5.1.3 硫酸根离子的检验 粗盐的提纯

课题5.1.3硫酸根离子的检验粗盐的提纯学情分析学生在必修第一册已经学习过氯离子的检验，了解离子检验的一些鉴别原则和方法，为本课时学习硫酸根离子的检验奠定了基础。但还不熟悉含硫物质及相关物质的性质，在排除干扰离子上可逆存在一些困难，教学时教师可通过提供有关信息，再引导分析，讨论交流得出结论。教材分析本节内容是人教版（2019版）第五章第一节硫及其化合物的内容。本节内容主要包括：硫、二氧化硫和硫酸的性质，硫酸根离子的检验，不同价态含硫物质的转化。教材首先根据硫在元素周期表中的位置，利用原子结构和元素周期律的相关知识，从化学变化的视角考虑硫单质能否与金属单质、非金属单质、化合物等发生反应，使学生掌握研究非金属单质性质的基本思路；之后，根据物质类别研究硫的化合物（包括二氧化硫、硫酸）的化学性质。教材以工业制硫酸的生产原理为载体，从氧化还原的角度来综合认识含硫化合物的氧化性和还原性，并结合浓硫酸与铜反应的实验，基于证据探究浓硫酸的氧化性。接下来，设计“硫酸根离子的检验”实验，对构成物质的离子进行检验，提升学生“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养。最后，设置“不同价态含硫物质的转化”探究活动，要求学生从物质类别和元素价态变化的角度，应用氧化还原反应原理设计实验方案，选择适当的实验试剂，探究不同价态含硫物质的转化，提升学生“变化观念”等学科核心素养。本节《硫及其化合物》内容整合了旧版教材中第四章第三、四节有关硫元素的知识，知识介绍更有条理。并新增了硫单质的化学性质，主要学习二氧化硫、浓硫酸的性质，还涉及到硫化氢和三氧化硫的性质、工业上硫酸的制备等。教学中主要介绍硫及其重要化合物的主要化学性质，在知识安排上应尽量使用性质和用途相结合，理论与实际相结合，从而让学生认识到常见无机物在生产和生活中的应用。一、教学定位与内容、结构分析：结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解硫及化合物（硫酸盐）的主要性质，认识非金属及其化合物的多样性，知道硫酸根离子的检验方法。本课时为第三课时《硫酸盐及硫酸根离子的检验》的内容，包括硫酸盐的性质、硫酸根离子的检验及粗盐的提纯三部分。教材通过“资料卡片”栏目介绍了硫酸钙、硫酸钡、硫酸铜等几种常见硫酸盐的主要性质及用途，并强调了氯化钡、碳酸钡等钡盐的毒性。通过实验探究得出硫酸根离子的检验方法，利用“思考与讨论”栏目，通过设置的三个问题，讨论交流，分析原理，形成方案。教学时，硫酸根离子的检验、粗盐中杂质离子除去不能只是简单灌输，需要引导学生思考与讨论，培养学生的科学探究素养和科学探究精神。二、教学重难点：（1）教学重点：硫酸根离子的检验、粗盐的提纯（2）教学难点：粗盐精制原理及方案设计素养与目标：证据推理与模型认知：通过思考讨论粗盐提纯流程以及注意事项。能初步学会收集各种证据，对物质的性质及其变化提出可能的假设；基于证据进行分析推理，证实或证伪假设；能解释证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的途径，建立粗盐提纯方案的认知模型。变化观念与平衡思想：通过对不同价态含硫物质的转化探究，加强能从不同视角对纷繁复杂的化学变化进行分类研究，逐步掲示各类变化的特征和规律；能用对立统一、联系发展和动态平衡的观点考察、分析化学反应，预测在一定条件某种物质可能发生的化学变化。强化学生变化观念。教学过程：一、导入新课设计【回顾1】氯离子的检验方法是什么？检验氯离子时，如何排除碳酸根离子的干扰？【学生1】试剂：AgNO3溶液、稀HNO3;【学生2】现象：产生白色沉淀不溶于稀HNO3;【学生3】板书原理：Ag++Cl-=AgCl↓（不溶于稀HNO3）。【学生4】碳酸根也可与银离子反应生成碳酸银白色沉淀：COeq\o\al(2－,3)+2Ag+=Ag2CO3↓,但碳酸银可以溶于稀硝酸，从而排除干扰：Ag2CO3+2H+=2Ag++CO2↑+H2O。【教师】评价、强调：在用AgNO3溶液检验氯离子时，一般先在被检测的溶液中滴入适量的稀硝酸，使其酸化以排除COeq\o\al(2－,3)等的干扰，然后再滴入AgNO3溶液。【回顾2】浓硫酸吸水性和脱水性有何区别？【学生1】吸水性：浓硫酸具有吸收水(如气体中、液体中的水分子,以及固体中的结晶水等)的性能,吸水性是浓硫酸的物理性质。因此浓硫酸可作为吸水剂或干燥剂。【学生2】脱水性：浓硫酸可将许多有机化合物中的氢、氧元素按水的组成比脱去。脱水性是浓硫酸的化学性质。如:C12H22O1112C+11H2O二、讲授新课设计【预习】SOeq\o\al(2－,4)的检验方法是什么？应注意哪些问题？【学生1】方法：试剂：稀HCl、BaCl2溶液;现象：先加盐酸无明显现象，后加BaCl2溶液产生白色沉淀;原理：Ba2++SOeq\o\al(2－,4)=BaSO4↓。【学生2】不能向待测液中滴加用稀盐酸酸化的Ba(NO3)2溶液，因在酸性环境中会发生反应：Ba2＋＋SOeq\o\al(2－,3)=BaSO3↓(白色)，3BaSO3＋2H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3BaSO4↓(白色)＋2NO↑＋H2O。因此，会误将SOeq\o\al(2－,3)判断成SOeq\o\al(2－,4)。【学生3】也不能先用稀硝酸酸化，再加入BaCl2溶液，因硝酸会将SOeq\o\al(2－,3)氧化成SOeq\o\al(2－,4)而产生干扰。【教师】评价、强调：须先加盐酸酸化。【预习2】粗盐中的SOeq\o\al(2－,4)、Mg2＋、Ca2＋的除杂试剂及其顺序如何？【学生1】过量的BaCl2溶液→过量的NaOH溶液→过量的Na2CO3溶液→适量稀盐酸【学生2】过量的NaOH溶液→过量的BaCl2溶液→过量的Na2CO3溶液→适量稀盐酸【学生3】过量的BaCl2溶液→过量的Na2CO3溶液→过量的NaOH溶液→适量稀盐酸【教师】评价、强调：除杂的原理及要求将在本节课进一步学习。【导入】造纸术、指南针、火药、印刷术是中国古代四大发明，其中火药武器的使用，改变了作战方式，帮助欧洲资产阶级摧毁了封建堡垒，加速了欧洲的历史进程。黑火药的成分为“一硫二硝三木炭”（S+2KNO3+3C=K2S+N2↑+3CO2↑）（见PPT图片）。自然界中化合态的硫主要以硫化物或硫酸盐形式存在。【过渡】硫元素在自然界既可以以游离态形式存在于火山口附近或地壳的岩层中，也可以在地表附近，以硫酸盐的形式存在，如石膏（CaSO4·2H2O)、芒硝（Na2SO4·10H2O）等。【问题1】阅读教材P6页“资料卡片”，回答常见几种硫酸盐组成特点及主要用途是什么？并填写表格内容。【教师】投影表格，引导分析。【学生】阅读教材，填写表格内容，展示交流：硫酸盐化学式及俗称用途钙盐CaSO4·2H2O（石膏）2CaSO4·H2O（熟石膏）调节水泥的硬化速率制作模型、绷带、粉笔钡盐BaSO4（重晶石）生产其他钡盐的原料、医疗上用作“钡餐”（消化系统X射线检查的内服药剂）铜盐CuSO4·5H2O（胆矾、蓝矾）与石灰乳混合制农药“波尔多液”检验水的生成、无水CuSO4可用于检验H2O的存在。亚铁盐FeSO4·7H2O（绿矾）补血剂、制蓝黑墨水铝钾盐KAl(SO4)2·12H2O（明矾）用作净水剂（形成Al(OH)3胶体）【教师】评价、强调：石膏（CaSO4·2H2O）和熟石膏（2CaSO4·H2O）结晶水的含量不同，结晶水合物属于纯净物。【问题2】讨论：硫酸钡不溶于水和酸，且不易被X射线透过，因此在医疗上用作消化系统X射线检查的内服药剂，俗称“钡餐”，可否用碳酸钡代替硫酸钡？【学生1】不能。可溶性钡的化合物如BaCl2、Ba(NO3)2、Ba(OH)2等有毒，因此，使用时必须做好个人防护，相关废弃物应进行无害化处理；【学生2】碳酸钡无毒，但误食碳酸钡后，碳酸钡与人体内的胃酸即盐酸反应会生成可溶性的氯化钡使人中毒：BaCO3+2HCl=BaCl2+CO2↑+H2O。【过渡】从物质的分类及组成看，硫酸盐均含有相同的硫酸根离子，下面我们来学习硫酸根离子的检验方法。【问题1】实验探究：完成教材P6页【实验5-4】，观察实验现象，分析实验原理，填写表格内容。【教师】演示实验5-4，投影表格，引导分析。【学生】观察实验现象。思考实验原理，填写表格内容，展示交流：实验操作实验现象离子方程式加入BaCl2生成白色沉淀，再加入少量稀盐酸，白色沉淀不溶解SOeq\o\al(2－,4)＋Ba2＋=BaSO4↓加入BaCl2生成白色沉淀，再加入少量稀盐酸，白色沉淀不溶解SOeq\o\al(2－,4)＋Ba2＋=BaSO4↓加入BaCl2生成白色沉淀，再加入少量稀盐酸，白色沉淀溶解，生成无色无味气体Ba2＋＋COeq\o\al(2－,3)=BaCO3↓，BaCO3＋2H＋=Ba2＋＋CO2↑＋H2O实验分析白色沉淀BaSO4不溶于稀盐酸，而BaCO3可溶于盐酸，因此可用稀盐酸和BaCl2溶液检验SO42-。实验结论若向溶液中加入稀盐酸时无明显现象，再滴加BaCl2溶液时有白色沉淀产生，则证明该溶液中含有SO42-。【教师】评价、强调：先加盐酸酸化时，若产生白色沉淀，则需要先过滤后，再向滤液中滴加BaCl2溶液。观察现象。【问题2】结合上述实验，思考检验SOeq\o\al(2－,4)的正确操作方法是什么？应注意哪些问题？【学生】板书：未知溶液eq\o(→,\s\up7(加盐酸酸化))无明显现象eq\o(→,\s\up7(加氯化钡溶液))产生白色沉淀eq\o(→,\s\up7(说明))原未知液中含SOeq\o\al(2－,4)【教师】追问：先加盐酸的目的时什么？为什么？【学生1】先加稀盐酸的目的是防止COeq\o\al(2－,3)、SOeq\o\al(2－,3)、Ag＋干扰。【学生2】板书原理：COeq\o\al(2－,3)＋2H＋=CO2↑＋H2O、SOeq\o\al(2－,3)＋2H＋=SO2↑＋H2O、Ag＋＋Cl－=AgCl↓、Ba2＋＋SOeq\o\al(2－,4)=BaSO4↓。【教师】评价、强调1：BaCO3、BaSO4、也是白色沉淀与BaSO4白色沉淀所不同的是这些沉淀能溶于强酸中。因此检验SOeq\o\al(2－,4)时,必须用盐酸酸化。【教师】评价、强调2：不能用HNO3、H2SO4酸化，且不能用Ba(NO3)2溶液,因为在酸性条件下，SOeq\o\al(2－,3)、HSOeq\o\al(－,3)会被溶液中的NO3-氧化为SOeq\o\al(2－,4)从而得出错误的结论。【问题3】探究：稀盐酸和BaCl2溶液加入顺序能否交换？稀盐酸能否换成稀硝酸？BaCl2溶液能否换成Ba(NO3)2溶液？【学生1】不能，否则无法排除Ag+离子的干扰。【学生2】不能用硝酸酸化，第二步也不能用Ba(NO3)2溶液，否则无法排除SOeq\o\al(2－,3)离子的干扰。【教师】评价、追问：如何检验SOeq\o\al(2－,3)？【学生】SOeq\o\al(2－,3)的检验方法：待检液有白色沉淀气体褪色。应注意HSOeq\o\al(－,3)的干扰。【教师】评价、强调：先滴加BaCl2溶液，若不出现白色沉淀，再加盐酸，产生能使品红溶液褪色的气体，则证明含有HSOeq\o\al(－,3)。【过渡】日常生活中厨房炒菜用的又细又白的精盐，是将粗盐经过一系列操作提纯才得到的，下面我们来学习粗盐提纯的方法。【问题1】物质除杂和分离的基本原则是什么？物质除杂和分离应注意哪些问题？【学生1】物质除杂和分离的基本原则是：不增(不引入新的杂质)，不减(不减少被提纯的物质)，易分离(被提纯的物质与杂质易分离)，易复原(被提纯的物质易复原)。【教师】评价、强调：使杂质离子完全除去，要加入过量的试剂。【学生2】物质除杂和分离应注意：除杂试剂要过量，后续试剂应能除去过量的前一试剂，尽可能将杂质转化为所需物质。【教师】评价、强调：因此，除去多种杂质时应考虑加入试剂的合理顺序。【问题2】阅读教材P7“思考与讨论”内容，思考粗盐中含有哪些杂质？如何利用除杂和分离方法将粗盐制成精盐？【学生1】用海水、盐井水、盐湖水直接得到的盐为粗盐，粗盐含有较多的泥沙、可溶性的CaCl2、MgCl2以及一些硫酸盐等杂质。【学生2】粗盐经溶解、过滤和蒸发后含有还含有硫酸盐及CaCl2、MgCl2等杂质。【学生3】通过加入沉淀剂的方法，将杂质离子Ca2+、Mg2+、SOeq\o\al(2－,4)转化成沉淀而除去，就可得到精盐。【教师】评价、强调：实际进行方案设计时，除要考虑所加试剂外，还要考虑加入试剂的先后顺序、试剂的用量，以及试剂过量后如何处理等。【过渡】粗盐中的硫酸盐杂质，在溶液中电离产生出SOeq\o\al(2－,4)，结合SOeq\o\al(2－,4)的检验方法及相关物质的性质，我们来探究粗盐的提纯方法。【问题1】讨论：经溶解、过滤、蒸发操作得到的粗盐中含有一些可溶性硫酸盐及CaCl2、MgCl2等杂质。参考物质的溶解性表，思考如果按照下表所示顺序除去它们，应加入什么试剂？【教师】投影表格，引导分析：过分析物质的组成可知，要想得到纯净的NaCl，就要保留溶液中的钠离子和氯离子，除去其他离子。【学生2】讨论交流，填写表格内容，展示交流：杂质加入的试剂离子方程式硫酸盐过量的BaCl2溶液Ba2++SOeq\o\al(2－,4)=BaSO4↓MgCl2过量的NaOH溶液Mg2+＋2OH-=Mg(OH)2↓CaCl2过量的Na2CO3溶液Ca2++COeq\o\al(2－,3)=CaCO3↓、Ba2++COeq\o\al(2－,3)=BaCO3↓【教师】评价、强调：为保证把杂质出尽，所加除杂试剂应过量。【问题2】探究：上述加入的试剂除去杂质后，有没有引入其他离子？并归纳总结粗盐提纯时加入试剂的顺序是什么？【学生1】加入过量的BaCl2溶液—引入Ba2+，除去SOeq\o\al(2－,3)【学生2】加入过量的NaOH溶液—引入OH-，除去Ba2+、Ca2+【学生3】加入过量的Na2CO3溶液—引入COeq\o\al(2－,3)，除去Ba2+、Ca2+【教师】评价、追问：选择上述顺序的依据时什么？【学生】一是为了把杂质出干净，二是为后续步骤把前步骤过量试剂除去，以防止引入新杂质。【教师】评价、强调：过滤操作可除去沉淀BaSO4、Mg(OH)2、CaCO3、BaCO3