教案精选:高一化学《非金属元素及其化合物》教学设计


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 [学习目标定位] 建立非金属元素及其化合物的知识结构模型,形成学习元素化合物的思维方法程序,学会有关非金属元素及其化合物典型题目的分析解答方法。
[知识结构模型]
 
[思维方法程序]
1.明确知识主线。学习理解非金属元素及其化合物知识的主线是:单质―→氧化物―→酸―→盐。如掌握
硅及其化合物知识内容的思维程序是:单质硅(晶体结构、亲氧性、半导体);二氧化硅(难溶性酸性氧化物,能与强碱反应);硅酸(硅胶具有胶体的性质);硅酸盐(硅酸钠及复杂硅酸盐)。
2.把握横向联系。物质的结构决定性质,物质的性质决定其存在、保存、检验、用途、制取。因此学习元素化合物知识要结合物质的结构(原子结构、分子结构、晶体结构),从本质上认识物质的性质,并注重联系氧化还原和离子反应等基本概念。如氯元素原子最外层电子数比较多,易得到1个电子,其单质氯气具有较强的氧化性。
3.理清转化关系。分析理解同一元素不同化合物之间的转化关系时,一是从氧化还原反应的角度分析化合价不同的元素化合物之间的相互转化,如S-2 S0―→S+4 S+6, N-3―→N+2 N+4 N+5等。二是从非氧化还原反应的角度分析化合价相同的元素化合物之间的相互转化,如“NH3 NH3•H2O NH+4(铵盐)”,“SO2 H2SO3 HSO-3 SO2-3(亚硫酸盐)”,“SO3―→H2SO4 SO2-4(硫酸盐)等。”
 
题型一 非金属元素化合物性质的应用
1.氯气是一种重要的工业原料。工业上利用反应3Cl2+2NH3===N2+6HCl检查氯气管道是否漏气。下列说法错误的是(  )
A.若管道漏气遇氨就会产生白烟
B.该反应利用了Cl2的强氧化性
C.该反应属于复分解反应
D.生成1 mol N2有6 mol电子转移
2.下列叙述正确的是(  )
A.浓硫酸是一种干燥剂,能够干燥氢气、氧气、氨气等气体,但不能干燥有较强还原性的HI、H2S等气体
B.浓硫酸与单质硫反应的方程式为:S+2H2SO4(浓)=====△3SO2↑+2H2O,在此反应中,浓硫酸既表现了强氧化性又表现了酸性
C.把足量铜粉投入到含H2SO4 2 mol的浓硫酸中,得到气体体积在标准状况下为22.4 L
D.常温下能够用铁、铝等容器盛放浓H2SO4,是因为浓H2SO4的强氧化性使其钝化
规律方法 浓硫酸具有极强的氧化性,主要是构成酸根的中心原子S+6易获得电子,显示出稀硫酸不同的强氧化性。而稀H2SO4具有氧化性是电离出的H+得到电子,如氧化较活泼的金属Zn、Fe等。
3.盐酸、硝酸都是用途相当广泛的两种酸。
(1)瑞典科学家舍勒在研究软锰矿(主要成分为MnO2)时,将浓盐酸与软锰矿混合加热,产生了一种黄绿色气体。写出该反应的化学方程式,并用单线桥方法表示电子转移方向和数目:______________________________________________。
(2)某校合作学习探究小组学习科学家探究精神对氯气性质进行了探究,设计了以下一些实验。
实验序号 实验内容 实验现象
A 收集一集气瓶气体,观察颜色,然后向瓶内倒入约占瓶容积1/5的蒸馏水,充分振荡 蒸馏水呈浅黄绿色,瓶内气体仍呈黄绿色
B 取出瓶内部分溶液,滴入紫色石蕊试液中直至过量 紫色石蕊试液先变红色,后红色褪去
C 取出瓶内剩下的部分溶液,滴入硝酸银溶液中 产生大量白色沉淀
D 最后向瓶内倒入少量浓氢氧化钠溶液,振荡 瓶内黄绿色气体立即消失
①能说明氯气与水发生化学反应的实验是____________(填实验序号)。
②写出实验D中所发生反应的离子方程式:_____。
题型二 非金属元素化合物之间的相互转化
4.下图中A是气体单质,根据下图所示的A、B、C、D、E五种物质的相互转化关系,按如下要求填写相应的物质和有关反应的化学方程式。
 
A是________________,B是________________,C________________,D是________________,E是________________。
有关反应的化学方程式分别为_____________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
规律方法
非金属元素化合物之间的相互转化关系
 
5.非金属单质A经如图所示的过程转化为含氧酸D,已知D为强酸,请回答下列问题:
A――→O2B――→O2C――→H2OD
(1)若A在常温下为固体,B是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体。
①D的化学式是_______________________________________________________;
②在工业生产中B气体的大量排放被雨水吸收后形成了________而污染了环境。
(2)若A在常温下为气体,C是红棕色的气体。
①A、C的化学式分别是:
A________;C________。
②D的浓溶液在常温下可与铜反应并生成C气体,请写出该反应的化学方程式:____________________。该反应________(填“属于”或“不属于”)氧化还原反应。
规律方法 推断题考查元素及化合物的性质和相互转化关系。特别要抓住特征现象、特征性质、特性转化和特征条件等。
(1)特征性质:如颜色、状态、气味等。如:
①焰色反应:Na+(黄色)、K+(紫色)
②有色气体:Cl2(黄绿色)、NO2(红棕色)
③有色溶液:Fe2+(浅绿色)、Fe3+(黄色)、Cu2+(蓝色)、MnO-4(紫色)
④有色固体:红色(Cu、Cu2O、Fe2O3)、红褐色[Fe(OH)3],浅黄色:S或Na2O2,蓝色[Cu(OH)2]、黑色(CuO、FeO、Fe3O4)、白色[Fe(OH)2、CaCO3、BaSO4、AgCl]
⑤使品红溶液褪色的气体:SO2(加热后又恢复红色)、Cl2(加热后不恢复红色)
⑥特征反应现象:白色沉淀[Fe(OH)2]―→红褐色[Fe(OH)3]。
(2)特征转化:要熟练掌握无机物之间的衍变关系(见知识网络),在物质之间按照一定规律反应时,会形成一定的特征转化关系。如:
金属――→O2碱性氧化物――→H2O碱――→酸盐
非金属――→O2酸性氧化物――→H2O酸――→碱盐
A――→O2B――→H2OC――→碱D
Na――→O2Na2O――→H2ONaOH――→HClNaCl
NH3――→O2NO――→O2NO2――→H2OHNO3
C――→O2CO――→O2CO2――→H2OH2CO3。
题型三 非金属元素化合物的典型计算
6.将充满NO2和O2的混合气体的量筒倒置于水中,充分反应后,保持气体压强不变,水进入至量筒体积的一半处停止了,则原混合气体中NO2和O2的体积比是________。
规律方法 氮的氧化物溶于水的计算
(1)NO和NO2的混合气体
NO、NO2的混合气体溶于水时仅涉及反应①:
可利用气体体积变化差值进行计算
V剩=V(NO)原+13V(NO2)
(2)NO2和O2的混合气体
NO2和O2的混合气体溶于水时涉及反应③:
其计算如下表:
x=VNO2VO2
0<x<41
x=41
x>41
反应情况 O2过量,剩余气体为O2 恰好完全反应 NO2过量剩余NO
(3)NO和O2的混合气体
NO、O2的混合气体溶于水时涉及反应④:
其计算如下表:
x=VNOVO2
0<x<43
x=43
x>43
反应情况 O2过量,剩余O2 恰好反应,无气体剩余 NO过量,剩余NO
7.将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应,铜完全溶解产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2 L。请回答:
(1)NO的体积为________L,NO2的体积为________L。
(2)参加反应的HNO3的物质的量是__________________________________________。
(3)待产生的气体全部释放后,向溶液中加入V mL a mol•L-1的NaOH溶液,恰好使溶液中的Cu2+全部转化成沉淀,则原硝酸溶液的浓度为________mol•L-1。
规律方法 对于硝酸与金属(Mg、Zn、Fe、Cu、Ag等)的反应,有四点特别重要:一是从离子方程式的角度把握反应的实质和关系式(如Cu与HNO3、H2SO4的混酸反应);二是要注意反应中硝酸扮演两种角色;氧化剂(被还原为NOx)和酸(生成硝酸盐);三是把握原子守恒、电子得失守恒等关系列等式;四是当条件不足时要运用极限法、讨论法等数学思维方法灵活处理问题。
8.将一定质量的铁粉加入到装有100 mL某浓度的稀硝酸溶液中充分反应。
(1)容器中剩有m g的铁粉,收集到NO气体448 mL(标准状况下)。
①所得溶液中的溶质的化学式为________________________。
②原溶液中的溶质的物质的量浓度为____________________。
(2)向上述固液混合物中逐渐滴加稀硫酸直至刚好不再产生气体为止,该气体遇空气变成红棕色,此时容器中有铁粉n g。
①此时溶液中的溶质的化学式为______________________。
②m-n的值为________(精确到0.1)
第3课时 非金属元素及其化合物
课堂活动区
1.C [本题通过一个陌生的化学反应方程式,考查氨气和氯气的性质及氧化还原知识。当NH3过量时会与HCl反应生成NH4Cl白烟,故A对;又反应中氮和氯两元素的化合价发生了变化,因而属于氧化还原反应,故C错;氯气化合价从0价变为-1价,化合价降低,氯气为氧化剂,NH3中的一个氮由-3价升高至0价(得到3个电子)为还原剂,生成1 mol N2需2 mol氮原子失去6 mol电子,D对。]
2.D [A项浓硫酸具有吸水性,但由于其具有强氧化性和酸性,故不能用来干燥具有还原性的气体和碱性气体(NH3);B项金属与浓硫酸反应时,生成相应的盐和SO2,此时浓硫酸显酸性和强氧化性,而与S、C等非金属单质作用时,由于没有盐生成,故只显强氧化性;C项Cu与浓H2SO4反应过程中,浓H2SO4浓度逐渐降低,当稀到一定程度变为稀H2SO4时,反应自行停止,故产生的SO2不足22.4 L;D项利用浓H2SO4强氧化性而使Fe、Al钝化的反应,可以用铁、铝容器来盛放浓H2SO4,D正确。]
3.(1)   
(2)①B、C ②Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O
4.N2 NH3 NO NO2 HNO3 N2+3H2 2NH3,N2+O2=====放电2NO,4NH3+5O2=====催化剂△4NO+6H2O,2NO+O2===2NO2,3NO2+H2O===2HNO3+NO,3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
解析 根据一系列的转化关系,进行有关物质成分的推断,必须找到合适的突破点。已知A是气体单质,气体单质有:氢气、氮气、氧气、氟气、氯气和稀有气体,A既能与O2反应,又能与H2反应,A不可能是稀有气体。A经两步与O2的反应,产物D应为最高价氧化物。该氧化物对应的水化物E能与位于金属活动顺序表中H之后的金属Cu反应,E应是强氧化性酸,如浓H2SO4或HNO3。和HNO3对应的单质A是气体N2;和浓H2SO4对应的单质A是固体S,因此A是氮气。
5.(1)①H2SO4 ②酸雨 (2)①N2 NO2 ②Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 属于
解析 (1)若B是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体,则B是SO2,C是SO3,D是H2SO4;若大量排放SO2,则会形成酸雨。
(2)若C是红棕色气体,则C为NO2,B为NO,A为N2,D为HNO3,浓HNO3可与Cu反应:4HNO3(浓)+Cu===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
此反应有化合价升降变化,属于氧化还原反应。
6.2∶3 [3NO2+H2O===2HNO3+NO①
2NO+O2===2NO2②
由方程式①×②+②得:
4NO2+O2+2H2O===4HNO3③
由方程式①×2+②×3得:
4NO+3O2+2H2O===4HNO3④
NO2和O2的体积比不等于4∶1,则需讨论NO2和O2分别过量时的两种情况。
设混合气体的体积为1,混合气体中NO2的体积为x,则O2为(1-x)。
(1)假定原混合气体中V(NO2)∶V(O2)<4∶1
4NO2+O2+H2O===4HNO3
4  1
x  y
4x=1y
解得y=x4,剩余的O2∶(1-x)-x4=12
解得x=25
V(NO2)∶V(O2)=25∶(1-25)=2∶3
(2)假定原混合气体中V(NO2)∶V(O2)>4∶1
4NO2+O2+H2O===4HNO3
4  1
y  (1-x)
4y=11-x
解得:y=4(1-x)
暂时剩余NO2:1-[4(1-x)+(1-x)]=5x-4
由反应式:3NO2+H2O===2HNO3+NO可知最后剩余NO:5x-43
由5x-43=12得x=1110(不合题意,舍去)。]
7.(1)5.8 5.4 (2)1.52 mol (3)aV×10-3+0.50.14
解析 (1)n(Cu)=32.64 g64g•mol-1=0.51 mol,设混合气体中NO的物质的量为x,NO2的物质的量为y。
根据气体的总体积为11.2 L,有:x+y=0.5 mol。
根据“得失电子守恒”,有:3x+y=0.51 mol×2。(重要的隐含条件!)
上式中,左边为N得电子数,右边为Cu失电子数,得失电子数相同。
解方程组得:x=0.26 mol,y=0.24 mol。
则:V(NO)=0.26 mol×22.4 L•mol-1≈5.8 L,
  V(NO2)=11.2 L-5.8 L=5.4 L。
(2)参加反应的HNO3分两部分:一部分没有被还原,显酸性,生成Cu(NO3)2;另一部分被还原成NO2和NO,所以参加反应的HNO3为:
0.51 mol×2+0.5 mol=1.52 mol。
(3)HNO3在反应中一部分变成气体,一部分以NO-3的形式留在溶液中。
变成气体的HNO3的物质的量为0.5 mol。
加入NaOH溶液至正好使溶液中Cu2+全部转化为沉淀,则溶液中只有NaNO3,其物质的量为10-3a V mol,也就是以NO-3形式留在溶液中的HNO3的物质的量为10-3aV mol。
所以,c(HNO3)=aV×10-3+0.50.14mol•L-1。
8.(1)①Fe(NO3)2 ②0.8 mol/L
(2)①FeSO4 ②5.0
课后练习区
1.C [SiO2不能直接生成H2SiO3,H2SiO3也不能直接生成Si。]
2.B [液氨汽化时要吸收大量的热,故液氨常用来作制冷剂;判断氧化性强弱不能根据得到电子数目的多少,即被还原的价态高低,而是根据得到电子的难易程度,越易得到电子,其氧化性越强,故B项错;C项正确;硝酸与金属反应,没有氢气产生。]
3.B [由题意说明D处的液体能吸收Cl2,A、C、D选项中的溶液都不吸收Cl2,故B项正确。]
4.D [自然界中存在游离态的硫;排放二氧化硫会污染空气,形成酸雨,但不会导致光化学烟雾产生;二氧化硫能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液褪色,体现了酸性氧化物的性质;浓硫酸具有吸水性,可干燥SO2、CO、Cl2等气体。]
5.D [SO2通入BaCl2溶液不会生成沉淀;而SO3通入BaCl2溶液中会有BaSO4沉淀产生。]
6.A [气体通过浓H2SO4时,NH3被吸收;通过Na2O2时CO2被吸收,放出O2,产生的O2与NO恰好完全反应生成和NO等体积的NO2;当NO2通过Na2CO3溶液时,NO2与水反应生成了硝酸和NO,硝酸跟Na2CO3反应产生CO2。]
7.B [1.92 g铜失去的电子,等于O2得到的电子,即2Cu~4e-~O2,n(e-)=1.92 g64 g•mol-1×2=0.06 mol
V(O2)=0.06 mol4×22.4 L•mol-1
=0.336 L=336 mL。]
8.(1)0.045 mol•L-1 (2)0.045 mol•L-1 (3)0.045 mol•L-1 (4)0.036 mol•L-1
解析 (1)由于HCl气体极易溶于水,最终所得溶液的体积和原HCl气体的体积相等,即相当于V L溶液中溶解了HCl气体:V22.4mol(设烧瓶体积为V L),溶液的物质的量浓度为V22.4molV L=122.4mol•L-1=0.045 mol•L-1。
(2)由于NH3也极易溶于水,最终所得溶液的体积和原NH3的体积是相等的。故所得溶液的物质的量浓度也为122.4mol•L-1,约为0.045 mol•L-1。
(3)由反应方程式3NO2+H2O===2HNO3+NO知,NO2气体有2/3被氧化成HNO3,喷泉实验结束后所得溶液的体积亦为原NO2气体体积的2/3,故该溶液的物质的量浓度为122.4mol•L-1,约为0.045 mol•L-1。
(4)由反应方程式4NO2+O2+2H2O===4HNO3知,NO2与HNO3的物质的量相等,NO2的体积占混合气体总体积的4/5,即相当于1 L溶液中溶有的HNO3为:122.4×45 mol=128mol,约为0.036 mol,其c(HNO3)=0.036 mol•L-1。
9.(1)比较Cl2与HClO的漂白性(或验证Cl2的漂白性)
(2)干燥Cl2气体(或吸收A气体中的水) B中布条不褪色,C中布条褪色
(3)Cl2污染空气,使生物中毒 所选尾气处理装置如图
 
解析 Cl2本身无漂白性,Cl2的漂白是因为Cl2与水反应生成HClO;Cl2有毒,Cl2的尾气要经处理,Cl2易与NaOH溶液反应,尾气吸收一般用NaOH溶液。本题对Cl2性质的考查比较全面、基础。
10.(1)(NH4)2S O2 H2O (2)H2SO4 2H2S+3O2=====点燃2SO2+2H2O (3)HNO3 4NH3+5O2=====催化剂△4NO+6H2O
解析 A是正盐,并且既可以与强酸反应,又可以与强碱反应,A应是弱酸的铵盐;C、D的相对分子质量差16,分子组成上恰好相差一个氧原子,因此,C、D为氧化物,且组成它们的元素应有多个价态,Y应为O2,E为酸,Z应为水。
11.(1)0.448 L (2)Cu2+:3 mol•L-1 H+:1 mol•L-1
NO-3:1 mol•L-1 SO2-4:3 mol•L-1
解析 依题意得,
   3Cu+8H++2NO-3===3Cu2++2NO↑+4H2O
化学计量数  3  8  2
初始投入量mol  0.03  0.09  0.03
分析知H+和NO-3过量,Cu的量不足,应用Cu的量进行计算。
(1)由3Cu  ~  2NO↑
  192 g  44.8 L
  1.92 g  V(NO)
192 g∶1.92 g=44.8 L∶V(NO),
解得:V(NO)=0.448 L。
(2)由离子方程式可知1.92 g Cu为0.03 mol,反应中消耗H+0.08 mol,消耗NO-3 0.02 mol,生成Cu2+ 0.03 mol,可得:
c(Cu2+)=0.03 mol0.01 L=3 mol•L-1c(H+)=
0.01 L×3 mol•L-1+2×3 mol•L-1-0.08 mol0.01 L
=1 mol•L-1,
c(NO-3)=0.01 L×3 mol•L-1-0.02 mol0.01 L=1 mol•L-1
因为SO2-4没有参加反应,故SO2-4的离子浓度仍为3 mol•L-1。

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