高中化学人教版必修第二册教案：第五章实验活动5

第五章化工生产中的重要非金属元素实验活动5不同价态含硫物质的转化教学设计教学目标知识与技能认识含硫物质之间的相互转化，学会并掌握设计含硫物质之间相互转化的实验。2.过程与方法（1）通过对实验的观察和分析，探究事物本质，体验科学探究的过程，强化科学探究的意识；（2）培养观察能力、思维能力和应用化学实验发现新知识的学习能力。3．情感态度与价值观有效的教学必须确保学习主体的参与，使课程变为学生“自己的课程”，唤起学生自我需求，引发学生求知的兴趣，产生愉快学习的心理体验。二、教学重难点教学重点熟悉自然界常见的含硫物质的类别及硫元素的化合价，了解含硫物质在自然界中的存在与转化根据硫元素化合价会分析含硫物质的性质设计实验，实现不同价态硫元素的相互转化。2. 教学难点根据硫元素化合价会分析含硫物质的性质设计实验，实现不同价态硫元素的相互转化。三、课前准备：实验用品：试管、托盘天平、量筒、酒精灯、铁架台、试管架、橡胶塞、乳胶管、胶头滴管、玻璃导管、石棉网、玻璃棒、药匙、棉花、镊子、火柴。浓硫酸、铜片、硫粉、铁粉、硫化钠溶液、酸性高锰酸钾溶液、氢氧化钠溶液、亚硫酸溶液、品红溶液。四、教学过程教学环节教学内容设计意图1.新课导入【师】同学们，上两节课我们学习到S、SO2、SO3、浓硫酸、硫酸根离子的检验，这节课我们来一起探究一下不同价态硫元素的相互转化。联系实际生活，情景带入2.探索新知[板书]实验活动5不同价态含硫物质的转化【师】通过阅读课本相关内容，了解自然界中硫的存在与转化。【生】小组讨论后，请一同学小结讨论结果。【总结】[板书]一、自然界中硫的存在与转化【师】按照元素化合价将上述含硫物质进行分类：【生】学生讨论并总结。【思考与讨论】在一定条件下，自然界中的含硫物质可以实现相互转化，人工条件下也能发生。如何在实验室里实现不同价态含硫物质的相互转化呢？二、通过实验探究不同价态含硫物质的转化【师】让我们接住硫元素的价态二维图理解物质间的转化关系【师】通过上述图的启发和提示，请同学们想一下再实验室中如何实现不同价态含硫物质的转化呢？【生】依据氧化还原反应原理，实现低价态到高价态的转化选择合适氧化剂；实现高价态向低价态转化选择合适的还原剂。【师】同学们在设计实验的同时，需要考虑到哪些方面的因素呢？【生】遵循科学性、可行性、安全性和绿色化原则。【师】同学们回答的非常正确，那么接下来让我们选择合适的试剂，通过实验操作来验证一下不同价态含硫物质之间的转化规律。希望同学们认真观察实验现象并思考总结有关规律。【板书】1、-2价S→0价S实验步骤：在两支只管中分别加入1mL硫化钠溶液，向其中一支边振荡边滴加亚硫酸溶液，另一支边振荡边滴加酸性高锰酸钾溶液，用浸有氢氧化钠溶液的棉团塞住试管口，观察并记录实验现象。【生】硫化钠转化为单质硫，硫元素由-2价转化为0价，观察到的现象是有淡黄色沉淀生成。2、+6价S→+4价S实验步骤：如下图所示链接仪器装置，向试管中加入1mL浓硫酸和一小块铜片，塞上带导管的单孔橡胶塞，加热，观察并记录实验现象。【生】浓硫酸转化为二氧化硫，试管甲中观察到的现象是铜片上有气泡逸出，溶液变蓝色，铜片溶解，试管乙中观察到的现象是品红溶液逐渐变为无色。3、0价S→-2价S实验步骤：将0.5g硫粉和1.0g铁粉均匀混合，放在石棉网（或陶土网）上堆成条状。用灼热的玻璃棒触及混合粉末的一端，当混合物呈红热状态时，移开玻璃棒，观察并记录实验现象。【生】硫转化为硫化亚铁，观察到的现象是混合物继续保持红热，最后生成黑色固体。【师】课上演示的实验只是不同价态含硫化合物的部分转化，若同学们对其他转化有兴趣继续研究的话，可根据以下表格的提示，选择合适的氧化剂和还原剂，并预测实验现象，完成表格。预期转化选择试剂实验操作和现象实验结论H2eq\o(S,\s\up6(－2))→eq\o(S,\s\up6(0))eq\o(S,\s\up6(＋4))O2→eq\o(S,\s\up6(0))eq\o(S,\s\up6(＋4))O2→H2eq\o(S,\s\up6(＋6))O4【师】通过上述实验的探究，我们了解到只要选择合适的氧化剂和还原剂，就可以实现不同价态含硫物质的转化，那么通过实验我们可以总结出这些物质之间具有哪些转化形式和规律呢？【板书】4、不同价态含硫物质转化关系图（1）．直线型转化关系S(固体)eq\o(→,\s\up17(O2))SO2eq\o(→,\s\up17(O2))SO3eq\o(→,\s\up17(H2O))H2SO4或H2Seq\o(→,\s\up17(O2))S(固体)eq\o(→,\s\up17(O2))SO2eq\o(→,\s\up17(O2))SO3eq\o(→,\s\up17(H2O))H2SO4（2）．交叉型转化关系图三角型转化关系【板书】5、不同价态含硫物质转化规律（1）邻价位原则当硫元素的化合价升高或降低时，一般升高或降低到其相邻的价态。即台阶式升降，当硫元素的化合价升高或降低时,一般升高或降低到其相邻的价态,即台阶式升降,如:，相邻价态的粒子不发生氧化还原反应：如S和H2S、S和SO2、SO2和浓硫酸之间不发生氧化还原反应。（2）归中规律当硫元素的高价态粒子与低价态粒子反应时，一般生成中间价态，如：2H2S＋SO2===3S＋2H2O，2Na2S＋Na2SO3＋3H2SO4===3Na2SO4＋3S↓＋3H2O。(3)含硫物质的连续氧化【师】学完这节课，硫的相关知识也就完结了。含硫物质的相互转化，需要了解常见的含硫物质的化合价，并能通过化学反应实现转化。对于简单的化学反应，可以通过自己设计的实验方案，来实现对应的实验目的。通过探讨交流培养学生的合作意识和表达能力激发学生对新事物的探究，培养严谨的科学思维方法培养学生总结归纳、辩证思维的能力3.小结作业完成课后同步练习四．板书设计实验活动5不同价态含硫物质的转化一、自然界中硫的存在与转化二、通过实验探究不同价态含硫物质的转化1、-2价S→0价S2、+6价S→+4价S3、0价S→-2价S4、不同价态含硫物质转化关系图（1）．直线型转化关系（2）．交叉型转化关系图（3）三角型转化关系5、不同价态含硫物质转化规律（1）邻价位原则（2）归中规律（3）含硫物质的连续氧化阶段重点突破练一、氮及其氧化物重要性质及相关计算1．(张家界市高一上期末)下列关于氮及其化合物的说法正确的是()A．N2化学性质稳定，可用作保护气B．NO、NO2均为大气污染气体，在大气中可稳定存在C．NO、NO2均易溶于水D．NO、NO2均能与水发生反应答案A解析氮气的化学性质稳定，因此可作为大多数物质的保护气，A项正确；一氧化氮会与氧气反应，因此不能在空气中稳定存在，B项错误；一氧化氮难溶于水，C项错误；一氧化氮不与水发生反应，D项错误。考点氮及其化合物性质题点氮及其氧化物的性质2．(抚顺市六校协作高一期末考试)反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO中，当有6mole－发生转移时，被氧化的物质与被还原的物质的物质的量之比为()A．1∶1 B．1∶2C．2∶1 D．3∶1答案C解析NO2与水发生反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，反应中只有氮元素的化合价发生变化，由＋4价升高为＋5价，由＋4价降低为＋2价，如图，所以NO2既是氧化剂也是还原剂，氧化剂被还原，还原剂被氧化，由产物中氮元素的化合价，可知作氧化剂与还原剂的NO2物质的量之比为1∶2，所以被氧化的NO2与被还原的NO2的物质的量之比为2∶1。故选C。考点氮的氧化物性质题点氮的氧化物溶于水的计算3．(江西上饶市高一自招班期末)将amLNO、bmLNO2和cmLO2混合于同一试管中，将试管倒置于水中，充分反应后，试管内气体全部消失，则a∶b∶c不可能是()A．1∶1∶1 B．2∶1∶1C．3∶7∶4 D．1∶5∶2答案B解析根据发生的反应：4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3，4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，若气体能完全溶于水，即NO、NO2、O2三种气体恰好完全反应，全部生成了硝酸，amolNO，bmolNO2和cmolO2在反应中amolNO失去3amol电子，bmolNO2失去bmol电子，cmolO2得到4cmol电子生成HNO3，根据反应中电子得失守恒，应该有3a＋b＝4c成立，只有B项比例不能使关系式成立，故选B。考点氮的氧化物性质题点氮的氧化物性质及相关计算二、氨及铵盐4.如图所示为“双色双喷泉”实验装置，图中烧瓶内分别充满氨和氯化氢，烧杯内盛装滴有石蕊溶液的蒸馏水。下列说法错误的是()A．在实验室中，可用浓氨水和生石灰制备氨，用浓盐酸和浓硫酸制备氯化氢B．在实验室中制备干燥的氨和氯化氢时，可选用相同的干燥剂C．实验中同时打开止水夹a、c、d，即可分别形成蓝色和红色喷泉D．喷泉结束后，将烧瓶内溶液混合后呈紫色，蒸干可得氯化铵固体答案D解析用浓氨水和生石灰制备氨，属于固体和液体反应、不加热的制气类型，用浓盐酸和浓硫酸制备氯化氢，利用浓硫酸的吸水性，A正确；在实验室中制备干燥的氨和氯化氢时，可选用相同的干燥剂，如无水硫酸钠等中性干燥剂，B正确；实验中同时打开止水夹a、c、d，a导管中少量氨和氯化氢相互作用，使两烧瓶内压强减小，氨溶于水显碱性，氯化氢溶于水显酸性，即可分别形成蓝色和红色喷泉，C正确；氯化铵受热分解，蒸干得不到氯化铵固体，D错误。考点氨的性质题点氨的性质及喷泉实验的相关综合5．(江西九江第一中学高一上期末)厌氧氨氧化(Anammox)法是一种新型的氨氮去除技术，下列说法中正确的是()A．1molNHeq\o\al(＋,4)所含的质子总数为10NAB．1molNHeq\o\al(＋,4)经过过程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，得到氮气的体积约为11.2L(假设每步转化均完全)C．该过程的总反应是NHeq\o\al(＋,4)＋NOeq\o\al(－,2)=N2↑＋2H2OD．该方法每处理1molNHeq\o\al(＋,4)需要的NOeq\o\al(－,2)为0.5mol答案C解析1molNHeq\o\al(＋,4)所含的质子总数为11NA，A错误；由图可知，经过过程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，1molNHeq\o\al(＋,4)和1molNH2OH发生氧化还原反应生成1molN2，标准状况下的体积为22.4L，B错误；由图可知，该过程的总反应是NHeq\o\al(＋,4)＋NOeq\o\al(－,2)=N2↑＋2H2O，C正确；每处理1molNHeq\o\al(＋,4)，需要的NOeq\o\al(－,2)为1mol，D错误。考点氨及铵盐的性质题点铵盐的性质及应用6．(兰州市联片办学高一上学期期末)实验室可以按如图所示的装置干燥、贮存气体M，多余的气体可用水吸收，则M是()A．氨 B．一氧化碳C．二氧化氮 D．氯化氢答案A解析收集装置，短导管进气，长导管出气，相当于采用向下排空气法收集，收集的气体，其密度小于空气，且不与氧气反应，有防倒吸装置，在水中溶解度非常大。考点氨的性质题点氨的收集与提纯7．(湖北荆州高一期末检测)下列装置适用于实验室制氨并验证氨的某化学性质，其中能达到实验目的的是()答案C解析该反应需要加热，A不符合题意；氨与浓硫酸反应生成硫酸铵，不能用浓硫酸干燥氨，B不符合题意；C装置中发生2NH3＋3CuOeq\o(=,\s\up7(△))N2＋3Cu＋3H2O，固体由黑色变为红色，可以验证氨具有还原性，C能达到实验目的；气体与水直接接触，不能起防倒吸的作用，D不符合题意。考点氨的实验室制法题点氨的实验室制法8．(绍兴市柯桥区高一期末)将NH4HCO3置于干燥的试管中加热，并使放出的气体依次通过盛有足量过氧化钠和碱石灰的干燥管，最后得到的气体有()A．NH3，O2 B．H2O，O2C．CO2，O2 D．O2答案A解析NH4HCO3分解生成NH3、CO2和H2O，将混合气体通过Na2O2，CO2和H2O分别和Na2O2反应生成O2，再通过碱石灰干燥，最终剩余气体为NH3和O2，故选A。考点铵盐的性质题点铵盐的性质及应用9．(福建安溪一中期末)NH3是一种重要的化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)。下列说法正确的是()A．NH4Cl和NaHCO3都是常用的化肥B．NH4Cl、HNO3和Na2CO3受热时都易分解C．NH3和NO2在一定条件下可发生氧化还原反应D．图中所涉及的反应均为氧化还原反应答案C解析NH4Cl是氮肥，NaHCO3不是化肥，A项错误；NH4Cl、HNO3受热易分解，而Na2CO3受热不易分解，B项错误；NO2与NH3可以发生反应6NO2＋8NH3eq\o(=,\s\up7(催化剂))7N2＋12H2O，该反应是氧化还原反应，C项正确；碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、CO2和H2O，该反应是非氧化还原反应，D项错误。考点氨的性质及应用题点氨的性质及在转化中的应用三、硝酸的性质和计算10．(兰州市联片办学高一上学期期末)下列关于浓硝酸和浓硫酸的叙述中正确的是()A．常温下都不可用铝制容器贮存B．露置在空气中，容器内酸液的质量都减轻C．常温下都能与铜较快反应D．露置在空气中，容器内酸液的浓度都降低答案D解析常温下和铝遇两种浓酸均发生钝化，所以可用铝制容器贮存，A项错误；浓硫酸具有吸水性，溶液质量增加，硝酸易挥发，质量减小，B项错误；铜与浓硫酸反应需要加热，而与浓硝酸不需加热即可反应，C项错误；放置在空气中，浓硝酸挥发，导致溶质减少，最终浓度会降低；浓硫酸吸水，导致浓度也会降低，故D正确。考点硝酸的性质题点硝酸、硫酸性质比较11．(黑龙江大庆一中月考)下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是()选项实验操作现象解释或结论①将过量的Fe粉加入稀HNO3中，充分反应后，滴入KSCN溶液溶液呈红色稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋②浓HNO3久置或光照变黄色HNO3不稳定易分解③铝箔插入稀HNO3中无现象铝箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜④用玻璃棒蘸取浓HNO3点到蓝色石蕊试纸上试纸先变红色后褪色浓HNO3具有酸性和强氧化性A.①② B．③④C．②③④ D．②④答案D解析将过量的铁粉加入稀HNO3中，生成Fe2＋，加入KSCN溶液时，颜色不变，故①错；浓HNO3久置变黄是因为HNO3分解产生的NO2溶于浓HNO3所致，故②正确；铝箔遇浓HNO3钝化，遇稀HNO3会溶解，故③错；浓HNO3具有酸性和强氧化性，可使蓝色石蕊试纸先变红色后褪色，故④正确。考点硝酸的性质题点硝酸在化学反应中性质的判断12．下列说法中，正确的是()A．可用铝制或铁制容器盛装稀硝酸B．在0.1mol·L－1的盐酸中，Na＋、Fe2＋、SOeq\o\al(2－,4)、NOeq\o\al(－,3)能大量共存C．56gFe与硝酸发生氧化还原反应时，转移的电子数一定是3molD．浓硝酸在光照下颜色变黄，说明浓硝酸不稳定，见光易分解答案D解析在常温下，浓硝酸能使铁、铝等金属钝化，但铁、铝在常温下能与稀硝酸反应生成硝酸盐，所以不能用铝制或铁制容器盛装稀硝酸；在0.1mol·L－1的盐酸中存在大量的H＋，在H＋存在下，Fe2＋与NOeq\o\al(－,3)因能发生氧化还原反应而不能大量共存；因Fe与硝酸反应的相对量不知道，Fe是否完全反应或反应后生成Fe3＋还是Fe2＋都无法确定，故转移的电子数无法确定；浓硝酸不稳定，见光易分解，生成的NO2溶于硝酸而使硝酸变黄。考点浓硝酸的性质题点浓硝酸的性质13．0.3molCu2S与HNO3溶液恰好完全反应，生成Cu(NO3)2、H2SO4、NO和H2O，则未被还原的HNO3的物质的量是()A．1.0mol B．1.2molC．0.3mol D．2.2mol答案B解析未被还原的HNO3中的氮原子的物质的量＝反应后Cu(NO3)2中氮原子的物质的量。由Cu2S～2Cu(NO3)2得，n[Cu(NO3)2]＝0.6mol，所以未被还原的HNO3的物质的量是1.2mol。考点硝酸的性质题点硝酸的性质及相关计算14．向13.6g由Cu和Cu2O组成的混合物中加入一定浓度的稀硝酸250mL，当固体物质完全溶解后生成Cu(NO3)2和NO气体。在所得溶液中加入0.5mol·L－1的NaOH溶液1.0L，生成沉淀的质量为19.6g，此时溶液呈中性且金属离子已完全沉淀。下列有关说法正确的是()A．原固体混合物中Cu和Cu2O的物质的量之比为1∶1B．原稀硝酸中HNO3的物质的量浓度为1.3mol·L－1C．产生NO的体积为2.24LD．Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余的HNO3为0.1mol答案D解析生成的沉淀为Cu(OH)2，质量为19.6g，其物质的量为0.2mol。设Cu、Cu2O的物质的量分别为x、y，则x＋2y＝0.2mol,64g·mol－1×x＋144g·mol－1×y＝13.6g，解得x＝0.1mol，y＝0.05mol，Cu与Cu2O的物质的量之比为2∶1，A错误；Cu和Cu2O中的Cu都变为＋2价的Cu2＋，转移电子的物质的量为(0.1×2＋0.05×2)mol＝0.3mol，根据得失电子守恒可知，生成的NO的物质的量应为0.1mol，但未注明是否为标准状况，故气体体积不一定为2.24L，C错误；n(NaOH)＝0.5mol，生成0.2molCu(OH)2时消耗了0.4molNaOH，另外0.1molNaOH中和了剩余的0.1mol硝酸，D正确；硝酸的总物质的量为0.1mol(剩余的)＋0.1mol(表现氧化性的)＋0.4mol(表现酸性的)＝0.6mol，其物质的量浓度为2.4mol·L－1，B错误。四、氮及其化合物的综合实验15．(江西上饶市高一自招班期末)氮是我们熟悉的典型非金属元素，研究氮及其化合物的性质对于生产、生活、科研具有重要意义，请回答以下问题：Ⅰ.(1)图1为制取氨的装置和选用的试剂，其中合理的是________(填字母)。A．①②B．②③C．②④D．①③(2)实验室制备氨的化学方程式是__________________________________________________。Ⅱ.图2为铵盐的受热分解装置：(1)被加热的铂丝处发生反应的化学方程式为________________________________________。(2)B中出现的现象为_____________________________________________________________。(3)如图3：将上述烧杯C中反应得到酸的足量浓溶液与Cu反应，实验完毕后，试管中收集到气体的主要成分为___________________________________________________(写化学式)。答案Ⅰ.(1)C(2)2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCl2＋2H2O＋2NH3↑Ⅱ.(1)4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))4NO＋6H2O(2)无色气体变成红棕色(3)NO解析Ⅰ.(1)①NH4Cl固体受热分解生成NH3和HCl，而当温度降低时，NH3和HCl又重新化合成固体NH4Cl，气体进入干燥管的机会不多，故①错误；②向CaO中滴加浓氨水，CaO遇水生成Ca(OH)2，同时放出大量热量，使浓氨水中的氨逸出，故②正确；③固体加热制气体时，试管口应略向下倾斜，使产生的水能够流出，以免损坏试管，所以利用氯化铵和氢氧化钙固体加热制取氨需试管口应略向下倾斜，故③错误；④浓氨水易挥发，用浓氨水加热制取NH3的方法是正确的，氨是碱性气体，可用碱石灰干燥，故④正确。(2)实验室用加热氯化铵和氢氧化钙的方法制取氨，二者反应生成氯化钙、氨和水，反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCl2＋2H2O＋2NH3↑。Ⅱ.(1)在铂丝作催化剂、加热条件下，氨和氧气发生氧化还原反应生成一氧化氮和水，反应方程式为4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))4NO＋6H2O。(2)一氧化氮和氧气是无色气体，一氧化氮和氧气反应生成红棕色的二氧化氮，反应方程式为2NO＋O2=2NO2，所以看到的现象是无色气体变成红棕色。(3)HNO3是强电解质，具有强氧化性，可与铜反应，反应的离子方程式为Cu＋4H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O，生成的NO2气体与水反应生成NO气体，故实验完毕后，试管中收集到的气体的主要成分为NO。考点氨及铵盐的性质题点铵盐的性质及应用16．(吉林吉化第一高级中学期末)甲、乙两组同学分别对铜、铁与硝酸的反应进行探究，请你参与并完成有关问题的解答。(1)甲组同学采用如图所示装置验证铜与硝酸的反应。已知仪器A中盛有足量的一定浓度的硝酸溶液，试管B中盛有3.2g铜。①请写出铜与稀硝酸反应的离子方程式：________________________________________。②在铜与硝酸的反应中，硝酸所表现出的化学性质有_______________________________。③仪器C中收集的气体主要是____________________(填化学式)。④待试管B中的铜反应完全后，如果向B中液体里加入足量氢氧化钠溶液，可生成沉淀的质量是________g。(2)乙组同学对铁与稀硝酸的反应进行探究。他们用amolFe和含有bmolHNO3的稀硝酸进行实验，若两种物质恰好反应都无剩余，且HNO3只被还原成NO，反应结束后溶液中含有Fe3＋和Fe2＋。①反应结束后的溶液中NOeq\o\al(－,3)的物质的量的取值范围是________(用含a的代数式表示)。②若反应结束后的溶液中Fe3＋、Fe2＋的物质的量之比n(Fe3＋)∶n(Fe2＋)＝3∶1，则eq\f(b,a)为_______。答案(1)①3Cu＋8H＋＋2NOeq