >鈣鈣比鈉活潑的原因:a、鈣的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)（可從表中查得）小于鈉的，因而其 還原能力比鈉強(qiáng)，故其活潑型比鈉強(qiáng)。b、鈣比鈉容易離子化，其水合能（形成 水和離子所放出的能量）比鈉大更易形成水合離子，因而鈣的活潑性比鈉強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋:a、鈣的熔點(diǎn)高（"18k）,鈉的熔點(diǎn)低（370.9k）,鈉與水反應(yīng) 時(shí)放出的熱量足可使鈉熔化成液體，而鈣與水反應(yīng)時(shí)放出的熱量不足

17、以使鈣熔化。 當(dāng)然，固體與水接觸的面積不如液體大，故鈉比鈣反應(yīng)劇烈。b、鈣的密度比鈉 大，在反應(yīng)中鈉浮在水面，而鈣沉于水底。c、ca（oh）2的溶解度比naoh小，使ca（oh）2沉淀覆蓋 在鈣的表面上，使鈣不與水接觸。這幾種因素都使鈣與水反應(yīng)進(jìn)行得較緩慢，因而 造成一種鈉比鈣要活潑的假象。4、為什么純金屬（如純鋅）反而不易和酸反應(yīng)？這是因?yàn)楹s質(zhì)很少的純金屬（如純鋅）與酸反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)開(kāi)始進(jìn)入溶液的zn姑 受到鋅表面的負(fù)電荷（電子）的吸引，在鋅周?chē)纬梢粚訋д姾傻碾x子層，使 h+不易接觸鋅取得電子而形成氫氣，因而反應(yīng)不能迅速進(jìn)行。如果鋅中含有比鋅不活 潑的雜質(zhì)（如銅、鉛、耙等）則在溶液中形成

18、微小原電池。在鋅負(fù)極上：zn e >zn2+在雜質(zhì)正極上：2h+2e >h2th+不在負(fù)極鋅上和鋅離子爭(zhēng)空間，可在鋅離子稀少的雜質(zhì)止極上很快得到電子形 成氫氣放出，因而反應(yīng)迅速。可見(jiàn)，要提高純金屬與酸反應(yīng)的速度，可在酸溶液中加入幾滴比鋅不活潑的雜質(zhì) 離子溶液。5、什么叫金屬的“鈍化” ？金屬與空氣屮的氧作用（如鋁在空氣屮）或與強(qiáng)氧化劑作用（如鐵放在濃硝酸屮）, 使金屬表面生成一層致密的氧化膜，大大降低了金屬本身的化學(xué)活動(dòng)性，耐腐蝕性大 大增強(qiáng)的現(xiàn)象，-般稱(chēng)之為金屬的“鈍化”。6、ta族堿金屬在空氣中燃燒時(shí)生成的產(chǎn)物各是什么？鋰li2o（氧化鋰）鈉點(diǎn)燃w2o2（過(guò)氧化鈉）鉀+02&g

19、t; ko2（超氧化鉀）rbo2（超氧化鎖1）csc)2（超氧化艷）7、鎂帶在空氣中燃燒時(shí)為什么發(fā)出耀眼的強(qiáng)光？鎂燃燒時(shí)生成那些產(chǎn)物？燃燒吋，固態(tài)鎂氣化成鎂原子需要吸收能量，鎂原子失去電子變成鎂離子需 要吸收能量；氧氣分子離解成原子需要吸收能量，氧原子得到電子變成氧負(fù)離子也要 吸收能量。因此，鎂燃燒時(shí)，需要吸收能量，按說(shuō)應(yīng)該不斷地加熱才會(huì)燃燒。 但是，鎂和氧結(jié)合成氧化鎂，氧化鎂組成晶體將放出大暈的晶格能。由于形成晶體所 放出的能量大大超過(guò)過(guò)程中所吸收的能量，因此，鎂在燃燒時(shí)釋放出大量的熱而獲得 高溫，從而使燃燒后生成氧化鎂在高溫下發(fā)出強(qiáng)烈的白光而耀眼。鎂在空氣中燃燒時(shí)生成多種產(chǎn)物：02點(diǎn)燃 m

20、go （俗稱(chēng)苦土）mg +c02> mgo + cn2mg3n2 （氮化鎂）&為什么般金屬在塊狀吋都具有金屬光澤，并呈現(xiàn)一定的顏色，而在粉末狀態(tài) 時(shí)多呈灰黑色？物質(zhì)表面所呈現(xiàn)的各種顏色是與多方面因素有關(guān)的，但首先取決于物質(zhì)本身所具有 的光學(xué)性質(zhì)。即吸收或反射光的波長(zhǎng)所決定的。我們知道，白光是由各種波氏不同的光組成的，當(dāng)光照射到物質(zhì)上之后，可以產(chǎn)生 下列一些情況： 使可見(jiàn)光全部透過(guò)，物質(zhì)是無(wú)色透明的； 使可見(jiàn)光全部吸收，物質(zhì)顯黑色； 使可見(jiàn)光全部反射，物質(zhì)顯白色； 兒乎同等程度地吸收各種波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，物質(zhì)顯灰色； 有選擇地吸收可見(jiàn)光譜中某些波長(zhǎng)的光，而其余波長(zhǎng)的光波就組合起來(lái)使物質(zhì)呈 現(xiàn)了顏色，其色和被吸收的那部分光的顏色互補(bǔ)。一般金屈都有足夠平滑的表面，對(duì)可見(jiàn)光的反射差不多都在70%以上，所以呈現(xiàn)銀 口色的光澤。而多數(shù)金屬對(duì)可見(jiàn)光譜屮各種光線(xiàn)的吸收都接近于相等程度，所以多數(shù)金 屬呈現(xiàn)銀灰色。但金屬光澤只有在足夠平滑的金屬表面上才能顯現(xiàn)。如果將金屬粉碎成極細(xì)的顆粒 時(shí)，由于它們的