化学 (必修一) 第三章自然界中的元素

1、陕陕 西西 师师 范范 大大 学学第三章第三章 自然界中的元素自然界中的元素 第一节第一节 碳的多样性碳的多样性 第二节第二节 氮的循环氮的循环 第三节第三节 硫的转化硫的转化 第四节第四节 海水中的化学元素海水中的化学元素碳的多样性碳的多样性多种多样的碳单质多种多样的碳单质广泛存在的广泛存在的含碳化合物含碳化合物碳及其化合碳及其化合物间的转化物间的转化哪些物质含有碳元素哪些物质含有碳元素? ?哪些现象与碳及其化合物有关哪些现象与碳及其化合物有关? ?碳及其化合物在自然界中是如何转化的碳及其化合物在自然界中是如何转化的? ?珊瑚溶洞蜂窝煤 金刚石、石墨和都是有碳元素组成的单质。石墨是一种深灰色

2、、质软、不透明的片状固体；金刚石是硬度极高、无色透明的晶体；C60是灰黑色的固体。像这样，由同一种元素组成的性质不同的几种单质，叫做该元素的同素异形体。同素异形体。同素异形体石墨金刚石C6060同素异形体o2o3一、多种多样的碳单质一、多种多样的碳单质石墨结构图石墨中，碳原子呈层状排列，每一层上的碳原子以强的相互作用形成平面六边形结构；层与层之间的相互作用较弱，容易发生相互滑动。金刚石中，每个碳原子都与相邻的四个碳原子以强的相互作用直接连接，形成正四面体结构。碳60及一些多碳单质C60分子是60个碳原子构成的分子，形似足球，因此又叫足球烯，碳原子位于球的表面，呈正六边形和正五边形排列,球内是空

3、的。 C60与碳纳米管与碳纳米管 1985 年，英国化学家克鲁托、美国化学家斯莫利和柯尔年，英国化学家克鲁托、美国化学家斯莫利和柯尔在世界著名的期刊在世界著名的期刊自然自然上发表文章，介绍他们在实验上发表文章，介绍他们在实验室发现了一系列新的碳的同素异形体。这些碳的同素异形室发现了一系列新的碳的同素异形体。这些碳的同素异形体是由偶数个碳原子构成的，其中最稳定的是体是由偶数个碳原子构成的，其中最稳定的是C60。克鲁。克鲁托受美国建筑师富勒设计的蒙特利尔万国博览会美国馆的托受美国建筑师富勒设计的蒙特利尔万国博览会美国馆的球形建筑的启发，绘出了球形建筑的启发，绘出了C60分子的结构并将分子的结构并将

4、C60家族命名家族命名为为“富勒烯富勒烯”。克鲁托等的预测，由。克鲁托等的预测，由 于于 C60 笼内有一个笼内有一个空空 腔，可以填入金属原子，形成的物质具有特殊的性质，腔，可以填入金属原子，形成的物质具有特殊的性质，有可能成为新型的催化剂或催化剂的载体。这三位化学家有可能成为新型的催化剂或催化剂的载体。这三位化学家因发现因发现C60而与而与1996年荣获诺贝尔化学奖。年荣获诺贝尔化学奖。 日本科学家用高分辨电镜观察电弧蒸发石墨所得到的日本科学家用高分辨电镜观察电弧蒸发石墨所得到的阴极沉积物，又发现了有单层石墨卷曲而成的碳纳米管。阴极沉积物，又发现了有单层石墨卷曲而成的碳纳米管。碳纳米管独特

5、的结构和物理性质，决定它的物理化学和材碳纳米管独特的结构和物理性质，决定它的物理化学和材料科学的领域具有广阔的发展前景。料科学的领域具有广阔的发展前景。二二 、泛泛存存在在的的含含碳碳化化合合物物有机物有机物：蛋白质，淀粉，天然气等无机物无机物大理石方解石白云石菱锌矿菱镁矿菱铁矿碳酸钠碳酸钠 碳酸氢钠碳酸氢钠碳酸钠与碳酸氢钠一、物理性质及用途 碳酸钠（Na2CO3）俗称纯碱或苏打，是白色固体，易溶于水，广泛用于 玻璃、造纸等工业 。 碳酸氢钠（NaHCO3）俗称小苏打，是细小白色晶体，溶于水，是发酵粉 的主要成分之 一，用于治疗胃酸过多。方 法 导 引二、化学性质大家已经知道了碳酸钙的化学性质

6、，碳酸钠和碳酸氢钠是否具有类似的化学性质呢？碳酸钠和其他碳酸盐一样，都能与盐酸等酸反应产生二氧化碳气体。Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2 碳酸氢钠液能与盐酸等酸反应生成二氧化碳气体。另外，碳酸氢钠还能与NaOH溶液反应生成碳酸钠和水，而碳酸钠则不能与NaOH溶液发生反应。NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O碳酸氢钠的特殊性质(稳定性)2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2三、碳及其化合物间的转化三、碳及其化合物间的转化1、自然界中碳及其化合物间的转化 在自然界中，碳及其

7、化合物间进行着永不停息的转化，这些转化是非常重要的。2、生产和生活中碳及其化合物间的转化 碳及其化合物间的转化也广泛存在于人类的生产和生活中。如：高炉炼铁、木炭的燃烧等。高炉炼铁示意图高炉炼铁示意图热热空空气气熔融状熔融状态的铁态的铁炉渣250600100020001300C+O2 = CO2CO2+C = 2COFeO +CO = Fe+CO2Fe3O4+CO = 3FeO+CO23Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2高炉高炉煤气煤气原料木炭的燃烧CCO2CO用化学方程式描述上述转化过程，指出所发生的氧化还原反应和还原剂？氮的循环氮的循环氮在自然界氮在自然界中的循环中的循环氮循环中的重要氮

8、循环中的重要物质及其变化物质及其变化人类活动对人类活动对自然界氮循环自然界氮循环和环境的影响和环境的影响1、氮气与氮的固定 一般条件：氮气的化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应。很难与其他物质发生反应。 一定条件：氮气能与氧气、氢气等物质发生反应。雷雨交加的雨天，空气中的氮气与氧气可以直接化合，生成无色、难溶于水的一氧化氮（NO）气体。 放电 N2 + O2 2NO 一氧化氮气体在常温下与空气中的氧气迅速化合，生成红棕色的、有刺激性气味的二氧化氮（NO2）气体。 2NO + O2 2NO212氮气是由氮原子构成的双原子分子,两个氮原子之间共用三对电子,使每个原子都达到稳定结构。要破坏这种牢固

9、结构，需要很高的能量。生成的硝酸随水淋洒到地面上，与土壤中的矿物作用，形成能被植物吸收的硝酸盐，这样，土壤得到空气中的氮，促进植物生长。3二氧化氮溶于水时于水反应生成硝酸和一氧化氮。 3NO2 +H2O 2HNO3 + NO 用什么方法才能较方便的把空气中的氮气转化为植物可以吸收的含氮化合物？ 1、定义：使空气中游离氮转化为含氮化和物的方法 自然固氮 高能固氮闪电 生物固氮微生物（根瘤菌） 2、分类 高温、高压 人工固氮 N2 +3H2 催化剂 2NH3 仿生固氮:用金属有机化合物作 催化剂,常温常压固氮实际上，在氮气与氢气反应生成氨的同时，氨也在分解实际上，在氮气与氢气反应生成氨的同时，氨也

10、在分解生成氮气和氢气。像这种在相同条件下能同时向正反两生成氮气和氢气。像这种在相同条件下能同时向正反两个方向进行的反应成为可逆反应。在可逆反应的化学方个方向进行的反应成为可逆反应。在可逆反应的化学方程式中用程式中用“”代替代替“”。实验1 在干燥的园底烧瓶里充满氨气，用带有玻 璃管和滴管（滴管里预先吸入少量的水）的塞子 塞紧瓶口；立即倒置烧瓶，使玻璃管插入盛有水 的烧杯里（水里事先加入少量酚酞溶液）；挤压 滴管的胶头，使少量水进入烧瓶，观察现象。实验2 分别在两个集气瓶中滴入浓氨水和浓盐酸，盖上玻璃片，然后抽取中间的玻璃片，观察发生的现象。、氨与铵态氮肥、氨与铵态氮肥氨的物理性质氨的物理性质

11、氨是没有颜色、有刺激性气味的气体；在标准状况下，密度为，比空气轻；既易溶于水且能快速溶解，在常温、常压下体积水能溶解约体积氨气。氨的化学性质氨的化学性质 氨的喷泉实验氨的喷泉实验 氨溶解于水时于水发生反应，生成一水合氨（NH3H2O),溶液显弱碱性。NH3+H2O NH3H2O 氨与盐酸反应，生成氯化铵（NH4Cl）。 NH3+HCl NH4Cl （白烟）氨的催化氧化氨的催化氧化氨中氮元素的化合价为最低，因此氨具有还原性，能与具有氧化性的物质氨中氮元素的化合价为最低，因此氨具有还原性，能与具有氧化性的物质发生反应。发生反应。 工业制一氧化氮工业制一氧化氮 高温高温 4NH3+5O2 4NO+6

12、 H2O 催化剂催化剂氨是氮肥工业和硝酸工业的重要原料。化学氮肥主要包括铵态氮肥（主要成分氨是氮肥工业和硝酸工业的重要原料。化学氮肥主要包括铵态氮肥（主要成分是是NH4 ) 硝态氮肥（主要成分为硝态氮肥（主要成分为NO3 ）和有机态氮肥）和有机态氮肥尿素尿素CO(NH2)2。氮元素是植物体内氨基酸和蛋白质必需的组成元素，也是叶绿素的组成成分之氮元素是植物体内氨基酸和蛋白质必需的组成元素，也是叶绿素的组成成分之一，因此施用氮肥能促进作物生长，并能提高作物中蛋白质的含量。一，因此施用氮肥能促进作物生长，并能提高作物中蛋白质的含量。铵态氮肥包括硫酸铵铵态氮肥包括硫酸铵(NH4)2SO4、碳酸氢铵、碳

13、酸氢铵(NH4HCO3)、氯化铵、氯化铵(NH4Cl)等。等。+-取少量氯化铵固体放在试管中加热，观察发生的现象取少量碳酸氢铵固体放在试管中加热，并将生成的气体通入新制的石灰水中，观察发生的现象。在试管中加入少量氯化铵固体，再滴加适量的NaOH溶液，加热，并将湿润的红色石蕊试纸贴在玻璃棒上，靠近试管口，观察发生的现象。实验试验现象结论及化学方程式实验记录：试管壁中上部变白试管壁中上部变白 NH4Cl = NH3 + HClNH3+HCl = NH4Cl澄清石灰水变浑浊澄清石灰水变浑浊红色石蕊试纸变蓝红色石蕊试纸变蓝NH4HCO3 = NH3 + CO2 + H2ONH4Cl+NaOH = NH

14、3 + NaCl+H2O 、硝酸及其应用、硝酸及其应用物理性质物理性质纯净的硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，熔点为-42,沸点为83,密度为1.5g/cm 。3质量分数在以上的浓硝酸在空气中由于挥发出HNO3会产生“发烟”现象，通常叫做发烟硝酸。化学性质化学性质浓硝酸受热或见光分解产生棕红色二氧化氮气体。 4HNO3 2H2O+4NO2 +O2 注意硝酸见光分解，应将其保存于棕色试剂瓶，放置在荫凉处。受热或见光 浓硝酸与金属反应生成的气体主要是二氧化氮浓硝酸与金属反应生成的气体主要是二氧化氮 Cu +4HNO3(浓浓)=Cu(NO3)2+2NO2 +2H2O 稀硝酸与金属反应生成的气体

15、主要是一氧化氮稀硝酸与金属反应生成的气体主要是一氧化氮 3Cu +8HNO3(稀稀)=3Cu(NO3)2+2NO +4H2O注意：常温下，浓硝酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而注意：常温下，浓硝酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化，保护内部金属不再跟酸发生反应，所以可以用铝质或铁钝化，保护内部金属不再跟酸发生反应，所以可以用铝质或铁质的容器盛浓硝酸。质的容器盛浓硝酸。浓硝酸在加热条件下，还能与碳单质等非金属单质发浓硝酸在加热条件下，还能与碳单质等非金属单质发生氧化还原反应。生氧化还原反应。 C +4HNO3(浓浓)=CO2 +4NO2 +2H2O硝酸具有强氧化性，能与除金、铂、钛以外硝酸具有

16、强氧化性，能与除金、铂、钛以外的大多数金属反应，产物与硝酸浓度有关。的大多数金属反应，产物与硝酸浓度有关。温温 室室 效效 应应 的的 始始 源源汽车尾气的污染汽车尾气的污染光化学烟雾光化学烟雾水水 体体 富富 营营 养养 化化 我们造成的污染是我们造成的污染是如此的严重，这对如此的严重，这对我们的健康、对我我们的健康、对我们的家园会造成多们的家园会造成多么大的伤害！么大的伤害！硫的转化硫的转化自然界中的硫自然界中的硫实验室里研究实验室里研究不同价态硫元不同价态硫元素间的转化素间的转化酸雨及其防治酸雨及其防治火山喷发时熔岩喷涌、浓烟滚滚，火山喷发时熔岩喷涌、浓烟滚滚，不仅释放出巨大的能量，不仅

17、释放出巨大的能量，而且产生许多含有硫元素的气体，而且产生许多含有硫元素的气体，在火山口还有硫单质生成。这是硫在火山口还有硫单质生成。这是硫单质及其含硫化合物的来源之一。单质及其含硫化合物的来源之一。？问题一 自然界还有那些含硫化合物？问题二 它们在自然界中是怎样产生和存在的？问题三 人们是怎样把它们转化成人类生产和生 活所需要的物质？问题四 在使用硫及其化合物的过程中，人们遇 到那些问题？是怎样解决的？一、自然界中的硫一、自然界中的硫1、自然界中不同价态硫元素间的转化、自然界中不同价态硫元素间的转化火山喷发火山喷发H2SSO2SO3H2SO3H2SO4SH2S地表地表石膏（石膏（CaSO42H

18、2O） 芒硝（芒硝（Na2SO410H2O）地下地下 与铁、砷、与铁、砷、汞等元素汞等元素化合化合与氧气和水作用与氧气和水作用黄铁矿黄铁矿FeS2雄黄雄黄As4S4雌黄雌黄As2S3辰砂辰砂HgS硫酸盐硫酸盐2、认识硫单质、认识硫单质实际操作实验实际操作实验实验一实验一 取少量硫粉，放在试管中，观察它的颜色、状态，取少量硫粉，放在试管中，观察它的颜色、状态， 在酒精灯上将其加热至熔化，观察发生的现象。在酒精灯上将其加热至熔化，观察发生的现象。实验二实验二 把研细的硫粉和铁粉按照一定的比例（铁粉稍过把研细的硫粉和铁粉按照一定的比例（铁粉稍过 量）混合均匀，放在石棉网上堆成条状，用灼热量）混合均匀

19、，放在石棉网上堆成条状，用灼热 的玻璃棒触及一端。当混合物呈红热状态时，移的玻璃棒触及一端。当混合物呈红热状态时，移 开玻璃棒，观察发生的现象。开玻璃棒，观察发生的现象。实验三实验三 取少量硫粉放入燃烧匙中，将燃烧匙放在酒精灯取少量硫粉放入燃烧匙中，将燃烧匙放在酒精灯 上加热至硫粉呈熔化状态后，迅速伸入底部有少上加热至硫粉呈熔化状态后，迅速伸入底部有少 量水的盛满氧气的集气瓶中，观察发生的现象。量水的盛满氧气的集气瓶中，观察发生的现象。 ！观察现象并讨论硫单质的性质。观察现象并讨论硫单质的性质。物理性质物理性质 硫单质俗称硫磺，通常状况下，它是一种黄色或淡黄硫单质俗称硫磺，通常状况下，它是一种

20、黄色或淡黄色的固体；很脆，易研成粉末；不溶于水，微溶于酒精，色的固体；很脆，易研成粉末；不溶于水，微溶于酒精，易溶于易溶于CS2;熔点和沸点都不高。熔点和沸点都不高。常见的硫的同素异形体：常见的硫的同素异形体：单斜硫单斜硫斜方硫斜方硫化学性质化学性质硫单质与金属铁反应硫单质与金属铁反应 Fe + S FeS硫单质的硫单质的氧化性氧化性 硫单质与氧气反应硫单质与氧气反应 S + O2 SO2硫单质的硫单质的还原性还原性硫的氧化性比氧气和氯气都弱。硫的氧化性比氧气和氯气都弱。 硫的用途硫的用途 主要用于制造硫酸、化肥、火柴及杀虫剂等，还用于主要用于制造硫酸、化肥、火柴及杀虫剂等，还用于制造火药、烟

21、花爆竹等。制造火药、烟花爆竹等。点燃点燃二氧化硫的用途二氧化硫的用途1、杀菌作用杀菌作用 可做消毒剂和防腐剂，用于杀灭地可做消毒剂和防腐剂，用于杀灭地 下室、地窖、酒桶、发酵桶中的毒菌。下室、地窖、酒桶、发酵桶中的毒菌。 2、漂白作用漂白作用 能够使品红等有色物质退色，能够使品红等有色物质退色，这是因为二氧化硫溶于水生成的这是因为二氧化硫溶于水生成的亚硫酸能与有色物质结合，生产亚硫酸能与有色物质结合，生产一种无色且不稳定的化合物。利一种无色且不稳定的化合物。利用该性质可用来漂白织物。用该性质可用来漂白织物。二、实验室里研究不同价态硫元素间的转化二、实验室里研究不同价态硫元素间的转化常用的氧化剂

22、有酸常用的氧化剂有酸性溶液、氯水、硝性溶液、氯水、硝酸、氧气等；常用酸、氧气等；常用的还原剂有硫化氢、的还原剂有硫化氢、碘化钾、金属单质碘化钾、金属单质等等 工工 具具 栏栏SSO2SO3H2SH2SO4H2SO3O O2 2还原剂还原剂H H2 2SOSO2 2O O2 2归中归中归中归中H H2 2S SH H2 2O OH H2 2O O形成酸雨的主要物质：氮氧化物硫氧化物三、酸雨的形成三、酸雨的形成 煤和石油含有硫元素，这些燃料燃烧时处理产生二氧化碳外，还会产生二氧化硫。排放到空气中的二氧化硫在氧气和水蒸气排放到空气中的二氧化硫在氧气和水蒸气的共同作用下，形成酸雾，随雨水降落就成为酸雨

23、（的共同作用下，形成酸雾，随雨水降落就成为酸雨（pH5.6)。2SO2+O2 SO3 SO3+H2O H2SO4 SO2+H2O H2SO3 2H2SO3+O2 2H2SO4形成酸雨的主要反应：形成酸雨的主要反应：酸雨侵蚀的树木酸雨侵蚀的树木催化剂酸雨防治的方法酸雨防治的方法 ？1、从实际情况出发，对酸雨物质的排放、从实际情况出发，对酸雨物质的排放 加以控制加以控制,减少氮氧化物、硫氧化物的、减少氮氧化物、硫氧化物的、 排放；排放；2、改变能源结构，开发利用氢能、风能、改变能源结构，开发利用氢能、风能、 太阳能等清洁能源，从根本上解决问太阳能等清洁能源，从根本上解决问 题。题。海水中的化学元素

24、海水化学元素宝库镁和海水提镁溴和海水提溴2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2通电通电微量元素微量元素在每升海水中含量低于在每升海水中含量低于1mg的元素称为海水的元素称为海水中的微量元素。中的微量元素。思考？思考？本章小本章小结结自然界中的元素自然界中的元素CNS海水中的元素海水中的元素游离态游离态 ：金刚石、石墨、：金刚石、石墨、C60化合态化合态CO2、H2CO3、Na2CO3、NaHCO3大理石、方解石、菱锌矿等大理石、方解石、菱锌矿等自然固氮、人工固氮自然固氮、人工固氮氮气、氨、铵盐、硝酸氮气、氨、铵盐、硝酸的物理性质和化学性质的物理性质和化学性质温室效应、水体污

25、染、酸雨等温室效应、水体污染、酸雨等不同价态硫元素的性质及其转化：不同价态硫元素的性质及其转化： H2S、S、SO2、SO3、H2SO3、H2SO4 用途及影响用途及影响微量元素：微量元素：同素异形体同素异形体 1、关于金刚石、石墨的说法不正确的是 （ ） A、它们都是由碳元素组成的单质。 B、它们都是电的良导体。 C、金刚石质硬，石墨质软。 D、他们的碳原子的排列方式不同。2、关于Na2CO3和NaHCO3的下列说法中正确的是 （ ） A、Na2CO3不如NaHCO3易溶于水。 B、NaHCO3比Na2CO3稳定。 C、石灰水能和NaHCO3反应，不于Na2CO3反应。 D、等物质的量的Na

26、2CO3和NaHCO3与足量的盐酸反应， 消耗HCl的物质的量之比为2：1 。习题巩固习题巩固BD4、为了保护臭氧层，可采取的有效措施是（ ） A. 减少二氧化硫的排放量 B. 减少含铅废气的排放量 C. 减少氟氯代烃的排放量 D. 减少二氧化碳的排放量3、上世纪80年代后期人们逐渐认识到，NO在人体内起着多方面 的重要作用。下列关于NO的说法不正确的是（ ） A.NO极易与人体的血红蛋白结合 B. NO是造成光化学烟雾的因素之一 C. NO是汽车尾气的有害成分之一 D. NO分子在空气中非常稳定5、下列变化中，不属于化学变化的是（ ） .SO2使品红溶液褪色 .氯水使有色布条褪色； .活性炭使墨水褪色 .漂白粉使某些染料褪色；DCC图图图abc水 装水的胶头滴管HClNH36、喷泉是一种常见的现象，其产生原因是存在压强差。（1）图为化学教学中常用的喷泉实验装置。在烧瓶中充满干 燥气体，胶头滴管及烧杯中分别