化學必修2學案專題四第一單元化學是認識和創(chuàng)造物質的科學

專題四化學科學與人類文明第一單元化學是認識和創(chuàng)造物質的科學在蘇格蘭橡膠廠工作的麥金托什不小心將橡膠汁沾滿衣褲，怎么也擦不掉，只好穿著這身臟衣服回家，室外陰雨綿綿，麥金托什回到家后卻驚奇地發(fā)現，穿在里面的衣服一點也沒有濕，他索性將橡膠汁涂滿全身衣服，這就是世界上第一件膠布雨衣。從此，麥金托什潛心研制防雨布，終于在1832年成功地制成了可以做衣服的防水布料。進入20世紀后，塑料和各種防水布料的出現，使雨衣的款式和色彩變得更加豐富了。1．能引用事實說明人類對物質及其變化的認識是隨著化學科學的發(fā)展而逐步深入的，了解化學科學在人類認識物質世界方面的重要作用。2．了解化學在合成新物質、提高人類生活質量方面的重要作用；用具體案例說明合成新物質對人類生活的影響。3．了解化學方法在實現物質間轉化中的作用。一、化學是打開物質世界的鑰匙1．化學科學發(fā)展的歷史(1)是人類逐步認識物質組成、結構、變化的歷史；(2)是合成、創(chuàng)造更多新物質，推動社會經濟發(fā)展和促進人類文明發(fā)展的歷史。2．人類開發(fā)、利用金屬的歷程(1)人類開發(fā)、利用金屬的特點：金屬越活潑，人類開發(fā)、利用的越晚。(2)金屬的冶煉：①冶煉實質：金屬離子eq\o(→,\s\up17(得電子))金屬原子；②冶煉依據：金屬的活潑性不同，冶煉方法不同；③冶煉方法：3.化學科學理論的建立與發(fā)展(1)19世紀化學科學理論：①經典原子分子論的中心內容：道爾頓原子論、分子結構和原子價鍵理論；②1869年，俄國化學家門捷列夫發(fā)現元素周期律；③化學反應的動力學基礎：質量作用定律；④人工合成尿素，徹底動搖了“生命力論”。(2)20世紀化學科學理論：①化學家鮑林提出了氫鍵理論和蛋白質分子的螺旋結構模型，為DNA分子雙螺旋結構模型的提出奠定了基礎；②掃描隧道顯微鏡的發(fā)展，實現了對原子或分子的操縱。4．人類對酸堿認識的發(fā)展(1)阿倫尼烏斯電離學說：①電離產生的陽離子全是H＋的電解質是酸；②電離產生的陰離子全是OH－的電解質是堿。(2)酸堿質子理論(連連線)。eq\x(①酸)eq\x(a.凡能接受質子的物質)eq\x(②堿)eq\x(b.既能給出質子，又能接受質子的物質)eq\x(③兩性物質)eq\x(c.凡能給出質子的物質)答案：①－c②－a③－b(3)利用酸堿質子理論判斷NaHCO3的種類。①電離方程式：NaHCO3=Na＋＋HCOeq\o\al(－,3)。②與HCl、NaOH反應的離子方程式：HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=CO2↑＋H2O，HCOeq\o\al(－,3)＋OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2O。③結論：HCOeq\o\al(－,3)屬于兩性物質。二、化學是人類創(chuàng)造新物質的工具1．熔融氯化鈉和氯化鈉溶液的電解2.增產糧食3．合成藥物(1)阿司匹林：(2)青霉素：能抑制或殺死金黃色的葡萄球菌。探究點一金屬的冶煉將礦石中的金屬從其化合物中還原出來用于生產和制造各種金屬材料，這一過程在工業(yè)上稱為金屬的冶煉。(1)金屬冶煉的實質：Mn＋＋ne－=M。(2)金屬冶煉的步驟：富集→冶煉→精煉。(3)金屬冶煉的方法如下表所示。1．金屬活動性順序與金屬冶煉有什么關系？提示：在金屬活動性順序表中，金屬的位置越靠后，金屬陽離子的氧化性越強，越容易被還原，用一般的還原法就能使金屬還原，如銅的還原；金屬的位置越靠前，金屬陽離子越難被還原，最活潑的金屬只能用最強的還原手段(電解)使金屬陽離子還原，如鋁的冶煉。2．電解法冶煉活潑金屬時，能電解其鹽溶液嗎？提示：不能，只能電解其熔融鹽或氧化物或氫氧化物，電解其鹽溶液時無法得到活潑金屬單質。3．什么是濕法冶金？提示：利用溶液中發(fā)生的化學反應(如置換反應、氧化還原反應、中和反應、水解反應等)對原料中的金屬進行提取和分離的冶煉過程，可用于提取銅、鋅、鈾及稀土金屬等。如Fe＋CuSO4=Cu＋FeSO4。【例1】冶煉金屬一般有下列四種方法：①焦炭法；②水煤氣(或H2或CO)法；③活潑金屬置換法；④電解法。四種方法在工業(yè)上均有應用。古代有：(Ⅰ)火燒孔雀石煉銅；(Ⅱ)濕法煉銅。現代有：(Ⅲ)鋁熱法煉鉻；(Ⅳ)從光鹵石中煉鎂。其中對它們的冶煉方法的分析中不正確的是()A．(Ⅰ)① B．(Ⅱ)②C．(Ⅲ)③ D．(Ⅳ)④【思路分析】解題時除了考查金屬的活動性外，還要注意題給信息中的關鍵點，如“火燒”暗示加熱，“濕法”暗示在溶液中，“鋁熱”暗示鋁與其他相對活動性弱的金屬共熱等。【解析】(Ⅰ)孔雀石的主要成分是堿式碳酸銅，灼熱分解的產物CuO，可用①焦炭還原成Cu，Cu2(OH)2CO3eq\o(=,\s\up15(△))2CuO＋CO2↑＋H2O,2CuO＋Ceq\o(=,\s\up15(△))2Cu＋CO2↑，(Ⅱ)將銅鹽溶液中的Cu2＋，用③活潑的金屬置換出來：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu，(Ⅲ)將三氧化二鉻中的鉻，用③活潑金屬Al置換出來：Cr2O3＋2Aleq\o(=,\s\up15(高溫))Al2O3＋2Cr，(Ⅳ)光鹵石的主要成分是KCl·MgCl2·6H2O，從中得到MgCl2，再用④電解熔融的MgCl2得到Mg，MgCl2eq\o(=,\s\up15(通電))Mg＋Cl2↑?！敬鸢浮緽下列金屬冶煉的反應原理，錯誤的是(B)A．2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up15(通電))2Na＋Cl2↑B．MgO＋H2eq\o(=,\s\up15(△))Mg＋H2OC．Fe3O4＋4COeq\o(=,\s\up15(高溫))3Fe＋4CO2D．2HgOeq\o(=,\s\up15(△))2Hg＋O2↑解析：Na、Mg很活潑，應用電解法，A正確，B錯誤；鐵屬較活潑金屬，可用熱還原法，C正確；較不活潑金屬汞可用熱分解法，D正確。探究點二熔融氯化鈉和氯化鈉水溶液的電解在上述反應中出現產物差異的原因是由于電解液的成分不同，因而參加反應的微粒也不同，在電極上發(fā)生不同的氧化還原反應，得到不同的電解產物。a．熔融氯化鈉中只存在Na＋、Cl－。電解時在電解槽的石墨陽極(與電源正極相連)上，Cl－失去電子被氧化，放出Cl2：2Cl－－2e－=Cl2↑。在鐵陰極(與電源負極相連)上，Na＋結合電子被還原，析出金屬鈉：Na＋＋e－=Na。發(fā)生的總反應是：2Na＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up15(通電))2Na＋Cl2↑。b．氯化鈉水溶液中存在Na＋、Cl－、H2O(含H＋和OH－)。電解時在電解槽陽極上，Cl－失去電子被氧化，放出Cl2：2Cl－－2e－=Cl2↑。在陰極上，由水電離出的H＋(H2OH＋＋OH－)結合電子被還原，放出氫氣：2H＋＋2e－=H2↑。在陰極附近的陰極區(qū)里Na＋與OH－形成NaOH溶液。發(fā)生的總反應是：如何檢驗電解氯化鈉水溶液的產物？提示：(1)陰極產生的OH－，可用酚酞溶液檢驗。兩極區(qū)分別滴加酚酞溶液，陰極區(qū)變紅。(2)H2可用爆鳴法檢驗。用試管收集一定量的陰極氣體，移近點燃的酒精燈，若聽到尖銳的爆鳴聲或噗的一聲，說明氣體為H2。(3)Cl2可用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗。把濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近陽極，逸出的氣體使試紙變藍。【例2】氯堿工業(yè)是高耗能產業(yè)，某一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝，可以節(jié)(電)能30%以上。在這種工藝設計中，相關物料的傳輸與轉化關系如下圖所示，其中的電極未標出，所使用的離子膜都只允許陽離子通過。(1)X、Y分別是________、________(填化學式)。(2)分別寫出燃料電池B中正極、負極上發(fā)生的電極反應：正極______________；負極______________。(3)這樣設計的主要節(jié)(電)能之處在于(寫出2處)____________、________________。【解析】本題突破口在于B(燃料電池)，通空氣一邊為正極(還原反應)，那么左邊必然通H2，即Y為H2；依據電解飽和食鹽水的化學方程式可知，X必然為Cl2；A電解池中的NaOH進入燃料電池正極再出來，依據O2＋4e－＋2H2O=4OH－可知，NaOH濃度增大。【答案】(1)Cl2H2(2)O2＋4e－＋2H2O=4OH－2H2－4e－＋4OH－=4H2O(3)燃料電池可以補充電解池消耗的電能提高產出堿液的濃度，降低能耗(其他合理答案也可以)工業(yè)上常用電解熔融氯化鈉的方法制取金屬鈉和氯氣，試回答下列問題：(1)金屬鈉在陰極上產生。(2)寫出產生Cl2的電極反應式：2Cl－－2e－=Cl2↑。(3)該反應是(填“是”或“不是”)離子反應，如果是，請寫出該反應的離子方程式：2Na＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up15(通電))2Na＋Cl2↑(如果不是，則此空不填)。(4)為何不采用電解食鹽水來制取Na?NaCl溶液中含有H＋，H＋氧化性大于Na＋，因此Na＋不會得電子生成Na。1．下列事實得出的結論錯誤的是(D)A．維勒用無機物合成了尿素，突破了無機物與有機物的界限B．門捷列夫在前人的基礎上發(fā)現了元素周期律，表明科學研究既要繼承又要創(chuàng)新C．C60是英國和美國化學家共同發(fā)現的，體現了國際科技合作的重要性D．科恩和波普爾因理論化學方面的貢獻獲諾貝爾化學獎，意味著化學已成為以理論研究為主的學科解析：化學是一門以實驗為基礎的學科，有的結論可以通過化學實驗來驗證，但是更要注重以化學實驗為切入點來進行實驗，由感性認識上升到理論認識，逐漸形成理論體系，因而化學科學的研究應該是理論和實踐的結合。2．根據酸堿質子理論，下列說法不正確的是(C)A．所有的弱酸根都是堿B．弱酸酸式根既是酸又是堿C．一種物質不可能既是酸又是堿D．氫氧根是堿3．下列物質在冶煉金屬的過程中，需加入還原劑的是(C)A．HgO B．Al2O3C．Fe2O3 D．Ag2O4．根據酸堿電離理論，判斷下列化合物屬于酸的是(C)①HCl②NaHSO4③CH3COOH④Na2CO3⑤Al(OH)3⑥NaOHA．①②③ B．④⑤⑥C．①③ D．②③5．下列化工生產原理正確的是(A)A．可以用電解熔融氯化鈉的方法來制取金屬鈉B．可以將鈉加入到氯化鎂飽和溶液中制取鎂C．用電解法冶煉鋁時，原料是氯化鋁D．冶煉金屬汞適合用熱還原法解析：鈉可以和氯化鎂飽和溶液中的水反應，但不能將鎂置換出來。電解法冶煉鋁所用的原料為氧化鋁。Hg是金屬活動性順序表中排在Cu之后的金屬，應用熱分解法冶煉。6．NaCl是從海水中提取出來的一種重要物質，除食用外，它還是一種工業(yè)原料，下列以NaCl為原料的產品(或物質)是(A)①燒堿②純堿③金屬鈉④氯氣⑤鹽酸A．①②③④⑤ B．①②③④C．①②③⑤ D．①②④⑤解析：從海水中得到的氯化鈉，可作化工原料，工業(yè)上用電解飽和NaCl溶液的方法來制取NaOH、Cl2和H2，并以它們?yōu)樵仙a一系列化工產品，稱為氯堿工業(yè)?；瘜W方程式分別為2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(通電))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up15(通電))2Na＋Cl2↑，NH3＋CO2＋H2O＋NaCl=NH4Cl＋NaHCO3,2NaHCO3eq\o(=,\s\up15(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O，Cl2＋H2eq\o(=,\s\up15(點燃))2HCl。7．下面表示金屬活動性順序表中銅、錫、鐵和鋁元素被人類大規(guī)模開發(fā)、利用的大致年限。回答下列問題：(1)根據表中數據和有關的化學知識，你能否說明這些金屬的活動性與人類開發(fā)、利用這些金屬的時間先后的關系？答案：金屬的活動性越弱，人類開發(fā)、利用它的時間越早；金屬的活動性越強，人類開發(fā)、利用它的時間越晚。(2)下列反應原理不符合工業(yè)冶煉金屬實際情況的是(C)A．2HgOeq\o(=,\s\up15(△),\s\do15())2Hg＋O2↑B．4Al＋3MnO2eq\o(=,\s\up15(高溫),\s\do15())2Al2O3＋3MnC．2MgOeq\o(=,\s\up15(通電),\s\do15())2Mg＋O2↑D．4CO＋Fe3O4eq\o(=,\s\up15(高溫),\s\do15())3Fe＋4CO2(3)下表列出了四種金屬的熔、沸點：金屬NaCuAlFe熔點/℃97.510836601535沸點/℃883259522003000其中不能形成合金的是(AC)A．Cu與Na B．Fe與CuC．Fe與Na D．Al與Na解析：(1)鋁、鐵、錫、銅在自然界主要以化合態(tài)形式存在，它們的金屬活動性依次減弱，金屬陽離子的氧化性逐漸增強，四種金屬中銅、錫較易冶煉，鋁最難還原。(2)工業(yè)上冶煉鎂一般采用電解熔融無水MgCl2。由于MgO的熔點高(約2800℃(3)根據概念，合金是熔合而成的，則熔合時溫度須達到成分金屬中的最高熔點，但又不能達到或超出成分金屬中的最低沸點。8．在化學反應中，銅元素可表現為0、＋1、＋2價。(1)在西漢古籍中曾有記載：曾青得鐵則化為銅[即曾青(CuSO4)跟鐵反應就生成銅]。試寫出該反應的化學方程式：CuSO4＋Fe=Cu＋FeSO4。(2)銅器表面有時會生成銅綠[Cu2(OH)2CO3]，這層銅綠可用化學方法除去。試寫出除去銅綠而不損傷器物表面的反應的化學方程式：Cu2(OH)2CO3＋