专题四硫,氮和可持续发展

1专题四硫、氮和可持续发展第一单元含硫化合物的性质和应用一、课程标准【内容标准】通过实验了解硫及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。【标准解读】帮助学生获得未来发展所必需的化学知识、技能和方法，提高学生的科学探究能力，是高中化学课程的主要目标之一。学习二氧化硫、硫酸等重要的含硫化合物性质，能使学生的元素和化合物知识更加全面、系统。在本单元的教学中应该重视帮助学生构建新的知识结构，使学生形成硫及其化合物的知识网络。关注与化学有关的社会热点问题，逐步形成可持续发展的思想，使学生在情感态度与价值观方面得到和谐发展，是高中化学课程的另一主要目标。本单元教学中应利用二氧化硫、硫酸的应用及酸雨的相关知识，让学生认识到化学物质在造福人类、推动人类社会物质文明发展中所起的作用，并形成化学物质的不合理应用也会引起环境污染等社会问题的观点，进而使学生树立科学地应用化学物质促进社会可持续发展的科学发展观。二、学习目标1．知识与技能：⑴认识硫及其化合物的主要性质和应用。⑵知道工业上生产硫酸的基本原理，了解浓硫酸的特性和硫酸的应用。2．过程与方法：⑴通过对硫酸型酸雨形成的实验探究，进一步学习基本的化学实验技能，认识科学探究的意义。⑵运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取硫及其化合物的相关知识，并运用归纳、概括等方法来形成硫及其化合物的知识网络。3．情感态度与价值观：⑴了解二氧化硫对空气的污染，知道硫酸型酸雨的成因和防止二氧化硫所导致的空气污染的方法，形成良好的环境保护意识。⑵逐步树立珍惜自然、爱护环境、合理使用化学物质、促进社会可持续发展的观念。三、教学建议1．教学内容的处理：【基本要求】⑴了解二氧化硫的性质和应用⑵认识酸雨对环境的破坏，了解酸雨的成因和防治方法⑶了解硫酸的工业生产过程及浓硫酸的特性⑷初步了解几种重要硫酸盐的用途⑸通过对二氧化硫及硫酸性质的归纳、总结，初步建立起S、SO2、H2SO4等硫及其化合物之间相互转化的网络体系【弹性要求】⑴了解硫的性质和用途⑵了解实验室制取二氧化硫的方法⑶掌握硫酸根离子的检验方法【发展要求】从氧化还原反应和非氧化还原反应的角度来进一步理解硫及其化合物之间的相互转化，了解浓硫酸是重要的氧化剂、二氧化硫具有较强的还原性。2．课时安排：二氧化硫的性质和作用1课时硫酸的制备和性质1课时硫和含硫化合物的相互转化1课时3．实验安排：2建议至少安排以下演示实验和学生分组实验⑴演示实验。教材（苏教版）P88观察与思考栏目中关于SO2的性质实验⑵分组实验。教材（苏教版）P91观察与思考栏目中关于浓硫酸的性质实验4．教法参考：⑴在本单元的教学中，可以利用图片、报纸、录象等音像资料，采用多媒体手段帮助学生认识硫酸型酸雨的成因、危害、防治，还可以通过网络来扩大学生的视野，使学生树立强烈的环境保护意识。⑵在硫及其化合物的相互转化的教学中，可以通过引导学生进行归纳、总结、实验探究等多种形式，来帮助学生构建硫及其化合物知识的网络体系。⑶在进行二氧化硫的性质、硫酸的性质的教学中，可运用实验比较、分析比较等方法，让学生学会用科学的方法学习元素及其化合物的知识。例如，将SO2与CO2的性质进行比较，将SO2的漂白作用与次氯酸的漂白作用进行比较，将浓硫酸跟铁、铜的反应与稀硫酸与铁、铜的作用进行比较等。四、参考资料1．酸雨在正常状况下，由于大气中含有一定量的二氧化碳，降雨时二氧化碳溶解在水中，形成酸性很弱的碳酸，因此正常的雨水呈微酸性，pH约为5.6～5.7。在1982年6月的国际环境会议上，国际上第一次统一将pH小于5.6的降水（包括雨、雪、霜、雾、雹、霰等）正式定为酸雨。酸雨中的酸绝大部分是硫酸和硝酸，主要来源于工业生产和民用生活中燃烧煤炭排放的硫氧化物、燃烧石油及汽车尾气排放的氮氧化物等酸性物质。我国的酸雨具有以下特点：⑴酸雨分布面广；据对全国各个省、市、自治区调查表明，已有20多个出现酸雨。⑵酸雨分布存在着明显的区域性，主要集中在西南、中南和华东地区，并且有从北到南逐渐加重的趋势。⑶不少地区的酸雨已相当严重，而且逐年加重。⑷酸雨的发展速度很快。⑸酸雨主要是由硫酸及硫酸盐引起的。要防治酸雨的污染，最根本的途径是减少人为的污染物排放。人为排放的二氧化硫主要是由于燃烧高硫煤（煤中一般含硫的质量分数为0.3％～5％）造成的，因此，研究煤炭中硫资源的综合开发与利用，是防治酸雨的有效途径。具体做法是大力进行煤炭洗选加工，综合开发煤、硫资源；对于高硫煤和低硫煤实行分产分运，合理使用；在煤炭燃烧过程中，采取排烟脱硫技术，回收二氧化硫，生产硫酸；发展脱硫煤、成型煤供民用；有计划地进行城市煤气化等。2．二氧化硫的漂白作用SO2溶解于水成亚硫酸，亚硫酸跟有色的有机物质直接结合而成无色化合物。例如，把SO2通入微酸性的品红溶液里，溶液颜色就由红色变为无色，这是亚硫酸直接跟有色物质结合的结果。这个反应可以用下面的化学方程式表示：3品红的结构里有一个发色团，该发色团遇到亚硫酸后，生成不稳定的无色化合物，改变了发色团的结构。这种无色化合物不稳定，遇热时，又分解为发色团。3．历史上硫酸是如何被发现的据我国科学家考证，在公元650～683年（唐高宗时），炼丹家孤刚子在其所著《黄帝九鼎神丹经诀》卷九中就记载着“炼石胆取精华法”，即干馏石胆（胆矾）而获得硫酸。若用化学方程式表示则为：CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O；CuSO4CuO＋SO3；SO3＋H2OH2SO4这一发现比西方早五六百年。孤刚子不仅用这种硫酸分解过金矿，而且还发现了硫酸参与的许多惊奇的变化，如他知道稀硫酸对铜不能腐蚀的性质。8世纪阿拉伯炼金家贾比尔发现，将硝石和绿矾一起蒸馏，所得气体溶于水得硫酸。后来人们还发现某些矿泉中有浓厚的硫磺味道，可治疗皮肤病，这是因为河水长期接触硫铁矿（FeS2）等，被缓慢氧化成微量H2SO4，使河水味道发酸。这个变化可表示为：2FeS2＋7O2＋2H2O2H2SO4＋2FeSO4至于用硫磺燃烧（通过铅室法）制硫酸，则是17世纪以后的事，而用接触法制硫酸则更是19世纪以后才出现的。4．铜与浓硫酸作用时，为何溶液变黑铜跟浓硫酸在加热条件下发生反应时，常产生黑色沉淀，有时会影响到蓝色溶液的观察。这往往是由于铜过量或浓硫酸的浓度不够造成的。除了教材上介绍的反应外，加热过程中还往往发生下列反应：5Cu＋4H2SO4（浓）3CuSO4＋Cu2S↓＋4H2OCu2S＋2H2SO4（浓）CuSO4＋CuS↓＋SO2↑十2H2OCuS＋2H2SO4（浓）CuSO4＋SO2↑十S↓＋2H2O由于Cu2S和CuS都是黑色的，因而使液体呈黑色。5．浓、稀硫酸氧化作用不同的原因浓硫酸是一种氧化作用相当强的氧化剂，特别是当加热时，它的氧化性就更强了。浓硫酸的氧化作用是由于分子里有氧化数为＋6的硫所引起的。加热时，绝大多数金属（Au、Pt例外）都能跟浓硫酸发生反应，但都没有氢气生成。在金属活动性顺序中氢前面的金属，根据它们还原性强弱的不同，硫酸分子里氧化数为＋6的硫，能被还原成不同氧化数的产物，如SO2、S和H2S等。在一般情况下，大多生成SO2。在加热情况下，当还原性强的锌跟浓硫酸作用时，主要生成SO2，但往往同时有单质S和H2S生成。Zn＋2H2SO4（浓）ZnSO4＋SO2↑十2H2O3Zn＋4H2SO4（浓）3ZnSO4＋s↓＋4H2O4Zn＋5H2SO4（浓）4ZnSO4＋H2S↑＋4H2O金属的还原性越强，生成S和H2S的倾向就越大。在金属活动性顺序里氢以后的拿属，4在加热情况下跟浓硫酸反应，都生成SO2，而不生成S和H2S。例如：Cu＋2H2SO4（浓）CuSO4＋SO2↑十2H2O稀硫酸跟活泼金属反应，能放出H2。Zn＋H2SO4（稀）ZnSO4＋H2↑这种氧化作用，实际上是由金属跟稀硫酸里电离出来的氢离子反应而引起的。因此，稀硫酸的氧化作用是一般酸类共有的性质。但氢离子只能氧化金属活动性顺序中位于氢前面的金属，例如Mg、Zn、Fe等，或者说是这些活泼金属的还原性把氢离子还原了。而位于氢后面的金属，例如Cu、Ag、Hg等，则不能与稀硫酸反应。五、教学设计第一课时【创设情景】参考学生搜集的有关酸雨及酸雨危害的相关资料，通过观看影视录象、图片资料等来激发学生的学习兴趣。1872年，美国化学家Smith，首先提出了“酸雨”一词。从1974年起，每年由联合国环境规划署确定一个主题，开展“世界环境日”的活动，其中1983年的主题是防治酸雨。1985年，几场酸雨过后，我国四川奉节县9万亩华山松全部枯死，重庆南山2.7万亩马尾松死亡过半。【问题提出】酸雨的危害是如此之大，造成“酸雨”的罪魁祸首是谁呢？你想知道人们目前是如何防治酸雨的吗？【指导阅读】教材P89—P90【归纳小结】一、硫酸型酸雨的成因和防治：1．含硫燃料（化石燃料）的大量燃烧涉及到的反应有：2SO2+O2催化剂△2SO3SO3+H2O=H2SO4SO2+H2OH2SO32H2SO3+O2=2H2SO42．防治措施：从根本上防治酸雨—开发、使用能代替化石燃料的绿色能源（氢能、核能、太阳能）对含硫燃料进行脱硫处理（如煤的液化和煤的气化）提高环保意识，加强国际合作【问题提出】SO2是一种无色、有刺激性气味、有毒的气体，是一种大气污染物，是空气质量监测的重要气体之一。酸雨已经成为目前世界上非常严重的环境问题之一。酸雨的形成与SO2的化学性质密切相关，我们有必要来更加详细地学习SO2的化学性质。二、SO2的性质及其应用1．物理性质：无色、有刺激性气味、有毒的气体，易溶于水*大气污染物通常包括：SO2、CO、氮的氧化物、烃、固体颗粒物（飘尘）等【创设情景】按下图进行演示实验，学生认真观察实验现象5【交流讨论】观察到的实验现象说明SO2具有怎样的化学性质？实验现象：石蕊试液变红；品红溶液褪色；溴水褪色；高锰酸钾溶液褪为无色；澄清石灰水先变浑浊，后又变澄清。【归纳小结】2．SO2的化学性质及其应用⑴SO2是酸性氧化物SO2+H2OH2SO3(二元中强酸)SO2+Ca(OH)2＝CaSO3↓+H2O；CaSO3+SO2+H2O＝Ca(HSO3)2SO2+2NaOH＝Na2SO3+H2O（实验室用NaOH溶液来吸收SO2尾气）*减少燃煤过程中SO2的排放（钙基固硫法）CaCO3高温CaO+CO2↑；CaO+SO2＝CaSO3SO2+Ca(OH)2＝CaSO3+H2O2CaSO3+O2＝2CaSO4⑵SO2具有漂白性：常用于实验室对SO2气体的检验【创设情景】将上述实验中褪色了的品红溶液进行加热，发现溶液变回红色【对比分析】SO2和某些有色物质化合成无色物质，加热后，这些无色物质又分解成有色物质。【归纳小结】具有漂白性物质及其漂白原理：（1）活性炭漂白——活性炭吸附色素（2）HClO、O3、H2O2等强氧化剂漂白——将有色物质氧化，不可逆（3）SO2漂白——与有色物质化合，可逆⑶SO2具有还原性2SO2+O2催化剂加热2SO36SO2+X2+2H2O＝2HX+H2SO4第二课时【提出问题】硫酸是当今世界上最重要的化工产品之一。它在生产中具有广泛的应用。那么目前工业上是如何制取硫酸的呢？【创设情景】展示接触法制硫酸的设备模型或者指导学生查看教材91页中的硫酸制备流程图。【分析讲解】一、接触法制硫酸流程设备反应生成二氧化硫沸腾炉S+O2催化剂△SO2或4FeS2+11O2高温2Fe2O3+8SO2SO2接触氧化接触室2SO2+O2催化剂加热2SO3SO3的吸收吸收塔SO3+H2O＝H2SO4*为了防止形成酸雾，提高SO3的吸收率，常用浓硫酸来吸收SO3得到发烟硫酸【提出问题】化肥、医药、农药的生产，金属矿石处理，金属材料的表面清洗等都要用到硫酸。物质的用途是由物质的性质决定的，那么，我们接下来学习硫酸的化学性质及其应用。【学生活动】学生回答初中学习过的硫酸的性质和应用二、硫酸的性质及其应用1．硫酸的酸性：硫酸是二元强酸H2SO4＝2H++SO42－如：Fe2O3+3H2SO4＝Fe2(SO4)3+3H2O硫酸用于酸洗除锈