鲁科版化学必修1第三章自然界中的元素基本概念

第三章自然界中的元素知识概要碳酸加热、加碱第三章自然界中的元素知识概要第1节、碳的多样性§1、多种多样的碳单质金刚石：是硬度极高，无色透明晶体；在金刚石中，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，形成四面体结构。石墨：是一种深灰色、质软、不透明、易导电的片状固体；在石墨中，碳原子呈层状排列；第一层上的碳原子以强的作用形成平面六边形结构；层与层之间的相互作用较弱，容易发生相对滑动。C60：是灰黑色固体；C60分子是由60个碳原子构成的分子，形似足球，碳原子位于球的表面，呈正六边形和正五边形排列，球内是空的。利用金刚石的硬做切割刀、钻头等。利用石墨的导电性作电极或导体、滑动性作润滑剂，等些材料。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。如：O2与O3、红磷与白磷§2、广泛存在的含碳化合物尽管碳元素有多种同素异形体，但它在自然界中主以化合物的形式存在的；有无机含碳物和有机物。现以碳酸钠和碳酸氢钠为例子介绍无机含碳化合物。物理性质名称碳酸钠（Na2CO3）碳酸氢钠（NaHCO3）俗名苏打小苏打色态白色固体水溶性都易溶于水但溶解度S碳酸钠＞S碳酸氢钠Na2CO3与NaHCO3的化学性质比较实验内容实验现象结论与酸（H+）的反应产生气泡CO32-+2H+=CO2↑+H2OHCO3-+H+=CO2↑+H2O与碱（OH-）的反应无明显现象Na2CO3不反应HCO3-+OH-=CO32-+H2O与Ca(OH)2反应产生白色沉淀CO32-+Ca2+=CaCO3↓Ca2++HCO3-+OH-=CaCO3↓+H2O与CaCl2反应Na2CO3产生白色沉淀NaHCO3无明显现象CO32-+Ca2+=CaCO3↓NaHCO3不反应加热Na2CO3无明显现象NaHCO3分解产生CO2Na2CO3不分解2NaHCO3===Na2CO3+CO2↑+H2ONa2CO3与NaHCO3的相互转变⒈Na2CO3转变成NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3⒉NaHCO3转变成Na2CO32NaHCO3===Na2CO3+CO2↑+H2O2NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O碳酸盐碳酸氢盐1、如何鉴别Na2CO3与NaHCO3？如是溶液则加入CaCl2溶液；如是固体则加热2、如何除去Na2CO3中少量的NaHCO3？加热则可。一定条件时也可加入适当的NaOH溶液。3、如何除去NaHCO3中少量的Na2CO3？通入中量CO2以上转变，详情见上表。第三章自然界中的元素知识概要△△CCO2CO放电高温高压催化剂放电△§3、碳及其化合物间的转化自然界中碳及其化合物间的转化；在自然界中，碳及其化合物间进物着永不停息的转化，这些转化是非常重要的。也是非常美妙的。详情请阅读课本第63～64页，现以溶洞的形成为例假以说明；石灰岩里不溶性的碳酸钙受水和二氧化碳的作用转化为微溶性的碳酸氢钙。（CaCO3+CO2+H2O==Ca(HCO3)2）.溶有碳酸氢钙的水,当从洞顶向洞底滴落时,水分的蒸发、压强的减小及温度的升高都会使其析出碳酸钙沉淀。（Ca(HCO3)2===CaCO3↓+CO2↑+H2O）实验内容实验现象结论向澄清石灰水中续通入CO2开时出现白色沉淀当CO2过量时，沉淀开始溶解Ca2++2OH-+CO2=CaCO3↓+H2OCaCO3+CO2+H2O=Ca2++2HCO3-澄清溶液加热出现白色沉淀Ca2++2HCO3-===CaCO3↓+CO2+H2O生活生产中碳及其化合物间的转化；以“碳三角”的形式以例。第二节、氮的循环§1、氮在自然界中的循环氮是地球含量丰富的一种元素。除了以单质的形式存在于大气中外，氮元素也以化合态的形式存在于自然界中的各个地方。氮在自然界中的循环的重要性。详情见课本第70～71页。§2、氮循环中的重要物质及其变化＊1、氮气与氮的固定在通常状况下，氮气的化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应。密度比空气小，不溶于水。使空气中游离态的氮转化为含氮的化合物的方法叫做氮的固定高能固氮：N2+O2====2NO自然固氮氮的固定生物固氮：微生物种群将空气的氮气通过生物化学过程转化为含氮化合物。人工固氮：N2+3H22NH3（了解可逆符号）N2+O2====2NO（氮气与氧气可以直接化合生成无色、难溶于水易氧化的一氧化氮气体，有剧毒。）2NO+O2====2NO2（一氧化氮易氧化生成红棕色、有刺激性气味的有毒气体二氧化氮，能与水反应）3NO2+H2O===2HNO3+NO（二氧化氮溶于水时与水发生反应生成硝酸和一氧化氮。）4NO+3O2+2H2O===4HNO34NO2+O2+2H2O===4HNO3＊2、氨及其铵盐的性质氨（NH3）无颜色、有刺激性气味的气体，在标准状况下，密度比空气小，极易溶于水。氨的性质实验实验现象结论1喷泉实验，在烧瓶内看到喷泉现象溶液显红色（烧杯中的水有酚酞）NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-氨气极易溶于水，且与水发生反应显碱性2迅速反应、出现大量白烟NH3+HCl===NH4Cl能与酸反应3实验室氨气的制取2NH4Cl+Ca(OH)2====2NH3↑+CaCl2+2H2O如何检验、验满？大多数铵盐都易分解，生成氨气。NaOHNa2CO3NaHCO3第三章自然界中的元素知识概要△△△高温高压催化剂点燃受热、见光△铵盐性质实验实验现象结论1试管底部的固体分解有白色固体附在试管内壁上NH4Cl====NH3↑+HCl↑NH3+HCl===NH4Cl（白色固体颗粒）2白色固体分解，生成无色气体使湿润的红色石蕊试纸变蓝、石灰水变浑浊NH4HCO3=====NH3↑+CO2↑+H2O有NH3产生CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O3试管内有气泡冒出、有刺激性气体产生把湿润的红色石蕊试纸放在试管口，变蓝NH4Cl+NaOH=====NaCl+NH3↑+H2O有NH3产生用这种方法检验NH4+由于氨中氮元素的化合价处于低价，因此氨具有还原性，能与某些氧化性物质发生反应。4NH3+5O2========4NO+6H2O4NH3+3O2(纯)======2N2+6H2O（氨气能在纯氧中燃烧）氮肥的介绍＊3、硝酸及其应用硝酸的物理性质：纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味，能以任意比溶于水的液体硝酸的化学性质：酸性显色反应遇酚酞不变色、遇石蕊变红色与碱反应NaOH+HNO3===NaNO3+H2O与金属反应在氧化性性质里面做详细介绍与金属氧化物CuO+2HNO3===Cu(NO3)2+H2O3FeO+10HNO3(稀)===3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O(酸性、氧化性)与盐的反应CaCO3+HNO3====Ca(NO3)2+CO2↑+H2O不稳定性：4HNO3=======2H2O+4NO2↑+O2↑氧化性金属Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O(铁溶解，有气体放出，溶液显黄色)3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O（铜溶解，有气体放出，溶液显蓝色）Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O（铜溶解，有红棕色气体放出，溶液显蓝色）注：冷、浓HNO3使Fe、Al纯化。即常温下，浓硝酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而纯化保护内部的金属不再与酸反应，所以可以用铝质或铁质容器盛浓硝酸。非金属4HNO3(浓)+C====CO2↑+4NO2↑+2H2OS+2HNO3(浓)====2NO2↑+SO2↑+H2O氧化物3FeO+10HNO3(稀)===3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O3Cu2O+14HNO3====6Cu(NO3)2+2NO+7H2OSO2+2HNO3(浓)===H2SO4+2NO2特别注意：硝酸与金属反应产生的是氮氧化物而硫酸与活泼金属反应产生的气体是氢气。§3、人类活动对自然界氮循环和环境的影响光化学烟雾酸雨光化学烟雾和酸雨的危害，大家可以参照课本第77～78页。第三节硫的转化§1、自然界中的硫自然界中不同价态硫元素间的转化游离态：单质硫（S）俗称硫黄，为黄色或淡黄色固体；很脆，易研成粉末；不溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳（CS2）；熔沸点都不高。有同素异形体（斜方硫、单斜硫）化合态：主要有氧化物、硫化氢和地下矿物。第三章自然界中的元素知识概要同种元素：随着化合价升高，氧化性越强还原性既有还原性既有还原性氧化性又有氧化性又有氧化生点燃点燃点燃高温22SH0S24OS)(46236OSHOS化学性质实验现象结论1硫燃烧，发光、发热生成有刺激性气味气体在空气中为淡蓝色，在纯氧中为蓝紫色火焰S+O2=====SO2硫元素化合价升高，还原性2剧烈燃烧发光、发热，生成黑色固体Fe+S=====FeS硫元素化合价降低，氧化性硫黄具有广泛的用途，主要用于制造硫酸、化肥、火柴及杀虫剂等，还用于制造火药、烟花爆竹等。§2、实验室研究不同价态硫元素间的转化本小节主要以介绍含硫化合物的性质来介绍在实验室含硫化合物间的转化。H2S的性质物理性质：无色有臭鸡蛋气味的有剧毒气体。密度比空气略大，稍溶于水，其水溶液叫氢硫酸可燃性2H2S+3O2====2H2O+2SO2（氧气充足）2H2S+O2====2H2O+2S（氧气不足）还原性2H2S+SO2===3S↓+2H2O(有黄色小颗粒生成)H2S+Cl2==2HCl+S↓(氯水退色,有黄色沉淀生成)H2S+H2SO4(浓)==S↓+SO2+2H2O3H2S+2HNO3(稀)==3S↓+2NO+4H2O(注意现象)制法FeS+2HCl==FeCl2+H2S↑FeS+H2SO4==FeSO4+H2S↑(可用醋酸铅试纸检验)SO2的性质物理性质俗称亚硫酸酐、在通常情况下，SO2是没有颜色有刺激性气味的有毒气体，易溶于水与水反应SO2+H2OH2SO3（SO2不仅易溶于水，还能与水反应，生成亚硫酸，但不稳定）氧化性2H2S+SO2===3S↓+2H2O(有黄色小颗粒生成)还原性2SO2+O2催化剂2SO32KMnO4+5SO2+2H2O===K2SO4+2MnSO4+2H2SO4（高锰酸钾溶液褪色）Cl2+2H2O+SO2===2HCl+H2SO4（氯水褪色）2HNO3+SO2===H2SO4+2NO2（有红棕色气体生成）漂白性SO2于水生成的亚硫酸能与有色物质结合，生成一种无色且不稳定的化合物。制法Na2SO3+H2SO4===Na2SO4+SO2↑+H2O（常用亚硫酸盐跟硫酸起反应应制得二氧化硫）CO2、SO2都能使澄清石灰水变浑浊，故在鉴别时采用气味和漂白性(如与品红反应)。SO3的性质物理性质俗称硫酸酐、是一种没有颜色易挥发的晶体，有一定的刺激性气味与水反应SO3+H2O===H2SO4三氧化硫遇水剧烈反应，放出大量的热。氧化性2H2SO4(浓)+Cu====CuSO4+2H2O+SO2↑2H2SO4(浓)+C====CO2+2H2O+2SO2↑硫酸的工业制法:4FeS2+11O2====2Fe2O3+8SO22SO2+O2催化剂2SO3SO3+H2O===H2SO4(工业上不用水或稀硫酸作为吸收剂吸收SO3，因为用水吸收容易酸雾，吸收收速率慢，常用98.3%的硫酸来吸收SO3。)第三章自然界中的元素知识概要通电§3、酸雨及其防治除氮氧化物外，硫的氧化物也是形成酸雨的主要物质。二氧化硫进入空气中的主要反应：2SO2+O2催化剂2SO3SO3+H2O===H2SO4SO2+H2OH2SO32H2SO3+O2===2H2SO4酸雨的灾害：严重威胁着生态环境。酸雨会使湖泊的水质变酸，导致水生物死亡；酸雨浸渍土壤，会使土壤变得贫瘠；长期的酸雨侵蚀会造成森林大面积死亡；酸雨对人体健康也有直接影响。酸雨的防治：一、从实际情况出发，对酸性物质的排放加以控制；二、改变能源结构，开发利用氢能、风能、太阳能等清洁能源，从根本上解决问题。补充：对煤然烧产生的废气进行常温脱硫处理的基本流程图。化学反应：SO2+CaCO3==CaSO3+CO22