高中化学必修1 专题一 化学家眼中的物质世界
化学家眼中的物质世界
江苏省外国语学校
二OO五年九月
目 录
专题(化学家眼中的物质世界)安排………………………………………………1
第一单元 丰富多彩的化学物质 …………………………………………花在功
物质的分类及转化…………………………………………………………………3
物质的量……………………………………………………………………………12
物质的聚集状态……………………………………………………………………19
物质的分散系………………………………………………………………………27
第二单元研究物质的实验方法……………………………………………冯中策
物质的分离与提纯…………………………………………………………………38
常见物质的检验……………………………………………………………………41
溶液的配制及分析…................................................44
第三单元 人类对原子结构的认识…………………………………………芮银珠
原子结构模型的演变………………………………………………………………46
原子的构成…………………………………………………………………………50
专题训练巩固………………………………………………………………………57
专题一 化学家眼中的物质世界
教学目标
1、 了解电解质和非电解质的概念,能写出常见的电离方程式。
2、 了解氧化还原反应。
3、 掌握物质的分类方法和转化。
4、 理解物质的量、摩尔质量、气体摩尔体积等概念。
5、 掌握物质的分散体系。
课时安排
第一单元 丰富多彩的化学物质 5课时
第二单元 研究物质的实验方法 4课时
第三单元 人类对原子结构的认识 2课时
整理与归纳 1课时
巩固训练与提高 1课时
第一单元 丰富多彩的化学物质
江苏省外国语学校 花在功
课标要求
1.知道化学是在分子层次上认识物质和合成新物质的一门科学;了解物质的组成、结构和性质的关系;认识化学变化的本质。
2.认识摩尔是物质的量的基本单位,能用于进行简单的化学计算,体会定量研究的方法对研究和学习化学的重要作用。
3.认识并欣赏化学科学对提高人类生活质量和促进社会发展的重要作用。
4.初步学会根据物质的组成和性质对物质进行分类。
5.知道胶体是一种常见的分散系。
6.知道酸、碱、盐在溶液中能发生电离。
7.正确认识科学、技术、与社会的相互作用,能运用所学知识解释生产、生活中的化学现象,解决与化学有关的一些实际问题。赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献,关注与化学有关的社会热点问题。初步树立社会可持续发展的思想。
教材分析:
教材以初中化学的相关内容为基础,归纳总结物质的分类方法和化学反应基本类型,进而引入“物质的量”,简要介绍物质的量、摩尔、阿伏加德罗常数、摩尔质量、气体摩尔体积等重要概念以及它们之间的关系,同时简单介绍分散系、胶体概念。
教学重点、难点:
物质的量、摩尔、阿伏加德罗常数、摩尔质量、气体摩尔体积等概念以及它们之间的关系及相关计算。
课时具体安排:
物质的分类及变化 1课时
物质的量 2课时
物质的聚集状态 1课时
物质的分散系 1课时
第一框题 物质的分类及转化
学习目标
知识与技能:
学会从不同角度对常见物质进行分类。掌握化学物质的分类方法,认识比较和分类等科学方法对化学研究的作用。
理解单质、氧化物、酸、碱、盐等物质之间的相互关系。初步了解通过化学反应实现物质相互转化的重要意义。
过程与方法:
充分发挥学生的自主性,让学生在开放的问题情景中自由讨论、自主形成结论。培养学生学习化学的兴趣,激发学生积极自主学习的热情,使学生形成探究、自主、合作的科学学习方式。
情感态度与价值观:
通过物质的组成、分类、转化学习和应用,感受和体验化学家研究和认识物质的科学方法,培养我们良好的科学态度和学习方法。
教材分析:
本框题以初中化学的知识为基础,在学生已掌握化学物质、化学反应和化学反应的四种基本反应类型的基础上,系统地进行了整理总结,并进行了适当的拓展和提高。在知识体系上起到了承上启下的作用。重点是对初中学过的知识进行规律性的总结,掌握分类这一思想在自然科学中的重要作用和意义,帮助学生更好地认识化学物质,为后续学习打好基础。
教学准备
准备一些物品如:钢笔、苹果、毛巾、U盘、茶杯、书本、收音机、MP3、数码相机、剪刀、洗发膏等
教时:1课时
教学过程
情景设计:
展示图片:
图书馆或图书大厦里有许许多多的书籍,为什么你能够很快找到你所需要的书籍?大超市有成千上万种商品,为什么你能够迅速挑出你所需要的商品?这是因为人们在将这些物品陈列到书架或货架之前,已经事先对它们进行了分类处理。把大量事物按照事先设定的“标准”进行分类,是人们最熟悉,也是最方便的一种工作方法。
活动探究
展示课前准备的一些物品,请你从其中取出几件,使它们和余下的物品属不同类别,并说明取出的这些物品属于哪一类。
引入新课
交流讨论:
在我们的日常生活中,常会接触到下列物质:空气、乙醇、硫酸铵、铜、碘、氢气、石墨、食盐水,请你将上述物质进行分类,并说明分类的依据。将你的分类结果与同学交流讨论。
整理归纳:
一、物质的分类及转化
1.物质的分类:
我们研究物质的时候,通常要研究物质的组成、物理性质和化学性质,因此,我们可以根据物质的组成、物理性质和化学性质来对物质进行分类。
如根据状态可分为气态物质、液态物质、固态物质;根据盐在水中的溶解性可分为可溶性盐和难溶性盐。化学上,根据组成对物质进行分类是最常用的方法。
按照物质的属性不同,物质有不同的分类方法。如:
根据物质的组成,分为 。
根据导电性能,分为 ;
根据盐的溶解性,分为 ;
根据存在状态,分为 ;
将学生的分类图与课本P3图1-2物质的分类进行比较,指出这是一种树状分类方法。
问题解决:
[问题1] 将下列物质(左)与所属类别(右)相关联的用短线连起来:
Na2CO3 钠 盐
Na2SO4 钾 盐
K2SO4 硫酸盐
K2CO3 碳酸盐
说明了物质分类的方法可以是多重的,可以有交叉分类法。
[问题2] 根据物质的组成对下列物质进行分类。钙、氯气、氯化钙溶液、硫酸、氧化钙、碳酸钙、氢氧化钙,分别属于什么类型?
树形分类是常用的物质的分类的方法。
[问题3] 物质的分类有什么意义?
分类方法的应用在日常生活中是非常普遍的,我们应该善于发现和学会使用,以提高我们工作和学习的效率。如我们在浏览互联网时常见到下列内容:
2.物质的转化:
交流讨论:
1) 结合表1-1讨论物质的转化举例
引导学生归纳已经学过的各类物质的转化关系,以下表格所列供教学参考:
物质的转化类型 实例
单质→化合物 氢气生成氯化氢
金属氧化物→氢氧化物 氧化钠生成氢氧化钠
酸→盐 盐酸生成氯化钠
化合物→单质 氯化钠生成钠
盐→氧化物 碳酸钙生成氧化钙
无机物→有机物 二氧化碳生成葡萄糖
非金属氧化物→酸 三氧化硫生成硫酸
碱→盐 氢氧化钠生成氯化钠
单质→单质 碳生成铁
2) 现有Ca、CaO、Ca(OH)2、CaCO3、CaCl2等物质,它们之间的转化情况如何?试说出你的思路。
3) 单质、氧化物、酸、碱、盐之间的转化关系
整理归纳出十种生成盐的方法,并各举相关的例子说明:
(1)非金属单质(氧气除外)+金属单质→无氧酸盐
(2)酸性氧化物+碱性氧化物→含氧酸盐
(3)酸性氧化物+碱→盐+水
(4)碱性氧化物+酸→盐+水
(5)酸+碱→盐+水
(6)酸+盐→新酸+新盐
(7)碱+盐→新碱+新盐
(8)盐+盐→新盐+另一新盐
(9)金属单质+盐→新金属+新盐
(10)金属单质+酸→盐+氢气
问题解决:
你能写出几种生成氯化镁的方法?注意能使反应完成的反应物及生成物条件。
交流讨论:
4)物质的转化有什么意义?
一定条件下,不同类别的物质是可以转化的。研究物质的转化,不仅可以探索自然界已经存在的物质,更重要的是利用物质的转化可以进一步制造人类需要的新物质。
3.化学反应的类型
交流讨论:
在十种生成盐的方法中,可以分为哪几种反应类型?
整理归纳:
根据化学反应的特征,我们将化学反应分成四种基本反应类型:
反应类型 实例
A+B====AB Ca+Cl2=====CaCl2
AB==== A+B
AB+C====A+CB Ca+H2O====Ca(OH)2+H2↑
AB+CD====AD+CB CaO+2HCl====CaCl2+H2O
根据化学反应过程中元素化合价是否发生变化,可分为氧化还原反应和非氧化还原反应。
这两种化学反应类型分类有什么关系?
信息博览
1.反应规律
在熟记酸、碱、盐的溶解性表和理解金属活动性顺序表的基础上,重点掌握以下两种重要反应类型的规律与条件。
(1)置换反应的规律与条件
规 律 反应条件
H2+金属氧化物→金属+水 (1)加热;(2)K、Ca、Na、Mg、Al等的金属氧化物除外
碳+金属氧化物→金属+CO2 (1)高温加热;(2)K、Ca、Na、Mg、Al等的金属氧化物除外
金属+酸→盐+氢气 (1)因浓硫酸、硝酸具有氧化性,与金属反应不能生成氢气;(2)在金属活动性顺序中排在氢之前的金属,才能置换酸中的氢
金属+盐→新盐+新金属 (1)盐可溶;(2)在金属活动性顺序中,排在前面的金属才能置换后面的金属;(3)钾、钙、钠很活泼,在盐溶液中不能置换出金属
(2)复分解反应的规律与条件
规 律 反应条件
酸+碱→盐+水 中和反应,有水生成,一般能发生
酸+盐→另一种盐+另一种酸 (1)盐中不溶于酸的BaSO4、AgCl等除外;(2)生成物中要有沉淀、气体或水
碱+盐→另一种碱+另一种盐 (1)反应物都可溶于水;(2)生成物中要有沉淀
盐+盐→另两种新盐 (1)反应物都可溶于水;(2)生成物中要有沉淀
2.两类反应的条件:
(1)复分解反应:沉淀、气体、水生成。
(2)金属与盐溶液的置换反应:活动性强的金属置换出活动性弱的金属。
问题解决:
[问题1] 经分析,某种物质只含有一种元素,则此物质………………………( )
A.一定是一种单质
B.一定是纯净物
C.一定是混合物
D.可能是纯净物,也可能是混合物
分析:只含一种元素,一定是单质而不是化合物,但可能是一种单质,如H2,为纯净物;也可能不是一种单质,而是两种单质的混合物,如金刚石和石墨,或O2和O3等。
答案:D
[问题2] 按照物质的组成和性质,对纯净物进行分类,作出树状分类图。然后选择下列合适的物质填在物质类别上。O2、Cu、H2SO4、Ba(OH)2、KNO3、CO2、空气、含镁60%的MgO
[问题3] 对下列化学反应进行分类:
(1)硫在氧气里燃烧
(2)红磷在氧气里燃烧
(3)铁丝在氧气里燃烧
(4)铝箔在氧气里燃烧
(5)蜡烛在氧气里燃烧
学生自由讨论:对上述5个化学反应可以从不同的角度进行分类。可能的分类有这样几种:
A. 是不是化合反应:化学反应(1)、(2)、(3)、(4)为一类,都是化合反应;
B. 反应物的特点:化学反应(1)、(2)为一类,都是非金属与氧气反应,化学反应(3)、(4)为另一类,都是金属与氧气反应;
C. 是不是氧化还原反应:化学反应(1)、(2)、(3)、(4)、(5)为一类,都是氧化还原反应。
实践巩固:
1.下列物质属于纯净物的是……………………………( )
A.冰水混合物
B.爆鸣气
C.天然气
D.纯净的无污染的空气
分析:冰和水仅是聚集状态不同,分子组成均为H2O,冰水混合物应为纯净物;爆鸣气是指点燃时易发生爆炸的可燃性气体与空气或氧气的混合物;天然气的主要成分是甲烷,还有其他气体;纯净的空气本身就是氮气、氧气等组成的混合物。
答案:A
2.填表
名称 生石灰 硫 酸 硫酸铜 氖 气 氯化铁 碳酸氢铵 氢氧化钠
化学式
类别
3.下列每组物质都有一种物质与其他物质在分类上不同,试分析每组中物质的组成规律,将这种不同于其他物质的物质找出来
(1)NaCl、KCl、NaClO、BaCl2
(2)HClO3、KClO3、Cl2、NaClO3
(3)H3PO4、H4SiO4、HCl、H2SO4
(4)浊液、溶液、胶体、水
(5)空气、N2、HCl、CuSO4.5H2O
(6)铜、金、汞、钠
解析:先仔细分析每组中物质在元素组成、化合价上的特点,找出其相似性,即可找出那一种不同的物质。
(1)只有NaClO不是氯化物,即不是盐酸盐,它是HClO的钠盐、其中氯的化合价也不同于其他三种;
(2)只有Cl2中Cl的化合价为0,其他均为+5价;
(3)只有HCl为无氧酸;其余合理的分类也算是正确的如H4SiO4是难溶于水的。
*(4)浊液、溶液、胶体为分散系,是混合物,而水是纯净物;
(5)只有空气为混合物,其他为纯净物;
(6)只有钠属于活泼金属,在金属活动性顺序表中排在H的前面,其他的为不活泼金属,排在H的后面。也可以根据金属在通常情况下状态不同分类,汞通常情况下是液态金属。
4.对于下列反应的反应类型的判断,不正确的是……………………………( )
A.CO2+H2O====H2CO3化合反应
D.NaCl+AgNO3====AgCl↓+NaNO3复分解反应
解析:紧扣四种基本反应类型的概念,可作出选择。但C选项是一个容易出错的选项,因为它貌似一个置换反应。
第二框题 物质的量
学习目标
知识与技能:
知道摩尔是物质的量的基本单位,初步学会物质的量、摩尔质量、质量之间的简单计算。
过程与方法:
通过物质的量这一联系微观粒子与宏观质量的物理量的学习,引导学生以化学的眼光、从微观的角度地认识丰富多彩的物质世界,认识到宏观和微观的相互转化是研究化学的科学方法之一。
情感态度与价值观:
培养严谨科学、乐于探索的作风,务实求真,树立为人类文明和社会进步而努力学习化学的责任感和使命感。
教材分析
物质的量是学习化学的重要工具。物质的量的引入,将一定数目的原子、分子、离子等微观粒子与可称量的物质联系起来,实现了化学的微观研究到宏观应用的飞跃。对于这一内容的学习,一定要从生活实际入手,将一定数目和重新设定的量进行联系。
教学准备
教时:2课时
教学过程
情景设计:
中秋节快要到了,班级从超市买来了一车苹果,还真是不少呢,大家可以尽情享受一下第一次来到高中学校和新同学一起欢度中秋的喜庆和快乐,还能增进同学之间的友情。现在要把这些苹果分给班级的同学,联系你生活中所知道的分发物品的方法,请你帮助班干部设计一个分发苹果的方案。
交流讨论:
学生讨论的分发苹果的方案可能有多种多样,其中这样的几种方案是最普遍的:
甲:把买来的苹果用秤称量后发给大家:每人各多少千克。
乙:把买来的苹果用某个容器如筐来分装,每筐大小相同,各自装满,即各人都分得体积相同苹果。
丙:把所得的苹果,一个一个地平均分给大家,或者是十只十只地装好袋,流行一点的,十八只或者是八十八只地装好袋,每人分上几袋,既过个快乐的节日,平时也能多增加点维生素。
整理归纳:
方案 甲 乙 丙
依据(基本物理量) 质量 体积(长度) 若干只或它们的集体
单位 Kg m 份
活动探究:
化学家来研究化学变化时它们怎样来讨论类似的问题呢?
分子数: 2 1 2
我们不可能只取2个氢分子,让它与1个氧分子发生反应生成2个水分子,那取10个H2与5个O2反应,还是不可行,微观粒子太小了。科学家就一起商量,大家想想办法,就象我们班上分苹果一样,把多少个碳原子当作一份才适宜。
最后化学家想到这样的办法,如下图所示:
现在,我们就可以取2molH2和1molO2混合,他们完全反应后,将生成2mol的H2O
引入新课
整理归纳:
一、摩尔
1.什么是摩尔?
①摩尔是物质的量的单位。
②每摩尔物质含有与12gC-12中碳原子数相同的该物质的微粒。如1molH2中含有的氢气分子数目、1molCO2中含有的二氧化碳分子数目、1molNaCl中含有的钠离子数目都与1molC中含有的碳原子数目相等。
③1molC中含有的碳原子数目为阿伏加德罗常数,用NA表示,近似为6.02×1023mol-1。
④摩尔只应用于表示微观粒子数目的多少,不能用来表示宏观物体。
举例说明:假如把阿伏加德罗常数个直径为2.5cm的硬币逐个排成行,可以来回地球和太阳之间240亿次之多。
问题解决:
[问题1] 计算下列物质的微粒数或物质的量:
(1) 0.5molH2中含有的氢气分子数目 ______________________ 。(氢原子呢?)
(2) 1molNaCl中含有的氯离子数目______________________ 。( MgCl2呢?)
(3) 1molH2SO4中含有的氧原子数目______________________ 。
(4) 1.204×1024个水分子的物质的量______________________ 。
[问题2] 请你根据以上计算,总结物质的量(n)与阿伏加德罗常数(NA)、微粒数(N)之间的关系。
交流讨论:
1molO2、CO2、H2SO4、H+、NH4+、OH-质量是多少呢?
引入摩尔质量的概念:
2.摩尔质量
单位物质的量的物质所具有的质量,称为该物质的摩尔质量。
摩尔质量用符号M表示,当物质的质量以克为单位时,摩尔质量的单位为g·mol-1,在数值上等于该物质的相对原子质量或相对分子质量。
问题解决:
[问题3] 相对质量、1mol某物质的质量、摩尔质量的比较
化学式 式量 1mol微粒的质量 摩尔质量
数值 单位 数值 单位 数值 单位
H 1 1 1 g 1 g·mol-1
O 16 1 16 g 16 g·mol-1
Na 23 1 23 g 23 g·mol-1
Na+ 23 1 23 g 23 g·mol-1
Cl- 35.5 1 35.5 g 35.5 g·mol-1
H2O 18 1 18 g 18 g·mol-1
SO42- 96 1 96 g 96 g·mol-1
NaCl 58.5 1 58.5 g 58.5 g·mol-1
[问题4] 483gNa2SO4·10H2O中所含的Na+和SO42-的物质的量各是多少?所含水分子的数目是多少?
思路分析:
Mr(Na2SO4) M (Na2SO4)
m(Na2SO4) n (Na2SO4)
n(Na+) n(SO42-) n (H2O) N (H2O)
理清思路,阅读解题过程,理解表示方法,掌握书写格式。
[问题5] 总结n、m、M三者之间的关系,用数学表达式表示。
交流探究:从摩尔质量的定义及表达式来看,摩尔质量与物质的质量成正比,与物质的物质的量成反比,这句话对吗?
[问题6] 1.5molH2SO4的质量是___________,其中含有_________molH,含有_________gS,含有___________个e-。
18g水可以用托盘天平称量,但1个水分子却无法称;1把大米可以称量,1粒大米却无法称,但1粒大米质量可以计算。同理,1个水分子的质量也可以计算,通过物质的量进行换算。科学上用“物质的量”这个物理量把一定数目的原子、分子或离子等微观微粒与可称量的物质联系起来。
活动探究:
二、物质的量的概念在化学方程式中的应用
分子数: 2 1 2
扩大NA倍: 2NA 1NA 2NA
物质的量 2mol 1mol 2mol
化学方程式不仅可以表示分子(原子)数目,也可以代表各物质的物质的量。学了物质的量之后,我们就可以这样来读化学方程式:如以为例,读作:2molH2和1molO2反应生成2molH2O。
问题解决:
[问题7] 12.25gKClO3完全分解,可制得氧气多少摩尔?
实践巩固
1、下列叙述正确的是……………………………( )
A. 1mol H2SO4的质量是98 g·mol-1
B. CO2的摩尔质量等于CO2的相对分子质量
C. 0.012kgC-12里所含C个数约6.02×1023个
D. 1mol任何物质的质量等于该物质的相对分子质量
2、1molPH3与1molH2S具有不同的是……………………………( )
A.分子数目 B.原子数目
C.质量 D.摩尔质量
3、1gN2中含有n个N2分子,则阿伏加德罗常数NA可以表示为………………( )
A.14n/mol B. 28n/mol
C. n/14mol D. n/28mol
4、下列叙述正确的是……………………………( )
A. 物质的量就是物质的质量
B. 物质的量就是物质的数量
C. 物质的量是国际单位制中的一个物理量
D. 物质的量是描述物质多少的单位
5、FeO、Fe2O3、Fe3O4三种化合物中,与等质量铁元素相结合的氧元素的质量比为……………………………( )
A. 1:3:4 B. 2:3:6
C. 6:9:8 D. 3:8:9
6、5molNa2CO3中含有的Na+数目是 ,含有的CO32-的离子数是 ,含有的O原子数是 。
7、0.30molNH3中含有NH3的分子数目是 个,这些NH3中所含原子数目与 molH2S所含原子数目相等。.
8、质量相等的两种物质SO2和SO3,他们的物质的量之比为 ,所含原子总数之比为 ,所含氧原子个数之比为 ,所含硫原子个数之比为 。
9、13.9gXSO4.nH2O晶体,完全失水后,剩余7.6g粉末,若X的相对原子质量为结晶水分子数的8倍,则X的相对原子质量为 。
A. 23 B. 27
C.40 D. 56
10、7g碳和14g氧气在一定条件下反应生成21g氧化物,则生成的氧化物中CO和CO2的物质的量之比为 。
A. 23 B. 27
C.40 D. 56
11、1mol碳原子约含 个碳原子;
3.01×1023个碳原子的物质的量为 ;
1molH2约含有 H;约含有 多少个质子;
含5.418×1023个质子数的OH-的物质的量为 mol。
12、相等物质的量的CO和CO2相比较,下列有关叙述正确的是 。
(1)它们所含的电子数目之比为7:11
(2)它们所含的O原子数目之比为1:2
(3)它们所含的C电子数目之比为1:1
(4)它们所含的原子总数目之比为2:3
(5)它们所含的分子数目之比为1:1
信息博览
在日常生活、工农业生产和科学研究中,经常要使用一些物理量来表示物质及其数量的多少、大小、强度等。例如,1m布、2kg糖、30s等等。有了米、千克这样的计量单位,就能表示这些东西的数量。但是,世界各国、各民族的文化发展不同,往往会形成各自的单位制,如英国的英制、法国的米制等。因而使得同一个物理量常用不同的单位来表示。例如,压强的单位有千克/平方厘米、磅/平方英寸、标准大气压、毫米汞柱、巴、托等多种。这么多的单位在换算过程中很容易出现差错,这对于国际科学技术的交流和商业往来是非常不方便的。因此,就有了实行统一标准的必要。
国际单位制(代号SI)是一种通用的、统一的单位制。它通过七个基本单位和物理关系式,可以导出物理学、化学等自然科学中所有的物理量的单位。因而它可以使工农业生产、科学技术、国民经济、国际贸易、医学卫生以及日常生活各个方面的计量单位有一个统一标准。
1977年5月,我国国务院颁布了《中华人民共和国计量管理条例(试行)》,并在第三条中明确规定“我国的基本计量制是米制,即公制,逐步采用国际单位制”。1981年4月,经国务院批准颁发了《中华人民共和国计量单位名称与符号方案(试行)》,要求在全国各地试行。附:国际单位制
物理量 长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 发光强度
单位名称 米 千克 秒 安(培) 开(尔文) 摩(尔) 坎(德拉)
单位符号 M kg s A K mol Cd
第三框题 物质的聚集状态
学习目标
知识技能:
知道固、液、气态物质的一些特性,初步学会运用气体摩尔体积等概念进行简单计算。
过程方法:
从分析研究影响固体、液体、气体体积的大小主要因素过程中,培养问题意识,调动探究的主观欲望,体验归纳整理的过程,学习分析矛盾的主要方面和次要方面。
情感态度:
通过影响物质体积大小的因素和气体摩尔体积的学习,培养与人合作的团队精神,善于合作学习,共同提高。在晶体的学习中感觉化学世界的美丽、奇妙与和谐。
教材分析
本框题是第一框题的延续,从物质的状态上对物质进行分类,并重点对气体的性质学习和研究,使学生进一步体会分类的方法,学会从不同的角度考虑问题,增强思维的发散性品质。教学中对影响物质体积的因素分析要善于从宏观到微观,有利于学生理解问题,也使学生能从本质上理解宏观现象与微观本质的关系,体验化学科学学习的特点。教学中还要不断巩固物质的量、摩尔质量、微粒个数、物质的质量的概念,精选适量的习题,以强化和巩固概念,培养解题的能力。
教学准备
多媒体课件
教时:1课时
教学过程
情景设计:
水有三种状态,同样是水分子,可以组成水蒸气,可以组成液态的水,还可以组成固态的冰,它们的差别是水分子的聚集方式不同。
通常物质有三种聚集状态,联系生活的经验,将三种状态与它们物质的相关性质用短线联接起来:
交流讨论:
在液体状态下,水分子之间靠得很近。邻近的分子之间的吸引力仍然很强,保持着紧密的聚集状态。在固态、液态、气态物质中,构成微粒的运动方式、微粒之间的距离是不同的。不同聚集状态物质的微粒结构上的差异,导致了其客观性质的不同。
物质的聚集状态 微粒结构 微粒运动方 式 宏观性质
形状 体积 压缩
固态 固定 固定 几乎不能
液态 不固定 固定 不易
气态 不固定 不固定 容易
活动探究:(分组计算、交换数据)
比较1mol下列物质体积:(固体 、液体在通常状态,气体在标准状况下)
物质 摩尔质量(g·mol-1) 密度(273K,101kPa) 体积
Fe 55.85 7.88g·cm-3
Al 26.98 2.7g·cm-3
Pb 207.2 11.3g·cm-3
H2O 18.02 0.998g·cm-3
C2H5OH 46.07 0.789 g·cm-3
H2 2.016 0.0899g·L-1
O2 32.0 1.43g·L-1
CO2 44.01 1.997g·L-1
(1) 通过合作学习,计算出相关的数据。(分组计算)
观察上表,你能得出什么结论?
①相同条件下,相同物质的量的不同状态的物质所占体积大小不同,通常是 ;
②相同条件下,相同物质的量的固体或液体所占的体积 ;
③相同条件下,相同物质的量的气体所占的体积近似 。
(2) 通过通俗的宏观实例(如将100只乒乓球、网球、篮球在操场上用不同方法放置后所占空间大小的比较),提出假设:
影响物质体积的因素可能性有哪些?
①物质中所含的粒子数的多少;②粒子间的平均距离;③粒子本身的大小。
(3) 探究:决定固体、液体、气体的体积大小的主要因素。
固体和液体物质:①内部紧密堆积,体积主要由粒子大小决定。②内部紧密堆积,改变温度、压强对体积影响不大。③1mol不同固体、液体的体积不相等。
气态物质:①分子间的距离比分子本身的体积大得多(约相差10倍),体积体积主要由分子间的距离决定。②体积受温度、压强影响大。③同温同压下,同物质的量的气体体积基本相等。
整理归纳:
相同的温度和压强下,不同气体的分子间距离基本相同。含有相同物质的量的气体,在相同的条件下具有相同的体积。
单位物质的量的气体所占的体积叫做气体摩尔体积(Vm)。
在标准状况(0℃、101KPa)下,1mol任何气体所占的体积都约为22.4L,气体摩尔体积约为22.4L·mol-1,这是气体摩尔体积的特例。
问题解决:
[问题1] 判断下列叙述哪项正确……………………………( )
A. 标准状况下,1moL任何物质的体积约为22.4L
B.1mol气体的体积约为22.4L
C.1mol氖气和1mol氧气体积相同
D. 标准状况下,1mol氖气和氯气混合气体(任意体积比)的体积约为22.4L
分析:根据气体摩尔体积的定义,应注意对其有影响的两个重要条件:一是指气体体积,而非液体或固体的体积;二是在标准状况下,气体的摩尔体积的具体值为22.4L·moL-1,而在不同温度和压强下,气体摩尔体积并不相同。注意审题、细心是解好化学题目的关键。 答案:D
[问题2] 13.0g锌与足量的稀盐酸完全反应,最多可收集到多少体积(标准状况)的氢所?
指导学生阅读解题过程,分析化学方程式中量的关系。
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ↑
物质的量 1mol 2 mol 1 mol 1 mol
相关物质有关量的 1 mol 22.4L
不同的表示方法 65g 1 mol
体验课本的解题过程,你能有更好的解题方法吗?写出你的解题过程。
[问题3] 计算在标准状况下,至少需要多少体积的氢气与足量的氧气反应才能生成18g水。
[问题4] 总结:气体的体积(V)与气体的物质的量(n)、气体摩尔体积(Vm)之间的关系。
信息博览
1.有关气体摩尔体积的计算
气体的体积、物质的量、气体的质量、气体的微粒数目之间的关系。
2.气体摩尔体积的常见应用
标准状况下1mol气体为22.4L,即可导出其质量便是该气体的摩尔质量。据此可求出未知化学式的气体摩尔质量和相对分子质量,也可求出1L气体的质量即气体密度。反之也可由气体密度求摩尔质量。同温、同压下两气体的密度比叫气体的相对密度,可据此由气体的相对密度求气体的摩尔质量,如某气体对H2的相对密度为15,则其相对分子质量为15×2。常见的有:
(1)由标准状况下气体密度求相对分子质量:Mr=22.4d。
(2由相对密度求气体的相对分子质量:若为的相对密度则为:Mr= d对H2·2,若为对空气的相对密度则为:Mr= d对空气·29。
*(3)求混合气体的平均相对分子质量,即1mol混合气体时的质量数值。在已知各组成气体的体积分数时见①,若为质量分数见②:
①=a%×Ma+b%×Mb+······
②=1/(a%÷Ma+b%÷Mb+······)
(4)由同温、同压下气体反应时的体积比求分子数,进而推分子数。
(5)直接将气体摩尔体积代入有关化学方程式进行计算。
(6)气体反应物的体积比即分子数比可便于找出过量气体。
*3.阿伏加德罗定律 同温、同压下体积相同的任何气体都含有相同的分子数即阿伏加德罗定律。由此可见气体的体积比在同温、同压下必等于分子数比。由此可以导出同温、同压下不同气体间的关系:
(1)同温、同压下,气体的体积比等于物质的量比。VA/VB=nA/nB
(2 ) 同温、同压下,气体的压强比等于物质的量比。pA/pB=nA/nB
(3 ) 同温、同压下,气体的摩尔质量比等于密度比。MA/MB=dA/dB
(4 ) 同温、同压下,同体积的气体质量比等于摩尔质量的反比。mA/mB=MA/MB
(5) 同温、同压下,同质量气体的体积比等于摩尔质量的反比。VA/VB=MB/MA
此外在运用时要结合物理中的同物质的量的气体在同温时,其体积与压强成反比;气体体积与热力学温度在同压条件下成正比。
3.晶体和非晶体
实践巩固
1.下列说法正确的是……………………………( )
A.常温、常压下,11.2L氯气所含的原子数为NA
B. 常温、常压下,1mol氦气含有的核外电子数为4NA
C. 17g氨气所含的电子数目为10NA
D. 同温、同压下,相同体积的任何气体单质所含的原子数目相同
2.标准状况下,下列物质体积最大的是……………………………( )
A.2g H2 B. 20g SO2
C. 23gNa D. 160gBr2
3.在标准状况下 ,1LN2中含m个氮分子,则阿伏加德罗常数可表示为…………………( )
A. B.
C. 22.4m D. 22.4m/mol
4.在同温、同压下,A容器中盛有H2,B容器中盛有NH3,若使它们所含的原子总数相等,则两个容器的体积比是……………………………( )
A. 2:1 B. 1:2
C. 2:3 D. 1:3
5.下列各组物质,所含分子数一定相同的是……………………………( )
A.1g H2和8g O2
B. 0.1molHCl和22.4LHe
C. 150oC、1.01×105Pa时18LH2O和18LCO2
D. 28gCO和6.02×1023个CO分子
6.nmol O2与nmolCO相比较,下列叙述正确的是……………………………( )
A.在同温同压下体积相等
B.在同温同压下密度相等
C. 在标准状况下质量相等
D. 分子数相等
7.在标准状况下,将1g氦气,11g二氧化碳和4g氧气混合,该混合气体的体积约为…………………( )
A.28 L B. 11.2L
C. 16.8L D. 14. L 0
8.在标准状况下,某气体密度为1.25g· L -1,则该其气体的相对分子质量为…………………( )
A.12.5 B. 14
C. 28 D. 30
⒐由CO2、H2和CO组成的混合气体,在同温、同压下与N2的密度相同,则该混合气中CO2、H2和CO的体积比为…………………( )
A.29:8:13 B. 22:1:14
C. 13:8:29 D. 26:16:57
10.在标准状况下,ag气体X与bg气体Y的分子数相同,下列叙述正确的是……………………………( )
A. 标准状况下,等质量的X和Y体积之比为b:a
B. 同温同压下,气体X和气体Y的密度之比为b:a
C. 25oC时,1g气体X和1g气体Y的分子数之比为b:a
D. 同物质的量的气体X和Y的质量之比为b:a
11. 同温、同压下,某瓶充满O2时质量为116g,充满CO2时质量为122g,充满A时为114g,则A的相对分子质量为 。
12. 在标准状况下,11.2LCO和CO2混合气体质量为20.4g,求混合气体中CO和CO2的体积比和质量比。
第四课时 物质的分散系
学习目标
知识与技能:
知道胶体是一种常见的分散系,了解胶体的重要性质和应用。
能用物质的分散系的概念解释一些实际问题。
知道电解质和非电解质,初步学会书写电离方程式。
过程与方法:
重视联系生活实际,学习运用观察、实验、交流等多种手段获取信息,并运用比较、分类、归纳、概括等方法进行加工。通过在开放的问题情景中自由讨论、自主形成结论,形成探究、自主、合作的科学学习方式。
情感态度与价值观:
充分发挥学生的自主性,让学生在实验探究过程中,培养参与化学科技活动的热情和将化学知识应用于生产、生活实践的意识,培养学生学习化学的兴趣,激发学生积极自主学习的热情,赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献。
教材分析
溶液和浊液这两种混合物虽然初中也涉及过,但是,还没有从分散系的角度对混合物进行分类。因此,分散系和液态分散系的分类、胶体及其主要性质是高中化学的新知识。胶体的知识研究的不是某种物质所特有的性质,而是物质的聚集状态所表现出来的性质。这对学生而言是一个较为陌生的领域,是学生通过分类思想来研究物质、观察物质新的切入点。胶体的性质表现在很多方面,教材只是从胶体与溶液、浊液区别的角度,通过实验对胶体与溶液、浊液的探究,得出到胶体的丁达尔效应和胶体的凝聚,教学中还要学生联系生活的实际,加深了解有关胶体的性质和重要应用,使学生认识到物质的性质不仅与物质的结构有关,还与物质的存在状态有关,从而拓宽学生的视野。
在溶液的导电性实验基础上,顺利地引出电解质和非电解质的概念。然后,通过介绍氯化钠在水中的溶解和电离,引出NaCl电离方程式的书写,以及酸、碱、盐的电离方程式,为后续课程学习离子方程式打下基础。
教学准备
硫酸铜溶液、氢氧化铁胶体、泥浆水、NaCl溶液、NaOH溶液、稀盐酸、酒精溶液、蔗糖溶液。
聚光手电、烧杯(只)
教时:1课时
教学过程
情景设计: (音乐、图片、电影片断)
校园的早晨
生活中,我们将淀粉溶解在热水中,然后加热煮沸,就熬成了汤,可以较长时间稳定地存在;而向豆浆里加入石膏,就变成了豆腐,是什么原因呢?黄河里的水奔腾不息,为什么泥水就不变清呢?在灯光下,有雾的夜晚,为何显得更加明亮?
实验探究:(学生实验)
1. 胶体与溶液性质的探究性实验
(1)氢氧化铁胶体对平行光的作用
CuSO4溶液 Fe(OH)3胶体
溶液、胶体在光照下的现象
①实验步骤
把盛有硫酸铜溶液和氢氧化铁胶体的两只小烧杯放在暗处,用聚光手电筒(或激光笔)从侧面照射烧杯。
②实验现象
从垂直于光线的方向观察到氢氧化铁胶体中有 一条光亮的通路 (丁达尔现象),而硫酸铜溶液中则没有。
③实验结论
溶液和胶体对光的作用是不同的。
2.浊液与胶体性质的探究性实验
在两只烧杯中分别加入相同量的含有悬浮颗粒物的浑浊污水,再向其中的一只烧杯中加入10mL氢氧化铁胶体,搅拌后静置片刻,比较两只烧杯中液体的澄清程度。
①实验步骤
向两只烧杯中加入相同量的含有悬浮颗粒物的浑浊污水,再向其中一只烧杯中加入10mL氢氧化铁胶体,搅拌后静至片刻。
②实验现象
加入氢氧化铁胶体的烧杯中的液体变得 澄清 。
③实验结论
氢氧化铁胶体能够使水中悬浮的固体颗粒凝聚沉降,氢氧化铁胶体可以用于净水。
交流讨论:
(1) 如何用最简单的方法鉴别胶体和溶液?
(2) 氢氧化铁胶体有哪些应用?
(3) 你能举出几种生活中有关胶体性质或应用的例子吗
阳光从窗外射进屋里;放电影时从放映室到银幕的光形成的光柱等。
演讲:如果空气中没有气溶胶,我们的环境将会是什么样?
整理归纳:
⒈分散系
(1)分散系、分散质和分散剂(请学生仿照初中学过的溶液、溶质和溶剂,参照教材,写出下列概念)
分散系: 。
分散质: 。
分散剂: 。
(2)分散系的分类:
按照分散质粒子的直径大小,分散系通常有三种类型,即
浊液:分散质粒子的直径 大于 10-7m;
胶体:分散质粒子的直径10-7m到10-9m;
溶液:分散质粒子的直径 小于 10-9m。
列表: ( 滤纸与半透膜的区别 1nm=10-9m)
类 型 分散质粒子的大小 主要特征
浊液(悬浊液、乳浊液) >100nm 粒子不能透过滤纸或半透膜,不扩散
胶 体 1~100nm 粒子能透过滤纸,但不透过半透膜,扩散慢
溶 液 ﹤1nm 粒子能透过滤纸及半透膜,扩散很慢
注:( 滤纸与半透膜的区别 1nm=10-9m)
按照分散质或分散剂所处的状态,它们之间有九种组合方式:
问题解决:
[问题1] 如何除去Na2CO3粉末中的CaCO3
溶解、过滤、蒸发、结晶。
[问题2] 生活中为什么可用明矾[KAl(SO4)2 ·12H2O]净水。
[问题3] 在灯光下,有雾的夜晚,会显得更加明亮。森林中,清晨会有一缕缕明亮的光线。开头的照片很美,你能解释这些现象吗?
[问题4] 为什么在长江的入海口会形成沙洲。
[问题5] 同一钢笔同时使用不同牌号的墨水易发生堵塞,为什么?
实验探究:
溶液的导电性实验:
①实验步骤
在五只小烧杯中分别加入NaCl溶液、NaOH溶液、稀盐酸、酒精溶液和蔗糖溶液,组装好仪器,接通电源。
②实验现象
NaCl、NaOH、HCl溶于水后能导电,酒精、蔗糖溶于水后不能导电。
③实验结论
氢氧化铁胶体能够使水中悬浮的固体颗粒凝聚沉降,氢氧化铁胶体可以用于净水。
为什么有的化合物溶于水能导电,而有的化合物溶于水不能导电?
引导学生推理分析:
NaCl溶解、电离系列图片
氯化钠电离过程动画图片
交流讨论 归纳整理:
⒌电解质和非电解质
在水溶液里或熔融状态下能导电的化合物 叫做电解质, 在水溶液里和熔融状态下均不能导电的化合物 叫做非电解质。
电离方程式是表示 酸、碱、盐等电解质在溶液中或熔融状态下电离成能够自由移动的离子的式子 。
例如:NaCl====
H2SO4====
Ca(OH)2====
信息博览
⒈三种分散系的比较
分散系 溶液 胶体 浊液
分散系粒子的直径 ﹤1nm 1~100nm >100nm
分散质粒子 分子或离子 许多分子集合体或高分子 巨大数目分子集合体
性质 外观 均一、透明 均一、透明 不均一、不透明
稳定性 稳定 不稳定 不稳定
能否透过滤纸 能 能 不能
能否透过半透膜 能 不能 不能
【例1】溶液、胶体和浊液这三种分散质的根本区别是………………( )
A.是否为大量分子和离子的集合体
B. 分散质微粒直径的大小
C. 能否透过滤纸或半透膜
D. 是否均一、稳定、透明
解析:分散质的性质有很多区别,其本质原因是分散质的微粒直径大小不同,引起其他性质的不同,故本题答案为B。
答案:B
⒉分散系中的微粒——可以是单个分子或离子或分子集合体,例如:Fe(OH)3(胶体)、淀粉胶体。
【例2】下列关于胶体的说法正确的是………………( )
A.胶体外观不均匀
B. 胶体不能通过滤纸
C. 胶体做不停的、无秩序的运动
D. 胶体不稳定,静置后容易产生沉淀
解析:这是一道考察胶体概念的题,对胶体的外观、粒子的大小、布郎运动及其胶体的稳定性均做了考察,从各个所给选项分析后直接得出答案C。
答案:C
⒊分散系组成
思考:①分散质、分散剂是相对还是绝对的?举例说明。相对的。如牛奶胶体根据量的多少分散质可以是水,也可以是牛奶;分散剂可以是水,也可以是牛奶。
②根据分散系定义可知:分散系一定是纯净物还是混合物?是否一定是液体?
一定是混合物,不一定是液体,如凝固的水泥就是胶体而大气也是胶体。
【例3】(2002年上海高考试题4)将饱和溶液分别滴入下述液体中,能形成胶体的是( )
A.冷水 B. 沸水
C. NaOH浓溶液 D. NaCl浓溶液
解析:本题考查了胶体的制备。氯化铁在沸水中可与水反应生成氢氧化铁,控制反应条件,可以得到氢氧化铁胶体。具体操作是:取一只烧杯加入50mL蒸馏水,加热至沸腾,然后向沸水中滴加饱和氯化铁溶液。继续煮沸,待溶液变成红褐色后,停止加热。
答案:B
⒋关于胶体的提纯——渗析法
将混有分子、离子的胶体装入半透膜袋,并浸入到溶剂中,使离子或分子从胶体里分离出去。如果一次渗析达不到纯度要求,可重复操作几次,直至达到要求为止。
【例4】已知氢氧化铁胶体是氢氧化铁粒子吸附多余Fe3+生成的。现将氢氧化铁固体粉末使粒子直径在1~100nm之间,并悬浮于水中,再向悬浊液中加入或适量,即可制得Fe(OH)3胶体。(填两类不同物质)
解析:首先了解Fe(OH)3胶体粒子的结构是:许多分子的集合体并在表面选择吸附许多Fe3+。题中Fe(OH)3粒子悬浮于水中但表面没有吸附Fe3+,它是不能稳定存在的。故应向悬浮液中加入含Fe3+溶液或加酸溶液使部分Fe(OH)3和酸反应生成Fe3+。
答案:加含Fe3+的盐溶液 加适量强酸溶液(加H+)
5.胶体的性质
⒈丁达尔效应:当一束光线通过胶体时,从侧面看到一条光亮的“通路”。
⒉布朗运动:胶体中胶粒在做不停的、无秩序的运动,属于微粒热运动的现象,这种现象并非胶体独有。
⒊电泳现象
胶体在外加直流电场的作用下,胶体粒子在分散剂里向阴极或阳极做定向移动,此现象表明胶粒带电荷(胶体呈电中性)。
⒋胶体的聚沉:胶粒在一定条件下相互结合成大颗粒而沉淀的过程,方法有:
⑴加入电解质。
⑵加热
⑶加入与胶粒带相反电荷的胶体。
实践巩固
*⒈关于制备氢氧化铁胶体的正确操作方法…………………( )
A.在氯化铁溶液中滴入氢氧化钠溶液
B. 加热煮沸氯化铁溶液
C. 把氯化铁溶液滴入热水中
D. 把饱和的氯化铁溶液滴入到热水中
⒉Fe(OH)3胶体和MgCl2溶液共同具备的性质是…………………( )
A.都比较稳定,密闭放置不产生沉淀
B. 两者均有丁达尔效应
C. 加入盐酸先产生沉淀,后溶解
D. 分散质粒子可通过滤纸
⒊用特殊方法把固体物质加工到纳米级(1~100nm,1 nm=10-9 m)的超细粉末微粒,然后制得纳米材料。下列分散系中的分散质的微粒直径和这种粒子具有相同数量级的是…………………( )
A.溶液 B. 悬浊液
C. 胶体 D. 乳浊液
⒋FeCl3溶液和Fe(OH)3胶体具有的共同性质是…………………( )
A.呈红褐色
B.可通过半透膜
C.都比较稳定,密封放置不产生沉淀
D.加入盐酸先产生沉淀,随后溶解
⒌胶体最本质的特征是…………………( )
A.丁达尔现象
B.可以通过滤纸
C.布郎运动
D.分散质粒子的直径在1~100nm之间
⒍下列分散系能发生丁达尔现象的是…………………( )
A. CH3CH2OH水溶液 B. 雾
C. 含有尘埃的空气 D. 饱和氯化钠溶液
⒎血液中重要的蛋白质是一种胶体,在实验中不慎手被玻璃划破,可用FeCl3溶液紧急止血,其主要原因可能是…………………( )
A. FeCl3溶液具有杀菌消毒作用
B. FeCl3溶液能使血液聚沉
C. FeCl3溶液能产生Fe(OH)3沉淀堵住伤口
D. FeCl3溶液能使血液发生化学变化
8.下列溶液中,不会出现丁达尔现象的分散系是…………………( )
①鸡蛋白溶液 ②水 ③淀粉溶液 ④硫酸钠溶液 ⑤沸水中滴入饱和FeCl3溶液 ⑥肥皂水
A. ②④ B. ③④ C. ②④⑥ D. ④
9.氯化铁溶液与氢氧化铁胶体具有的共同性质是…………………( )
A. 分散质粒子的直径在1~100nm之间
B.能通过半透膜
C.加热蒸干、灼烧后都有氧化铁生成
D. 呈红褐色
10.21世纪的新兴领域纳米技术正日益受到各国科学家的关注,2000年美国总统克林顿宣布了纳米倡议,并将2001年财政年度增加科技支出26亿美元,其中5亿给纳米技术。纳米是 单位,1纳米 米。纳米科学与纳米技术是研究结构尺寸在1~100nm范围内材料的性质和应用。它与 分散系的粒子大小一样。
11.请按如下实验操作步骤制备Fe(OH)3胶体:
①用烧杯取少量蒸馏水,放在酒精灯上加热至沸腾;
②向烧杯中逐滴加入饱和FeCl3溶液
③继续煮沸至液体是透明的红褐色,即得到Fe(OH)3胶体。
(1)写出制备Fe(OH)3胶体的化学方程式:
(2)如何确定你制备的胶体是否成功?
(3)若向Fe(OH)3胶体中滴加(NH4)2SO4溶液可能会出现的现象: ,原因: 。
第二单元 研究物质的实验方法
江苏省外国语学校 冯中策
课标要求
1.初步学会物质的检验、分离、提纯和溶液配制等实验技能。
2.树立安全意识,能识别化学品安全使用标识,初步形成良好的实验习惯。
3.能独立或与同学合作完成实验,记录实验现象和数据,完成实验报告,并能主动进行交流。
4.初步认识实验方案设计、实验条件控制、数据处理等方法在化学学习和科学研究中的应用。
教材分析:
按物质的分类和提纯→物质的定性检验→溶液的配制和定量测定的顺序安排教材内容,内容由简单到复杂,难度由低到高,逐步深入。
化学实验也是高中化学学习的重要内容,在专题1的第二单元中让学生较系统地学习和研究物质的分离方法、物资的检验方法、溶液的配制和分析方法,能强调化学实验的重要。
情感分析
本单元内容和编排给课堂教学提供了丰富的活动教材,让学生进行探究的内容较多。
教材通过实验,以“观察与思考”的方式呈现,依次引出了萃取、分液、蒸馏等重要的物质分离和提纯方法,在“拓展视野”中介绍了层析法的发展与应用。学生可以对各种方法的适应条件、操作目的进行比较和归纳。
教学重点:
定性和定量分析
难点:
实验数据的分析处理
课时具体安排:
物质的分离与提纯 1课时
常见物质的检验 1课时
溶液的配制及分析 2课时
第 一 框 题 物 质 的 分 离 与 提 纯
学习目标
知识技能:
初步学会过滤、结晶、分液、蒸馏等分离物质的实验技能,能独立完成一些简单的物质分离、提纯的实验操作。
过程方法:
初步了解根据混合物的性质,选择不同的分离方法对物质进行分离。
情感态度:
结合实际事例讨论遵守实验安全守则的重要性。树立安全意识,能识别化学品安全使用标识,初步形成良好的实验工作习惯。
教学过程
情景设计:
化学研究工业生产中经常要对混合物进行分离和提纯,如石油的分馏(放投影)。学生观看投影、教材图片,知道化学研究和工业生产都经常要对混合物进行分离和提纯,从中体会用实验方法对混合物进行分离、提纯的重要性。
我们在初中化学中也学过一些简单的实验方法,可以用于混合物的分离和提纯。请同学回忆你了解那些分离、提纯的方法。学生回忆,举出过滤、结晶、蒸馏等多种分离的实验方法。
交流讨论:
请同学们考虑一下,什么样的混合物能够用过滤方法来分离?什么样的混合物可以用结晶方法来分离?什么样的混合物可以用蒸馏的方法来分离?
学生思考、讨论、相互交流。知道过滤适用于分离难溶固体与液体组成的混合物,结晶适用于分离溶解度不同的物质,蒸馏适用与分离沸点相差较大的液态物质等。
整理归纳:
请同学们总结一下,混合物的性质与分离方法之间有什么关系?学生总结,最后得到下列共识:不同的分离方法都有一定的适用范围,要根据不同混合物的性质来选择合适的分离方法进行分离。
实验探究:
请同学讨论研究教材第16页“交流与讨论”1、2。同学对过滤和结晶加深理解,并初步了解实验方案的设计,巩固操作方法,理解注意事项。
演示:溴水中溴的萃取实验。同学掌握萃取实验的原理、萃取和分液操作步骤、及实验现象
演示:蒸馏实验。同学通过观察与思考,了解实验仪器及其组装,加深理解蒸馏实验的原理。
演示:纸上层析实验。使同学了解层析法分离混合物的原理,拓展学生的视野。
小结:已学混合物分离提纯的方法。
分离和提纯的方法 分离的物质 应注意的事项 应用举例
过滤 用于固液混合的分离 一贴、二低、三靠 如粗盐的提纯
蒸馏 提纯或分离沸点不同的液体混合物 防止液体暴沸,温度计水银球的位置,如石油的蒸馏中冷凝管中水的流向 如石油的蒸馏
萃取 利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同,用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液中提取出来的方法 选择的萃取剂应符合下列要求:和原溶液中的溶剂互不相溶;对溶质的溶解度要远大于原溶剂 用四氯化碳萃取溴水里的溴、碘
分液 分离互不相溶的液体 打开上端活塞或使活塞上的凹槽与漏斗上的水孔,使漏斗内外空气相通。打开活塞,使下层液体慢慢流出,及时关闭活塞,上层液体由上端倒出 如用四氯化碳萃取溴水里的溴、碘后再分液
蒸发和结晶 用来分离和提纯几种可溶性固体的混合物 加热蒸发皿使溶液蒸发时,要用玻璃棒不断搅动溶液;当蒸发皿中出现较多的固体时,即停止加热 分离NaCl和KNO3混合物
化学方法分离和提纯物质时要注意八个字“不增、不减、易分、复原”。
信息博览
什么是渗析?渗析与过滤有何区别?什么是升华法?
课堂训练
1.下列化学实验操作或事故处理方法不正确的是( C )
A.不慎将酸溅到眼中,应立即用水冲洗,边洗边眨眼睛
B.不慎将浓碱溶液沾到皮肤上,要立即用大量水冲洗,然后涂上硼酸
C.酒精灯着火时可用水扑灭
D.配制硫酸溶液时,可先在量筒中加入一定体积的水,再在搅拌条件下慢慢加浓硫酸
2.实验室进行NaCl溶液蒸发时,一般有以下操作过程:①放置酒精灯②固定铁圈的位置③放上蒸发皿④加热搅拌⑤停止加热、余热蒸干
其正确的操作顺序是( B )
A.①②③④ B.①②③④⑤
C.②③①④⑤ D.②①③④⑤
3.下列实验操作中错误的是( C )
A.分液时,分液漏斗下层液体从下口放出,上层液体从上口倒出
B.蒸馏时,应使温度计水银球靠近蒸馏烧瓶支管口
C.蒸发结晶时应将溶液蒸干
D.称量时,称量物放在称量纸上,置于托盘天平的左盘,砝码放在托盘天平的右盘中
实践巩固
1.要除去CO2气体中所含的少量HCl气体,最好的方法是将混合气通过( A )
A.NaHCO3溶液 B.Na2CO3溶液
C.饱和石灰水 D.氨水
2.为了除去粗盐中Ca2+、Mg2+、SO及泥沙,可将粗盐溶于水,然后进行下列五项操作。其中正确的操作顺序是( CD )
①过滤 ②加过量的NaOH溶液 ③加适量盐酸 ④加过量Na2CO3溶液 ⑤加过量BaCl2溶液
A.①④②⑤③ B.④①②⑤③
C.②⑤④①③ D.⑤②④①③
3.下列仪器常用于物质分离的是( C )
①漏斗 ②试管 ③蒸馏烧瓶 ④天平 ⑤分液漏斗 ⑥研钵
A.①③④ B.①②⑥ C.①③⑤ D.①③⑥
4.下列实验操作中叙述正确的是(B )
A.萃取操作必须在分液漏斗中进行
B.振荡试管中液体时,手拿住试管,用手腕甩动
C.用剩的药品应收集起来放回原试剂瓶中
D.称量物质时先取小砝码,再依次取较大的砝码
5.实验室里需要纯净的氯化钠溶液,但手边只有混有硫酸钠、碳酸氢铵的氯化钠。某学生设计了如下方案:
如果此方案正确,那么:
(1)操作①可选择_____或_____仪器。
(2)操作②是否可改为加硝酸钡溶液?为什么?
(3)进行操作②后,如何判断SO已除尽,方法是__________。
(4)操作③的目的是_________,为什么不先过滤后加碳酸钠溶液?理由是________。
(5)操作④的目的是____________________________________。
答案:(1)蒸发皿坩埚
(2)改用Ba(NO3)2会使溶液中引入新的杂质离子NO,以后操作中无法除去
(3)取上层清液加入BaCl2溶液,若无沉淀说明SO已除尽
(4)除去过量的Ba2+减少一次过滤操作
(5)除去溶解在溶液中的CO2
第 二 框 题 常 见 物 质 的 检 验
学习目标
知识技能:
学会Cl-、SO42-.CO32-.NH4+等离子检验的实验技能。能用焰色反应法、离子检验法设计简单的实验方案探究某些常见物质的组成成分。
过程方法:
初步认识实验方案设计、实验现象分析等在化学学习和科学研究中的应用。
情感态度:
初步学会独立或与同学合作完成实验,记录实验现象,并学会主动交流。逐步形成良好的实验工作习惯。
教学过程
情景设计:
在生产、生活及化学研究中,人们经常需要根据不同原子、分子或离子的某些特征反应对物质进行检验,以确定物质的组成。请同学回忆一下,初中化学中我们接触过那些物质的检验?学生讨论。
实验探究:
根据学过的知识请同学设计实验把氯化铵、硫酸铵、氯化钾、硫酸钾四种白色化肥区分开来。
通过实验检验同学们设计实验的正确性。
交流讨论、整理归纳:
一些物质的检验方法。
铵盐是通过铵盐与强碱溶液混合加热时有氨气放出。如氯化铵与氢氧化钠混合溶液的反应。(学生写出化学反应方程式)。氨气能使湿润的红色石试纸变蓝。人们常用氨的这一性质来检验铵根离子。
盐酸、氯化钠、氯化铵等溶液中的氯离子能与硝酸银溶液中的银离子反应,生成氯化银白色沉淀,该沉淀不溶于稀硝酸。(学生写出化学反应方程式)。化学上常用这种方法检验溶液中是否含有氯离子。
溶液中的硫酸根离子能与氯化钡溶液中的钡离子反应,生成硫酸钡白色沉淀,该沉淀不溶于稀盐酸。(学生写出化学反应方程式)。
人们常用向溶液中加入酸性氯化钡溶液的方法来检验溶液中是否含有硫酸根离子。
演示:氯化钠、硫酸钠、氯化钾、硫酸钾的焰色反应。
指出许多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现特殊的颜色,这叫焰色反应。
根据火焰所呈现的特征焰色,可以检验金属或金属离子的存在。
交流讨论、整理归纳:
请同学们归纳一下学过的几种物质的检验方法。
信息博览
现代化学分析测试中,常用一些仪器来分析化学物质的组成。如红外光谱仪,原子吸收光谱仪等。
红外光谱法
红外光谱法是鉴别化合物和确定物质分子结构的常用手段之一。对单一组分或混合物中各组分也可以进行定量分析,尤其是对于一些较难分离并在紫外、可见区找不到明显特征峰的样品也可以方便、迅速地完成定量分析。随着计算机的高速发展,光声光谱、时间分辨光谱和联用技术更有独到之处,红外与色谱联用可以进行多组分样品的分离和定性;与显微镜红外联用可进行微区(10μm×10μm)和微量(10-12g)样品的分析鉴定;与热失重联用可进行材料的热稳定性研究;与拉曼光谱联用可得到红外光谱弱吸收的信息。这些新技术为物质结构的研究提供了更多的手段,使红外光谱法广泛地应用于有机化学、高分子化学、无机化学、化工、催化、石油、材料、生物、医药、环境等领域。
红外光谱仪的发展大体可分为三代,第一代是用棱镜作为分光元件,其缺点是分辨率较低,仪器的操作环境要求恒温恒湿等;第二代是衍射光栅作为分光元件,与第一代相比,分辨率大大提高、能量较高、价格较便宜、对恒温恒湿的要求不高;第三代红外光谱仪是20世纪70年代以后发展起来的傅里叶变换红外光谱仪(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR),傅里叶变换红外光谱仪具有高光通量、低噪音、测量速度快、分辨率高、波数准确度高、光谱范围宽等优点。但是,通常的透射红外光谱,即使是傅里叶变换透射红外光谱,都存在如下不足:①固体压片或液膜法制样麻烦,光程很难控制一致,给测量结果带来误差。另外,无论是添加红外惰性物质或是压制自支撑片,都会给粉末状态的样品造成形态变化或表面污染,使其在一定程度上失去其“本来面目”。②大多数物质都有独特的红外吸收,多组分共存时,普遍存在谱峰重叠现象。③透射样品池无法解决催化气相反应中反应物的“短路”问题,使得催化剂表面的吸附物种浓度较低,影响检测的灵敏度。④不能用于原位(在线)研究,只能在少数研究中应用。因此,漫反射傅里叶变换红外光谱技术和衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术应运而生。
课堂训练
1.以下是一些常用的危险品标志,装运乙醇的包装箱应贴的图标是(D)
A B C D
2.溶液中可能有下列阴离子中的一种或几种:SO、S0、CO、Cl-。
(1)当溶液中有大量H+存在时,则不可能有______存在。
(2)当溶液中有大量Ba2+存在时,溶液中不可能有______存在。
(3)当溶液中有______和______的阳离子存在时,上述所有阴离子都不可能存在。
解析:当溶液中有大量H+存在时,H+与S0、CO会生成气体SO2和CO2;Ba2+可以分别和SO、S0、CO生成沉淀物;如果溶液中既含有Ba2+又含有Ag+时,上述所有阴离子都不可能存在。
答案:(1)S0、CO
(2)SO、S0、CO
(3)Ba2+、Ag+
第 三 框 题 溶 液 的 配 制 及 分 析
学习目标
知识技能:
1.初步学会配制一定物质的量浓度溶液的实验技能。
2.了解生产和研究中经常要用中和滴定等方法进行定量测定。
过程方法:
掌握物质的量浓度的概念,溶液物质的量浓度的配制并以此进行中和滴定
情感态度:
进一步认识实验方案设计、实验条件控制、实验现象分析和实验数据处理等方法在化学学习和科学研究中的应用。培养学生独立或与同学合作完成实验,记录实验现象和数据,完成实验报告,并主动进行交流。
教学过程
情景设计:
许多化学反应是在溶液中进行的,生产和科学研究中经常要对溶液进行定量分析、定量计算,必须一个表示溶液组成的物理量。初中化学中学习过溶液的质量分数,溶液的质量分数是一个表示溶液组成的物理量,但化学研究中更需要一个可以直接计算溶质的物质的量的物理量。
请你设想怎样来建立这个物理量。并能进行溶液体积和溶质物质的量之间的换算。
学生类比到溶液的质量分数,就可以给出该物理量的定义,再与课本中物质的量浓度的定义进行比较。得出清晰的物质的量浓度的概念
公式:C(B) = n(B)/V(溶液) 单位:mol/L
(完成课堂训练1、2)
交流讨论:
通过溶液中的反应测定物质的组成,,首先需要配制一定物质的量浓度的标准溶液,再将标准溶液与待分析物质进行反应或进行比较,最后通过对实验数据的处理,确定物质的组成。
讨论并演示:配制100mlL 0.100mol/L氢氧化钠溶液。
在配制溶液中哪些操作可能引起溶液浓度的误差?
若取上述标准氢氧化钠溶液滴加到25毫升未知浓度盐酸中,当滴加到盐酸刚好反应完,消耗标准氢氧化钠溶液24.50毫升。计算盐酸的物质的量浓度。
讨论任何操作?演示实验。
讨论课本第24页“问题解决”
指出:工农业生产和科学研究中常用的物质的组成的定量分析方法是对于能定量进行的化学反应,用已知物质的量浓度的溶液与一定体积未知浓度的溶液反应,实验测定完全反应时消耗已知浓度溶液的体积,通过计算确定未知浓度溶液的组成。
整理归纳:
1.物质的量的浓度 C(B)= n(B)/V(溶液)
2.物质的量的浓度的配制:计算、称量(或量取)、溶解、转移、洗涤、定容、摇匀、装瓶贴签。
3.利用物质在溶液中发生的化学反应定量分析物质组成的一般方法
课堂训练
1.用5molNaOH配成500mL溶液,其浓度为___mol/L,取5mL该溶液,其浓度为___mol/L。
2.从1L1mol/LNaCl溶液中,分别取出100mL、10mL和1mL溶液,它们的物质的量浓度是否相等?所含溶质各是多少克?
3.工业烧碱2g,制成500mL溶液,取25mL可与0.1mol/L盐酸20mL完全中和,求烧碱的纯度?
实践巩固
1. 把49gH2SO4配成2L稀H2SO4,稀H2SO4物质的量浓度为多少?
2. 在200mL稀盐酸中溶有0.73g氯化氢气体,求稀盐酸的物质的量浓度?
3. 在标准状况下,11.2LNH3溶于水,配成400mL溶液,此氨水物质的量浓度为多少?
4. 37%的盐酸,密度为1.19g/cm3,求其物质的量浓度?
5 .配制500mL0.2mol/L硝酸溶液,需要密度为1.4g/cm3的65%的硝酸多少毫升?
第三单元 人类对原子结构的认识
江苏省外国语学校 芮银珠
课标要求:
1.知道化学学科的主要研究对象,了解化学学科的发展趋势。
2.通过从道尔顿原子结构模型到量子力学原子结构模型等原子结构模型演变的学习,了解科学家探索原子结构的艰难过程。。
3.通过汤姆生原子结构模型、卢瑟福原子结构模型等的学习,体验科学实验、科学思维对创造性工作的重要作用。。
4.了解常见元素原子核外电子分层排布的情况,知道原子在化学反应过程中常通过电子得失使最外层达到8电子稳定结构的事实。初步了解化学反应的本质。。
5.了解原子是由原子核和核外电子构成,绝大多数原子的原子核是由质子和中子构成的。能根据原子组成符号判断原子的构成。
教材分析:
经过前两单元的学习,学生已经认识到了化学世界物质的精彩纷呈,了解到了研究物质的实验方法的多种多样。在此基础上,教材从“原子结构模型的演变”切入,通过认识道尔顿原子结构模型、汤姆生原子结构模型、卢瑟福原子结构模型、玻尔原子结构模型等几种典型的原子结构模型,引导学生了解人类探索原子结构的基本历程,让学生体会科学研究过程的艰难曲折,再学习有关原子构成的基础知识,形成原子核外电子是分层排布的等初步概念。
教学重点、难点:
构成原子的微粒以及它们之间的定量关系;
同位素、核素等概念的理解。
课时具体安排:
原子结构模型的演变 1课时
原子的构成 1课时
第 一 框 题 原 子 结 构 模 型 的 演 变
学习目标
知识技能:
对原子结构有个基本的认识。
过程方法:
采用学生自主讨论的方法,多创设情景让学生自主学习、自主得出结论。多考虑利用多媒体手段给学生提供丰富多样的素材,深入浅出地向学生介绍科学家对原子结构的最新认识成果。
情感态度:
从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法,并培养学生对科学探索的热爱。
教学准备
多媒体课件
教学过程
情景设计
1.化学家已经发现和创造了2000多万种化学物质,这么多的化学物质是由什么微粒构成的?请同学们观察教材图1-24,分析金属铜、氯化钠、水是由什么微粒构成的。
2.原子,是大家非常熟悉的一个名词,但人类对原子的认识和探索已经历了2500多年的漫长历史。直到20世纪80年代科学家用扫描隧道显微镜观察到物体表面的原子,才对原子结构有了进一步的认识。
展示图片:
图1 原硅晶体
图2 用隧道扫描显微镜观测到的硅晶体表面
图3 氦原子结构示意图
引入新课:
问“原子是大家非常熟悉的一个名词,你有没有思考过下列问题?”
⑴原子到底是一个什么“东西”?
⑵科学家眼里的原子是怎样的?
⑶科学家是怎样探索原子结构的?原子结构模型的演变经历了哪几个阶段?各阶段对原子结构的认识各有什么样的特点?
教师引导:
欲了解这些内容,请同学们自学教材内容。
交流讨论:(师生一起)
整理归纳:
一、原子结构模型的演变
【学生阅读教材,试着总结填写】
⒈德谟克利特的古代原子学说。
古希腊哲学家德谟克利特是 奠基人,他认为 是构成物质的微粒。 是万物变化的根本原因。
⒉道尔顿的近代原子学说。
英国科学家 是 的创始人。他认为物质都是由 构成的,原子是不可分割的 ,同种原子的质量和性质都 。
⒊汤姆生的“西瓜式”原子结构模型。
英国科学家 发现了电子,他认为 ,其中镶嵌着许多电子,中和了正电荷,从而形成中性原子。 的发现使人们认识到原子是可以再分的。
⒋卢瑟福的带核原子结构模型。
物理学家卢瑟福根据α-粒子散射现象,指出原子是由 和 构成的, 带正电荷,位于 ,它几乎集中了原子的全部质量, 带负电荷,在原子核周围空间作高速运动,就像行星环绕太阳运转一样。
⒌玻尔的轨道原子结构模型。
丹麦物理学家指出;电子在原子核外空间内一定 上绕核作高速运动。
⒍电子云模型(现代原子结构学说)。
现代科学家根据微观世界的波粒二象性规律,提出用量子力学的方法 描述核外电子运动。
问题解决:
问题:从原子结构模型的演变我们得到的启迪是什么?
二、原子核外电子排布
指出原子核外电子运动区域与电子能量的关系:
电子能量高在离核远的区域内运动,电子能量低在离核近的区域内运动 ,把原子核外分成七个运动区域,又叫电子层,分别用n=1、2、3、4、5、6、7…表示,分别称为K、L、M、N、O、P、Q…,n值越大,说明电子离核越远,能量也就越高。
核外电子分层运动,又叫电子分层排布。
设问:每个电子层最多可以排布多少个电子呢?通过比较,发现规律:
① 最外层最多只能容纳8个电子(氦原子是2个);
② 次外层最多只能容纳18个电子;
③ 倒数第三层最多只能容纳32个电子;
④ 每个电子层最多只能容纳2n2电子。
另外,①电子总是尽先排布在能量最低的电子层里;
②各电子层所能容纳的电子数必须服从于其所在的位置。
交流讨论:
⒈原子核外电子是 排布的
⒉金属元素的原子最外层一般 个电子,在化学反应中易 电子形成与稀有气体原子电子层排布相同的阳离子(稳定结构)。
⒊非金属元素的原子最外层一般 个电子,在化学反应中易 电子形成与稀有气体原子电子层排布相同的阴离子(稳定结构)。
⒋化学反应中,原子核不发生变化,但原子的 发生变化,元素的化学性质主要决定于原子结构中的 。
信息博览:
新华网3月27日电 日本奈良尖端科技研究生院的大门宽教授应用“圆偏振光光电子衍射原理”开发成功立体显微镜,能够把原子的排列结构扩大100亿倍,从而使人得以对微观世界的物质进行立体性的观测和摄影。
据这位科学家提供的资料说,使用这种新型显微镜对钨的晶体进行的观测,发现了由4个原子构成的边长为2.74埃(1米的百亿分之一)的菱形结构。
他说,这是在世界上第一次对物质的原子结构进行高倍率的观测,它的观测倍率要比现有最高水平的电子显微镜提高大约200倍,今后在开发超导物质等新功能材料及解析催化剂的反应机制等应用物理和化学领域将会发挥重要作用。
课堂训练
道尔顿的原子学说曾经起了很大的作用,他的学说中,包含有下述三个论点:①原子是不能再分的微粒;②同种元素的原子的各种性质和质量都相同;③原子是微小的实心球体。从现代的观点看,你认为这三个论点中,不确切的……………………………( )
A只有 ③ B只有①③
C只有②③ D有①②③
实践巩固
⒈金属单质Na、Mg能分别与非金属单质O2、Cl2反应生成氧化物和氯化物,请写出这些氧化物和氯化物的化学式。
⒉根据Na、Mg、O、Cl原子在反应中失去或得到电子的数目和该原子的最外层电子数目,推断其氧化物和氯化物中元素的化合价,将结果填入下表:
一些元素的原子得失电子的情况
元素 化合价 原子最外层电子数目 失去(或得到)电子的数目
Na
Mg 2
O 6
Cl -1
第 二 框 题 原 子 的 构 成
学习目标
知识技能:
⒈复习原子构成的初步知识,使学生懂得质量数和AZX的含义,掌握构成原子的粒子间的关系;
⒉知道同位素概念。
过程方法:
采用教师引导,学生阅读资料、自己提出问题、并自主地跟同学交流、自己完成讨论结果的方法,教师多创设情景让学生自主学习、自主地总结出规律。
情感态度:
让学生充分体验交流讨论、发现规律、得出结论的过程,让学生在获得有关知识的同时又体验自己学习后获得的成功感。
教学准备
多媒体课件
教学过程
情景设计:
展示图片:
原子结构图
引入新课:
原子是由原子核和核外电子构成的,绝大多数原子的原子核由质子和中子构成。质子、中子和电子是构成原子的三种粒子,这三种粒子的质量大小、带电荷情况等方面有什么差异?请同学们运用教材表1-8中的数据进行比较。
学生活动:
阅读表1-8,比较三种粒子的质量大小、带电荷情况。有同学会问:什么是相对质量?
(1)收集材料:结合初中所学的有关原子结构的初步知识填写下表:
构成原子的微粒 电子 原子核
质子 中子
电性和电量
质量/kg 9.109×10-31 1.673×10-27 1.675×10-31
相对质量 1/1836 1.007 1.008
(2)归纳总结
构成原子的微粒之间的数量关系
(3)填写下表:
原子 质子数(Z) 中子数(N) 质子数+中子数(A) 相对原子质量
F 10 18.998
Na 12 22.989
Al 14 26.982
交流讨论:
⑴若用X表示元素符号,Z表示原子的质子数,A表示原子的质量数,用AZX表示图中的原子组成分别为:
⑵质量数的概念: 。
(3)电性关系:
⑷质量关系
整理归纳:
⒈原子的构成是本节重点,我们需要掌握的关系式:
⑴AZX的含义:代表一个质量数为A、质子数为Z的原子。
AZXqp中各个字母的含义:
A:质量数;
Z:质子数;
q:原子个数;
p:电荷数。
⑵电性关系:
原子:核电荷数(Z)=核内质子数=核外电子数
阳离子:核电荷数(Z)=核内质子数>核外电子数
核电荷数(Z)=核内电子数+电荷数
阴离子:核电荷数(Z)=核内质子数<核外电子数
核电荷数(Z)=核内电子数—电荷数
⑶质量关系:质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)
⒉元素、核素、同位素
学生活动:阅读书本第31页内容,得出:
⑴核素、同位素的概念;
⑵质子数决定元素的种类;中子数决定元素的同位素。
信息博览:
我们在初中就学习了碳-12用作相对原子质量的标准,另外碳-14可用作考古、测出土文物的年代。具体来说,有以下应用:
一、碳-14测年法
自然界中的碳-14是宇宙射线与大气中的氮通过核反应产生的。碳-14不仅存在于大气中,随着生物体的吸收代谢,经过事物链进入活的动物或人体等一切生物体中。由于碳-14一面在生成,一面又以一定的速度在衰变,致使碳-14在自然界中(包括一切生物体内)的含量与稳定同位素碳-12的含量的相对比值基本保持不变。
当生物体死亡后,新陈代谢停止,由于碳-14的不断衰变减少,因此体内碳-14和碳-12含量的相对比值相应不断减少。通过对生物体出土化石中碳-14和碳-12含量的测定,就可以准确算出生物体死亡(即生存)的年代。例如某一生物体出土化石,经测定含碳量为m克(或碳-12的质量),按自然界碳的各种同位素含量的相对比值可计算出,生物体活着时,体内碳-14的质量应为m克。但实际测得体内碳-14的质量内只有m克的八分之一,根据半衰期可知生物死亡已有了3个5730年了,即已死亡了一万七千二百九十年了。美国放射化学家W. F.利比因发明了放射性测年代的方法,为考古学作出了杰出贡献而荣获1960年诺贝尔化学奖。
由于碳-14含量极低,而且半衰期很长,所以用碳-14只能准确出5~6万年以内的出土文物,对于年代久远的出土文物,如生活在五十万年以前的周口店北京猿人,利用碳-14测年法是无法测定出来的。
二、碳-14标记化合物的应用
碳-14标记化合物是指用放射性14C取代化合物中稳定同位素碳-12,并以碳-14作为标记的放射性标记化合物。它与未标记的相应化合物具有相同的化学与生物学性质,不同的只是它们带有放射性,可以利用放射性探测技术来追踪。
自20世纪40年代,就开始了碳-14标记化合物的研制、生产和应用。由于碳是构成有机物三大重要元素之一,碳-14半衰期长,β射线能量较低,空气中最大射程22cm,属于低毒核素,所以碳-14标记化合物产品应用范围广。至80年代,国际上以商品形式出现的碳-14标记化合物,包括了氨基酸、多肽、蛋白质、糖类、核酸类、类脂类、类固醇类及医学研究用的神经药物、受体、维生素和其他药物等,品种已达近千种,约占所有放射性标记化合物的一半。
以碳-14为主的标记化合物在医学上还广泛用于体内、体外的诊断和病理研究。用于体外诊断的竞争放射性分析是本世纪60年代发展起来的微量分析技术。应用这种技术只要取很少量的体液(血液或尿液)在化验室分析后,即可进行疾病诊断。由于竞争放射性分析体外诊断的特异性强,灵敏度高,准确性和精密性好,许多疾病就可能在早期发现,为有效防治疾病提供了条件。
碳-14标记化合物作用灵敏的失踪剂,具有非常广泛的应用前景。
问题解决:
碳-12和碳-14的有何联系和区别?
交流讨论:
【例1】简单原子的原子结构可用下图表示方法形象表示:其中●表示质子或电子,○表示中子,则下列有关①②③的叙述正确的是…………………………………………………( )
A. ①②③互为同位素
B. ①②③互为同素异形体
C. ①②③是三种化学性质不同的微粒
D. ①②③具有相同的质量数
解析:由题目信息可知①②③所表示的为三个原子,其中①是一个质子和一个电子,②是一个质子一个中子和一个电子,③是一个质子、两个中子和一个电子,故①②③互为同位素。而同素异形体是指同种元素形成的不同单质(如金刚石和石墨)。
答案:A
【例2】(2004年江苏高考题)我国的“神舟”五号载人飞船已发射成功,“嫦娥”探月工程也已正式启动。据科学家预测,月球的土壤中吸附着数百万吨的32He,每百吨32He核聚变所释放的能量相当于目前人类一年消耗的能量。在地球上,氦元素主要以42He的形式存在。下列说法正确的是…………………………………………………( )
A. 42He原子核内含有4个质子
B. 32He和42He互为同位素
C. 32He原子核内含有3个中子
D.42He的最外层电子数为2,所以42He具有较强的金属性
解析:熟练掌握原子的构成,以及两个关系式是解决这类题目的关键。根据质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)和AZX中各符号的含义,我们不难看出A项中质子数应为2;C项中中子数应为1;B项正确;而D选项,我们知道2号元素为稀有气体元素,不具有金属性,故很容易排除。
答案:B
思考与交流:这道题目以新闻背景材料出现,起点高,而落点低,是高考中常见的题目。希望同学们在解决问题时注意抓住问题的主要矛盾,利用好我们所学的知识,问题就迎刃而解了。
【例3】(2004年全国高考卷)若用x代表一个中性原子中核外的电子数,y代表原子的原子核内的质子数,z代表此原子的原子核内的中子数,则对23490Th的原子来说…………………………………………………( )
A.x=90 y=90 z=234
B. x=90 y=90 z=144
C. x=144 y=144 z=90
D. x=234 y=234 z=324
解析:23490Th来说,质子数(x)=核外电子数(y)=90,质量数=234=质子数(x)+中子数(z),即z=234-90=144。
答案:B
点评:在中性原子中:质子数=核电荷数=核外电子数,质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)
【例4】人类探测月球发现,在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦,它可以作为未来核聚变的重要原料之一。氦的该种同位素应表示为………………………………( )
A. 43He B. 32He
C. 42He D. 33He
解析:该题考查原子的组成和表示形式,具题意质量数为3的氦,则可知A=(3),Z(2),通过三种粒子的关系可知中子数,又可知表示形式为:32He。
答案:B
归纳整理:
同位素的特点:
①天然存在的元素,各同位素在自然界的含量占该元素总量的百分比(称为“丰度”,即原子百分比)基本上是固定的。
②同种元素,可以有若干种不同的核素。(元素:112种,同位素:1800种)
③同种元素是同一元素的不同核素之间的互相称谓,不指具体的原子。
同一种元素的不同同位素原子其质量数不同,核外电子层结构相同,其原子、单质及其构成的化合物化学性质几乎相同,只是某些物理性质略有差异。同位素构成的化合物是不同的化合物,H2O、D2O、T2O的物理性质不同,化学性质几乎相同。
课堂训练
1. 4019K与4020Ca原子的质量数……………………………………( )
A 前者大 B 后者大
C 相等 D 无法确定
2. 俄罗斯科学家最近合成第114号元素的原子,该原子的质量数为289,存在时间达到30秒,该原子的中子数与电子数之差是………………………………( )
A 61 B 114 C 175 D289
3. 某微粒用AZRn+表示,下列关于该微粒的叙述正确的是…………………………( )
A 所含质子数=A-n
B 所含中子数=A-Z
C 所含电子数=Z+n
D 质量数=Z+A
4. An+ 有m个电子,它的质量数为A,则原子核内的中子数为…………………………( )
A m+n B A-n+m C A-m-n D A+m-n
5. 与Ne原子具有相同质子数的是………………………………( )
A Na+ B NH4+ C CH4 D Na+
6. 某元素B的核电荷数为Z。已知Bn-和Am+的核外具有相同的电子层结构,则A元素的原子序数用Z、n、m来表示,应为…………………………( )
A Z+n-m B Z-n+m
C Z-n-m D Z+m+n
7.An+ 有m个电子,它的质量数为A,则原子核内的中子数为…………………………( )
A m+n B A-n+m C A-m-n D A+m-n
8.1996年2月9日,欧洲一科学家小组,由6630Zn和20882Pb两原子经核聚合,并放出一定数目的中子而制得第112号元素的质量数为227的同位素。则两原子在核聚合中放出的中子数目是( )
A 47 B 115 C 142 D 162
9. 元素X的一种核素abX,元素Y的一种核素cdY,已知a﹥c,b﹥d,则元素X与Y的相对原子质量………………………………( )
A 大于 B 小于 C 等于 D 不能确定-
10. 据测哈雷慧星上碳的两种同位素12C和13C的原子个数比为65:1,而地球上12C和13C的原子个数比为89:1,地球上碳元素的相对原子质量是12.011,那么哈雷慧星上碳元素的相对原子质量应是………………………………( )
A 12.000 B 12.009 C 12.015 D 12.980
11. 下列关于等温等压下,等质量气体H2、D2、T2的叙述中,正确的是…………………( )
①密度之比1:2:3 ②质子数之比6:3:2
③中子数之比0:3:4 ④体积之比6:3:2
A ①②③④ B ②③④
C ①②③ D ③④
专 题 训 练 巩 固
第 卷(选择题,共51分)
下列1~17小题为选择题,每一小题只有一个正确选项符合题意。每小题3分,共51分。
⒈张青莲是我国著名的化学家。1991年,他准确测得In的相对原子质量为114.818,被国际相对原子质量委员会采用为新的标准值。则下列关于11549In的说法中,错误的是 ( )
A. 11549In原子核外有49个电子
B. 11549In原子核内有49个中子
C. 11549In原子核内质子数和中子数之和等于其质量数,为115
D. 11549In是In元素的一种核素
⒉某元素R的阴离子R2-核外共有a个电子,核内有b个中子,则下列表示R原子的符号中,正确的是 ( )
A. abR B. a+ba+2R C. a+b-2a+2R D. a+b-2a-2R
⒊几种微粒,具有相同的质子数,则可说明 ( )
A.可能属于同一种元素 B.一定是同一种元素
C.一定不是同一种元素 D.核外电子个数一定相等
⒋下列说法中正确的是 ( )
A. 原子核都是由质子和中子构成的
B. 不同元素原子的中子数一定不等
C.质子数决定元素的种类,质子数和中子数决定原子的种类
D. 质子数相同的微粒,核外电子数一定相同,但化学性质不一定相同
⒌通过化学反应不能实现的是 ( )
A.生成一种新离子 B.生成一种新分子
C. 生成一种新核素 D. 生成一种新单质
⒍经测定,一瓶气体中只含有C、H两种元素,通常情况下这瓶气体不可能是 ( )
A.一种化合物 B.一种单质和一种化合物的混合物
C. 两种化合物 D. 两种单质
⒎下列现象与胶体无关的是 ( )
A. 日常生活中看到的烟、云、雾
B. 向豆浆中加入石膏制得可口的豆腐
C.FeCl3溶液呈现棕黄色
D. 向沸水中逐滴加入FeCl3稀溶液,得到红褐色透明的分散系
⒏用NA表示阿伏加德罗常数的值,下列叙述中正确的是 ( )
A. 含有NA个氦原子的氦气在标准状况下的体积约为11.2L
B. 25oC,1.01×105Pa,64gSO2中含有的原子数为3NA
C.在常温常压下,11.2LCl2含有的分子数为0.5NA
D. 标准状况下,11.2LH2O含有的分子数为0.5NA
⒐在下列条件下,两种气体的分子数一定相等的是 ( )
A.同质量、不同密度的N2和C2H4 B.同温度、同体积的O2与N2
C.同体积、同密度的CO和 CH4 D. 同压强、同体积的N2和O2
⒑混合气体由N2和CH4组成,测得混合气体在标准状况下的密度为0.821g/L,则混合气体中N2和CH4的体积比为 ( )
A. 1:1 B. 1:4 C. 4:1 D. 1:2
⒒同温同压下,具有相同体积的任何气体中含有的分子数相同。在一定温度和压强下,10体积气体A2跟30体积气体B2化合生成20体积某气体C,则气体C的化学式为 ( )
A. AB B. A2B C. AB3 D. AB2
⒓某同学想用实验证明高锰酸钾溶液的紫红色是MnO4-离子的颜色,而不是K+离子的颜色,他设计的下列实验步骤中没有意义的是 ( )
A. 将高锰酸钾晶体加热分解,所得固体质量减少
B. 观察氯化钾溶液没有颜色,表明溶液中K+无色
C.在氯化钾溶液中加入适量锌粉振荡,静置后未见明显变化,表明锌与K+无反应
D. 在高锰酸钾溶液中加入适量锌粉振荡,静置后见紫红色褪去,表明MnO4-为紫红色
⒔下列根据实验现象所得出的结论中,一定正确的是 ( )
A. 无色溶液使红色石蕊试纸变蓝,结论:溶液显碱性
B. 无色溶液焰色反应呈黄色,结论:试液是钠盐溶液
C.无色溶液加入Na2CO3溶液产生白色沉淀,结论:试液中含Ca(OH)2
D. 无色试液加入氢氧化钠溶液,加热产生的气体使红色石蕊试纸变蓝,结论:试液中含NH3
⒕VmLAl2(SO4)3溶液中含agSO42-,若把此溶液取一半加水稀释至2VmL,则稀释后溶液中Al3+的物质的量浓度为 ( )
A. B. C. D.
⒖下列离子方程式中,错误的是 ( )
A. 将金属钠加入水中:2Na+ 2H2O====2Na+ + 2OH- + H2↑
B. 向Na2CO3溶液中滴加过量盐酸:Na2CO3+2H+====CO2↑+2Na+ + 2H2O
C.在澄清石灰水中通入少量CO2:Ca2+ +2OH- + CO2 ====CaCO3↓+ H2O
D.铁与稀硫酸反应:Fe + 2H+====F