【名师导学】高中化学 专题四 化学科学与人类文明（含解析）苏教版必修2.doc

第一单元化学是认识和创造物质的科学导 学 过 程 课堂引入案例1自从有了人类,化学便与人类结下不解之缘。钻木取火,烧制陶器,冶铁炼钢,正是这些化学技术的应用极大地促进了社会生产力的发展,成为人类进步的标志。 现代社会,化学仍扮演着十分重要的角色: 化石能源是有限的,提高燃烧效率,开发新能源需要化学;保护人类居住的环境需要化学;提高农作物产量,解决吃饭问题需要化学;维护人体健康更离不开化学,我们不难看出在社会发展中,化学所起的作用是其他学科无法取代的。如何运用化学知识研究和解决实际问题呢?这就是我们本节课要学习的内容。案例2早期炼铝十分困难,所以铝的价格十分昂贵,一度超越金银之上,直至19世纪上半叶,铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。然而自从美国青年化学家霍尔发明电解法制铝后,制铝工艺不断改进,现在人们已经熟练掌握了从铝土矿中冶炼铝的技术,使得制铝成本大大下降,铝的价格也一落千丈,走入千家万户。今天铝的产量已经仅次于钢铁了,铝及铝合金成为现代文明不可缺少的金属。但铝摄入过多却是对人体有害的,经研究表明,铝元素能渗入人脑,与神经元细胞释放出来的具有传递信息功能的有机碱反应,导致神经系统传递信息受阻,引起老年痴呆。人类关于铝的生产和认识是一个发展的、进步的过程,正如我们人类对化学的认识。人类的历史尚未结束,人类科学也还在日新月异地进步着,而化学始终是帮助我们认识和创造物质的科学。 知识建构(见学生用书课堂本第4546页) 讨论金属的制备 1. 阅读资料,讨论金属活动性与人类开发、利用这些金属的时间先后的关系。金属的发现和使用与金属的活泼性密切相关,金属越活泼,其相应的金属阳离子得电子的能力越弱,冶炼难度越大,人类开发、利用这些金属的时间越晚。 2. 根据已有的化学知识选出23种金属单质,说明它们的制备方法,并写出有关化学方程式。如果是氧化还原反应,请指出反应中的还原剂、电子转移的方向和数目。金属的活动性不同,冶炼方法不同。金属冶炼的方法主要有: 电解法: 适合于位于金属活动性顺序表前端的金属,如k、ca、na、mg、al等金属。例如: 2al2o34al+3o2、2nacl2na+cl2通常用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属。 热还原法: 适合于在金属活动性顺序表中处于中部zncu(包括锌和铜)位置的金属,通常是用还原剂c、co、h2、活泼金属(如al)等将金属从其化合物中还原出来。例如: fe2o3+3co2fe+3co2、 wo3+3h2w+3h2o、cr2o3+2al2cr+al2o3(铝热反应)。 热分解法: 适合于位于金属活动性顺序表后端的金属(金属活动性位于铜后面)的金属,如hg、ag等。例如2hgo2hg+o2、2ag2o4ag+o2。kcanamgalznfesnpb(h)cu电解法热还原法hgagptau热分解法物理提取(反应中的还原剂、电子转移的方向和数目略)重难点突破 (1) 金属冶炼方法的还原强度顺序: 电解法热还原法热分解法,即用热还原法冶炼的金属也能用电解法冶炼,用热分解法冶炼的金属也能用电解法和热还原法冶炼。(2) 金属冶炼方法的经济效益高低: 热分解法热还原法电解法,即当一种金属可用多种方法冶炼时,热分解法优于焦炭还原法,焦炭还原法优于铝热还原法,铝热还原法优于电解法。 了解化学科学理论的建立与发展 1. 阅读教材,回答下列问题。(1) 什么是经典分子论?谁提出的?道尔顿的简介,道尔顿的原子论,阿伏加德罗的分子论。(2) 谁发现了元素周期律?什么是周期律?有何意义?门捷列夫的简介,元素周期律的发现和意义。(3) 尿素的合成有何意义?尿素的合成打破了传统的有机物不能人工合成的观念,彻底动摇了“生命力论”。(4) 什么是化学平衡理论?在生产上有什么价值?化学平衡研究的对象是可逆反应,当外界因素不变时,正、逆反应速率相等时,可逆反应处于平衡状态。在生产上选择适宜的条件。(5) 什么是氢键理论?谁提出氢键理论?氢键理论有何意义?氢键是一种特殊的分子间作用力。化学家鲍林提出了氢键理论和蛋白质分子的螺旋结构模型,为dna分子双螺旋结构模型的提出奠定了基础。(6) 人类如何实现了对分子、原子的操纵?扫描隧道显微镜的发展实现了对分子、原子的操纵。【归纳整理】化学科学理论帮助人们发现了许多结构和性质关系的初步规律,为预测化学反应的可能性、判断化学反应的方向提供了理论指导,为合成化学的发展指明了方向,为功能材料的设计提供了依据。 2. 阅读教材, 交流并讨论人们对酸碱的认识经历了哪些过程。(1) 阿伦尼乌斯电离学说 酸: 电解质电离产生的阳离子全部是氢离子的化合物,如hcl、h2so4等。 碱: 电解质电离产生的阴离子全部是氢氧根离子的化合物,如naoh等。(2) 酸碱质子理论 酸: 能给出质子的物质,如hno3、ch3cooh等。 碱: 能接受质子的物质,如oh-、ch3coo-等。 酸碱两性物质: 既能给出质子又能接受质子的物质,如h2o、 hc等重难点突破 根据酸碱质子理论,酸碱呈交叉关系,如下图。 了解化学创造新物质 1. 阅读教材 “资料卡”,电解熔融氯化钠与氯化钠水溶液时,在电解槽的阴、阳两极分别能得到哪些产品?根据你学过的知识,你觉得利用这些产品又能生产哪些新物质? 重难点突破 以氯化钠为原料电解可以得到钠、氯气、氢气和氢氧化钠,这些物质本身既是用途广泛的化学品,又是宝贵的化工原料,利用它们可以制造很多新物质。就像鸡能生很多蛋,而蛋又可以变为鸡,由此我们能得到一系列的产品。这种以氯化钠电解为基础的化工被称为“氯碱工业”。通过化学合成技术合成或分离出的物质满足了人类的需要,是化学对人类文明的重大贡献之一。 2. 阅读教材,回答以下问题: (1) 各学科的研究工作者提出了从哪些途径解决粮食增产问题? 各学科的研究工作者通过生产化肥,利用基因工程育种,研制杀虫剂、除草剂,研究光合作用的机制等途径解决粮食增产问题。(2) 工业合成氨反应原理是什么?条件是什么?工业合成氨的反应: n2+3h2 2nh3。哈伯等人于20世纪初发明的合成氨技术,使世界粮食产量增长近一倍。(3) 从ddt的广泛使用到被禁止,人们更新换代农药说明了什么?ddt的残留毒性对环境危害大。发展方向: 研制高效、低残毒、能够被生物降解的新型农药。农药的更新换代说明了化学在朝着有利于人类发展的方向发展,化学在环境保护中应该发挥重要的作用。(4) 如何使大气中的二氧化碳保持恒定?减少大气中二氧化碳的措施是减少化石燃料的燃烧,禁止砍伐树木,增大绿化面积等。固体二氧化碳,即干冰可以用来人工降雨,碳酸水可以用来浇灌庄稼等等。(5) 合成医药有何积极意义?抗生素和新药物的合成,提高了人类控制和治疗疾病的能力。学 以 致 用(见学生用书课堂本第46页)1. 冶炼金属一般有下列四种方法: 焦炭法; 水煤气(或h2、co)法; 活泼金属置换法; 电解法。这四种方法在工业上均有应用。古代有: () 火烧孔雀石炼铜;() 湿法炼铜。现代有: () 铝热法炼铬;() 从光卤石中炼镁。对它们的冶炼方法的分析中不正确的是(b)a. (), b. (),c. (),d. (),解析掌握各种金属冶炼方法的原理是解答本题的关键。由于金属的化学活动性不同,金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同,因此必须采用不同的冶炼方法。2. 根据酸碱质子理论,下列说法不正确的是(c)a. 所有的弱酸根都是碱b. 酸式弱酸根既是酸又是碱c. 一种物质不可能既是酸又是碱d. 氢氧根是碱解析弱酸根和酸式弱酸根都是弱酸部分电离的产物,弱酸的电离是可逆的,其逆反应就是弱酸根或酸式弱酸根与氢离子结合生成弱酸的反应,因能结合氢离子,所以它们都是碱,a正确。而酸式弱酸根还能电离出氢离子,所以它又是酸,可见b对c错。3. 工业上常用电解熔融氯化钠的方法制取金属钠和氯气,试回答下列问题: (1) 金属钠在阴极上产生。(2) 写出产生cl2的电极反应方程式: 2cl-2e-cl2。(3) 该反应是(填“是”或“不是”)离子反应。解析熔化状态的氯化钠中只存在na+、cl-,通电时cl-、na+分别在阳极、阴极上生成cl2、na。趁热打铁,事半功倍,请同学们及时完成学生用书练习本第5758页的练习。(扫描二维码,观看“反渗透海水淡化技术”)第二单元化学是社会可持续发展的基础导 学 过 程 课堂引入案例1随着社会的发展、科技的进步、人们生活的日益改善,当今社会面临着哪些问题?请同学们讨论。(学生交流发言,同时展示ppt: 能源危机、人口问题、环境污染) 我们当代面临的主要问题是能源、水资源、环境等,这些问题的解决需要化学科学的支持。化学对社会可持续发展有哪些重要意义呢?这就是本课的主要研究内容。案例2(ppt展示)新能源汽车不使用汽油、柴油等燃料油,而是使用燃料电池、氢能、太阳能混合动力等,其废气排放量很低,基本不造成环境污染,因而新能源汽车越来越受到人们的青睐。化学科学的发展不仅帮助人们解决工农业生产中的许多技术问题,开发高效的洁净能源,还可以帮助人类解决环境污染问题。化学对社会可持续发展有哪些重要意义呢?这就是本课的主要研究内容。 知识建构(见学生用书课堂本第47页) 化学与现代科学技术的发展 1. 随着社会的发展、科技的进步、人们生活的日益改善,当今社会也面临着一些问题,请同学们讨论。能源、水资源、环境等,这些问题的解决需要化学科学的支持。 2. 随着科技的发展,除了传统的学科以外,现在产生了哪些新兴学科?这些学科与化学学科有何关系?20世纪人类发明了哪些技术?(1) 新兴学科有: 信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等。(2) 新兴学科与化学学科的联系: 信息半导体、光导纤维制取,生命蛋白质分子、氨基酸、维生素等与生命有关物质结构、性质,材料合成氨、合成橡胶、液晶、合金等的制取,环境二氧化硫排放、污水中重金属离子的回收等。(3) 人类在20世纪发明了信息技术、生物技术、核科学和核武器技术、航空航天和导弹技术、激光技术、纳米技术、化学合成和分离技术。化学合成和分离技术是人类生存所必需的,也为其余六大技术发明提供了不可或缺的物质基础。 3. 你怎样理解化学科学促进了现代科学技术发展?阅读教材第99页的“你知道吗”,并展示“活动与探究”中电路板的制作。(分析原因,写出相关的化学方程式,并标出电子转移的方向和数目)(1) 解决工农业生产中的技术问题。如制作印刷电路板的反应原理为2fecl3+cu2fecl2+cucl2。(2) 创造和合成具有特定性能的材料。如以石英沙为原料制备高纯硅的反应原理为: sio2+2csi+2cosi+2cl2sicl4sicl4+2h2si+4hcl(3) 开发高效洁净能源。(4) 合成高新材料。(电子转移的方向和数目略) 4. 化学科学与农业、材料、能源、航天等方面有哪些关系?(1) 农业在工厂生产粮食和蛋白质。(2) 海水淡化解决人类面临淡水资源紧缺的危机。(3) 能源合成出高效、稳定、廉价的太阳能光电转化材料。(4) 激光、航空、航天、导弹和纳米等技术所需要的高新材料也依赖于化学合成。纳米技术、分子设计技术的发展,将使分子晶体管、分子芯片、分子导线、分子计算机等化学器件得到广泛的应用。 化学与环境问题 1. 结合自己的生存环境,你认为哪些物质的过量排放直接影响了我们的生活?物质主要危害预防二氧化硫有毒、酸雨 烟气脱硫石灰石-石膏法脱硫:so2+ca(oh)2caso3+h2o2caso3+o22caso4氨水法脱硫:so2+2nh3+h2o (nh4)2so3so2+nh3+h2onh4hso3 2(nh4)2so3+o22(nh4)2so4 化石燃料脱硫、气化、液化 改变能源结构续表物质主要危害预防汽车尾气光化学烟雾、酸雨、铅污染 汽车尾气处理装置: 在催化剂作用下将nox、co转化为n2、co2等 采用无铅汽油 开发利用新能源,如酒精、天然气、氢气等二氧化碳温室效应 制造全降解塑料: +nco2 设想: 压缩后贮存于海底氮、磷等营养物质赤潮、水华 工业、生活污水处理后再排放 限制使用含磷洗涤剂等废弃塑料白色污染 减少使用和加强回收,使废塑料再利用、再循环 研制开发降解塑料 2. 怎样保护水体?怎样对水进行净化处理?不排放含重金属离子、有机磷、有毒物如氰离子、酸、碱等工业废水。工业废水要经过净化再排放,对水净化要除去悬浮物,加漂白粉消毒等。 3. 请同学们阅读教材第102页的“问题解决”,比较两种途径,你认为哪种路线符合绿色化学的要求?这种方法的优点是什么?(1) 绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。按照绿色化学的原则,最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物,这时原子利用率为100%。(2) 从环境观点看,绿色化学强调从源头上消除污染(从一开始就避免污染物的产生)。(3) 从经济观点看,绿色化学提倡合理利用资源和能源,降低生产成本(尽可能提高原子利用率)。重难点突破 1. 绿色化学的特点在于它是在始端就采用预防污染的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。2. 绿色化学的原则: (1) 防止环境污染;(2) 提高原子经济性;(3) 尽量减少化学合成中的有毒原料和有毒产物;(4) 设计安全的化学品;(5) 使用安全的溶剂和助剂;(6) 提高能源经济性;(7) 原料的再利用;(8) 减少官能团的引入;(9) 新型催化剂的开发;(10) 产物的易降解性;(11) 以降低环境污染为宗旨的现场实际分析;(12) 防止生产事故的安全生产工艺。3. 绿色化学的理想“原子经济”是反应物的原子全部转化为期望的最终产物,原子利用率为100%,反应类型有化合反应、加成反应和加聚反应。学 以 致 用(见学生用书课堂本第48页)1. 据报道,美国佛罗里达大学最新研制出了一种新型碳素纳米薄膜,密度仅为钢的1/10,强度却是钢的250倍。这种纳米薄膜由许多纳米管组成,纳米管的直径只有人头发的1/50000,其研究成果已用于医学、军事、化工及生活用品等领域。这种新型薄膜的原材料是碳素60,它是一种球状分子,强度是钻石的2倍。下列说法错误的是(d)a. 纳米薄膜是由许多碳素纳米管组成的,直径很小b. 新型纳米薄膜的原材料是c60,它是一种球状分子c. 纳米薄膜用途广泛,可用于航空、军事、太空及日常生活各个领域d. 纳米材料微粒粒径一般从几纳米到几十纳米(1 nm=10-9m),因此纳米材料属于胶体解析从题干信息可以看出a、b、c项正确。而d选项中,虽然纳米材料粒径在0.1100nm范围,恰好与胶体一致,但因为没有分散剂,故不属于胶体,所以d错误。考点归纳: 了解化学的发展所做的贡献,熟悉化学发展的方向和水平2. 甲基丙烯酸甲酯是世界上年产量超过100万吨的高分子单体,旧法合成的反应是: (ch3)2co+hcn(ch3)2c(oh)cn(ch3)2(oh)cn+ch3oh+h2so4ch2c(ch3)cooch3+nh4hso490年代新法的反应是: ch3cch+ch3oh+coch2c(ch3)cooch3与旧法比较,新法的优点是(cd)a. 原料无爆炸危险b. 原料