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物質轉化的規律
第2節???物質轉化的規律
課標目標：三、物質科學，主題3：物質的運動和相互作用，（五）物質間的循環與轉化
4、舉例說出金屬、金屬氧化物、堿之間的轉化
5、舉例說出非金屬、非金屬氧化物、酸之間的轉化
活動建議：銅與氧化銅之間的相互轉化實驗
一、教學目標
（一）、知識目標：
1、能通過學習非金屬單質與其化合物的轉化及金屬單質與其化合物的轉化，以及化合物之間的相互轉化，掌握物質間相互轉化的規律。
2、能利用物質轉化的規律尋找制取物質的方法。
（二）、技能目標：
1、?學會有關純度問題的計算，并提高分析和計算能力。
（三）、德育目標
1、使學生養成辯證地看待問題和分析問題的良好習慣。
二、教學重點、難點
重點：非金屬單質與其化合物的轉化及金屬單質與其化合物的轉化
難點：化合物之間的轉化及利用物質轉化規律尋找制取物質的方法。
三|、教學準備
硫燃燒實驗、CO2溶于水的實驗、硫與鐵粉反應的實驗、生石灰與水反應實驗碳與氧化銅反應實驗（課件）、氫氣還原氧化銅實驗
四、課時安排?????4課時+實驗1課時：物質的鑒別
五、教學過程設計
引入：化學變化的本質特征就是有新物質生成，科學家就利用物質與物質之間的反應，制造出許多新物質，如合成材料PVC，塑料聚氯乙烯，化肥硫銨、碳銨等也是通過一定的化學反應制得的，哪些物質之間可以反應，哪些物質之間不可反應，它們又有什么規律？
一、非金屬單質與其化合物的轉化
實驗：（一）硫燃燒的實驗
1、取一藥匙硫磺，觀察其外觀：（黃、粉末）
2、將硫磺放到燃燒匙中，在酒精燈上點燃硫磺，觀察現象：（淡藍色火焰，刺激性氣味）
3、把燃燒著的硫磺放進盛有氧氣的集氣瓶，觀察現象：（劇烈燃燒。發出明亮的藍紫色火焰，產生一種帶刺激性氣味的氣體。）
說明：硫在空氣和氧氣中燃燒現象的比較，在氧氣中燃燒更劇烈。
360pskdocImg_0_xyz 結論：硫在氧氣中燃燒生成二氧化硫。請學生寫出此反應的表達式。
S?+?O2???????SO2
講述：這種帶刺激性氣味是二氧化硫，有毒。二氧化硫對空氣會造成嚴重污染。煙花、爆竹中的火藥是由木炭、硫磺等物質組成的，為什么北京市禁止燃放煙花爆竹？
回答：防止硫燃燒后生成的二氧化硫污染空氣。
講述：工廠燒煤的煙囪冒出黑煙中有SO2常污染環境，一般可通過NaOH溶液吸收。
二氧化硫氣體通過氫氧化鈉溶液的化學反應：SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O，
360pskdocImg_1_xyz 360pskdocImg_2_xyz 化學方程式表示以上變化：S?+?O2???????SO2
360pskdocImg_3_xyz 360pskdocImg_4_xyz P?+?O2
360pskdocImg_5_xyz 360pskdocImg_6_xyz 360pskdocImg_7_xyz C?+?O2
360pskdocImg_8_xyz N2?+?O2
說明非金屬單質在一定條件下可轉化為相應的化合物。
（二）對比實驗
1、取2杯蒸餾水，向其中1杯蒸餾水中吹氣或通CO2，然后，分別向2只燒杯中滴加幾滴石蕊試液，比較2只燒杯中液體出現的現象并加以說明。
現象：通CO2的燒杯里石蕊變紅。
提問：產生該現象的原因是什么?
學生解釋：二氧化碳與水反應生成碳酸，石蕊遇酸變紅。
指導學生完成它的化學方程式
[板書]??H2O?+?CO2?=?H2CO3
2、分別攪拌2只燒杯中的液體，3分鐘后，靜置片刻，你發現了什么？（沒有現象）
3、將盛有液體的2只燒杯分別放到熱水中，攪拌3分鐘，你又發現了什么？（觀察：紅色溶液又變成了紫色，并有無色氣泡產生。）
提問：為什么會出現這種現家?
說明：碳酸很不穩定，常溫下或受熱易分解。
用化學方程式將上述變化表達出來：；H2CO3?====?H2O?+?CO2
360pskdocImg_9_xyz CO2?+?H2O?====H2CO3
360pskdocImg_10_xyz SO2?+?H2O?====H2SO3
N2O5?+?H2O?====2HNO3
P2O5?+?H2O?====2H3PO4
討論：如何用化學方程式表示下列物質的轉化
360pskdocImg_11_xyz 360pskdocImg_12_xyz C?????CO2??????H2CO3
C?+?O2?====?CO2????????CO2?+?H2O?====H2CO3
360pskdocImg_13_xyz 360pskdocImg_14_xyz 拓展：?????S???????SO2???????H2SO3
S?+?O2?====?S?O2????????S?O2?+?H2O?====H2?S?O3
思考：如何實現非金屬到酸的轉變？
二、金屬單質與其化合物的轉化
自然界中有些金屬以單質的形式存在，如金、鉑等，有些以化合物的形式存在，分別稱為“游離態”和“化合態”
360pskdocImg_15_xyz （一）金屬游離態???????????金屬化合態
實驗：1、Fe和S的反應
步驟：①取少量鐵粉放在白紙上，再取少量硫磺與鐵粉混合。
②用磁鐵接近混合物，你看到什么？（磁鐵能吸引混合物中的鐵粉）
③把混合物放在石棉網上，用酒精燈加熱，
現象：鐵粉和硫劇烈反應，發光、發熱。
④當反應后的光擴展至整個混合物，立即停止加熱，靜置、冷卻。
⑤觀察生成物，并將生成物倒在白紙上，用磁鐵靠近生成物，
現象：生成黑色固體物質，磁鐵不再吸引生成物。
360pskdocImg_16_xyz ⑥以上變化的化學方程式：
Fe?+?S????????FeS
360pskdocImg_17_xyz 規律1：金屬?+?非金屬（不包括氧）?????鹽
例：360pskdocImg_18_xyz 2?Na+?Cl2????????2NaCl
360pskdocImg_19_xyz 2Fe?+?3Cl2????????2FeCl3
金屬與氧氣反應生成金屬氧化物。如：2Ca?+?O2====2CaO
2、CaO和H2O的反應
蒸發皿里?????CaO和H2O
現象：反應放出大量熱，水象沸騰一樣。
化學方程式：CaO?+?H2O?=====Ca（OH）2
360pskdocImg_20_xyz 規律2：某些金屬氧化物?+?水???????堿
Na?2O?+?H2O?=====2NaOH
B?aO?+?H2O?=====?B?a(OH)?2
CuO?+?H2O不反應
說明并不是所有的金屬氧化物都能和水反應。金屬氧化物對應的堿必須是可溶性的堿）
360pskdocImg_21_xyz 360pskdocImg_22_xyz 討論：用化學方程式表示Ca??????CaO???????Ca（OH）2的轉化。
2Ca?+?O2====2CaO???????CaO?+?H2O?=====Ca（OH）2
思考：如何實現從金屬到堿的轉化。
[第二課時]：
360pskdocImg_23_xyz （二）金屬化合態???????????金屬游離態
方法一：碳與金屬氧化物在高溫下反應，碳能奪取金屬氧化物中的氧。
實驗：碳與氧化銅的反應
指導學生觀察思考：石灰水發生了什么變化？試管里的粉未發生了什么變化？在反應中生成了什么物質？360pskdocImg_24_xyz
現象：加熱一段時間后，發現試管壁出現（亮紅色、有金屬光澤的銅），澄清石灰水變（渾濁），說明（碳和氧化銅發生了化學變化）。
木炭跟氧化銅反應，生成了（銅）和（二氧化碳）
360pskdocImg_25_xyz 化學方程式：C?+?2CuO?????????CO2?↑+?2Cu
提問：木炭還原氧化銅的反應條件是什么？它屬于什么反應類型？
講解：反應中，碳得氧生成二氧化碳，氧化銅失氧生成銅。在這個反應中，木炭奪取了氧化銅中的氧生成二氧化碳，木炭是還原劑，具有還原性。氧化銅失去了氧被還原為銅。
方法二：CO奪取金屬氧化物中的氧
360pskdocImg_26_xyz 360pskdocImg_27_xyz 化學方程式：
C?+?CO2????????2CO??????CO?+CuO????????Cu?+?CO2
方法三：氫氣也能將金屬氧化物變成游離態金屬
補充：
講述：我們在點燃氫氣前必須先驗純，因為空氣中混有氫氣的體積占總體積的4%～74.2%，點燃時就會爆炸，這個范圍叫爆炸極限。！
[演示]?課本中點燃氫氣與空氣的混合氣實驗。
現象：發出“砰”的一聲巨響，爆炸的氣浪反小筒高高掀起。說明不純的氫氣點燃會發生爆炸。
分析：點燃前，紙筒內是純凈的氫氣。拿掉小孔上的紙團，點燃。此時是純凈的氫氣在空氣中燃燒。但隨著反應的繼續，氫氣越來越少，筒內壓強降低，空氣便進入筒內。此時筒內是氫氣和氧氣的混合氣。由于大量氫氣分子和氧氣分子接觸，反應時在短時間內放出大量熱。如果是一個廣口容器，那么氣體沖出容器、發生爆鳴。如果是一個密閉或小口容器，就會發生爆炸。
[提問]?如何驗純呢？
[演示]用排水法收集一小試管氫氣，用拇指堵住，移近火焰，移開拇指點火。結合實驗說明如何為純或不純。
[提問]?如果氫氣不純，可否用同一支試管立即再收集一管氫氣驗純？
[講述]?剛試驗過的試管內，火焰可能沒有完全熄滅，如果立即用此試管去收集氫氣，可能會把氫氣發生器內的氫氣引燃，造成爆炸。所以，應先用拇指堵住管口一會兒，使火熄滅。
實驗：1、觀察孔雀石（主要成分為堿式碳酸銅）的顏色：________________________
2、把少量孔雀石粉末置于大試管，用酒精燈高溫加熱約15分鐘。用濕潤的pH試紙貼在試管壁上觀察顏色的變化，測定氣體的水溶液pH大約是多少___________________
360pskdocImg_28_xyz 3、孔雀石在加熱時有什么變化：________________________________________
4、寫出以上變化的化學方程式：Cu2（OH）2CO3??????????????2CuO?+?CO2↑+H2O
360pskdocImg_29_xyz 5、待大試管內的產物冷卻后，通入氫氣，過會兒再給氧化銅加熱，注意觀察大試管中的物質有什么變化。（黑色的氧化銅變成亮紅色的銅）
試管口有什么生成。（小水珠）
6、反應完成后停止加熱，繼續通氫氣，直到試管冷卻。
360pskdocImg_30_xyz 討論實驗現象：從試管口有無色液體生成，可推知有水生成。從黑色氧化銅變成紅色光亮的物質，可推知另一種生成物是銅。寫出大試管中物質與氫氣反應的化學方程式：CuO?+?H2?????????Cu?+?H2O
[設問]?這個反應屬于哪一類反應？
[講述]?從發生變化的物質種類看，它是置換反應。
分析反應實質：從實驗可知，氫氣在反應中奪得了氧化銅中的氧，跟它結合生成水。物質與氧所起的反應叫氧化反應。所以說氫氣被氧化。
氧化銅失去了氧而變成銅單質。這種含氧化合物里里的氧被奪去的反應叫還原反應。所以說氧化銅被還原。氫氣是使氧化銅還原為銅的物質，它具有還原性，是還原劑。
補充：氫氣不但能還原的氧化銅，還可以還原三氧化三鐵、三氧化鎢等一些金屬氧化物。
[問題]?（1）怎樣固定盛有氧化銅的試管？為什么要這樣做？
[回答]?試管口要略向下傾斜。加熱固體時，為了防止加熱時產生的水蒸氣（藥品中的水份或反應生成的水）在試管口冷凝后，倒流回熱的試管底部，使試管破裂。
[問題]?（2）在反應器部分，通氫氣的導管插到什么位置？為什么？
[回答]?通氫氣的導管要插到接近試管底部，在氧化銅的上方。這樣，能保證排凈試管內的空氣，比較安全，還有利于氧化銅跟氫氣充分接觸，保證反應進行得比較迅速、完全。
[問題]?（3）為了保證反應進行得比較迅速、安全，應怎樣放置試管內的氧化銅？說明原因。
[回答]?氧化銅要在試管底部均勻鋪開。這樣能增加氧化銅跟氫氣的接觸機會，增大氧化銅的受熱面積，保證反應進行得比較迅速、完全。
[問題]?（4）.這個實驗為什么要檢驗氫氣的純度？
[回答]?因為反應的條件是加熱，混有空氣的氫氣在高溫下可能發生爆炸。為了安全，需要檢驗氫氣的純度。
[問題]?（5）為什么要先通一會兒氫氣，再加熱氧化銅？先加熱，再通氫氣可以嗎？
[回答]?先通一會兒氫氣，使試管內原有的空氣完全排凈，然后加熱能保證安全。若先加熱氧化銅，使試管內溫度升高。這時試管內有空氣，當氫氣進入試管內跟空氣混合，可能發生爆炸。
[問題]?（6）當黑色氧化銅變紅后，為什么應先停止加熱，通氫氣直到試管冷卻？
[講解]?黑色氧化銅變紅，紅色的物質應是銅。多數金屬在灼熱時容易跟空氣里的氧氣反應，銅也不例外。為了防止生成的銅在灼熱條件下接觸空氣中的氧氣，重新變成氧化銅，要在停止加熱后繼續通氫氣，直到試管冷卻。
討論：1、由氧化銅制取銅，還可以用其他什么方法？
2、為什么在氫氣還原氧化銅實驗開始時，要先通氫氣后給氧化銅加熱。
分析：防止氫氣和空氣混合加熱時，試管爆裂。
3、銅在空氣中加熱很容易氧化變成氧化銅，你在實驗過程中要注意什么？
引導學生比較碳還原氧化銅與氫氣還原氧化銅裝置的異同。
分析：碳與氫氣雖然有一些相似的化學性質，但它們的化學活動性還是有所區別的，如氫氣遇火立即可在氧氣或空氣中燃燒，而單質碳燃燒所需溫度高一些；氫氣還原金屬氧化物比碳還原金屬氧化物的溫度要低一些；單質碳反應后生成的化合物中碳呈可變化合價，而氫氣反應生成的化合物中氫元素通常只顯+1價。
師：學習了從CuO中還原得到Cu?，你能否想到如何將鐵從鐵礦石（Fe2O3）中提煉出來？
學生：用H2、CO或C還原Fe2O3。
三、用CO還原氧化鐵（生鐵的冶煉）
講述：鐵是一種化學性質比較活潑的金屬，所以地殼中鐵都是以化合物形式存在的，在這些含鐵的礦石主要有：
360pskdocImg_31_xyz （1）磁鐵礦：（主要成分是四氧化三鐵）
鐵礦石 （2）赤鐵礦：（主要成分是氧化鐵）
（3）菱鐵礦：（主要成分是碳酸亞鐵）
①冶鐵的原料：鐵礦石、焦炭和石灰石（由于鐵礦石中含有二氧化硅、石灰石的加入，主要是將二氧化硅轉化為爐渣排掉）
②冶鐵人主要設備；高爐
③反應的化學方程式有：
點燃???????????????????高溫??????????????? 高溫
C＋O2======CO2????CO2＋C=======2CO??3CO＋Fe2O3====2Fe＋3CO2
講解實驗：用一氧化碳還原氧化鐵。
注意事項：進行實驗時也要先通CO，后加熱，趕出試管內空氣，避免一氧化碳跟管內的空氣混合，受熱而引起爆炸。實驗完了也要先撤酒精燈，后停止加熱，防止灼熱的鐵遇到進入管內空氣又生成氧化鐵。
（注意在通風櫥內進行實驗，一氧化碳有毒，多余的一氧化碳會使人中毒。CO與血液中血紅蛋白結合力要比氧與血紅蛋白的結合力大200到300倍。CO一經吸入就會造成機體急性缺氧。所以，要注意防止一氧化碳中毒。必須進行尾氣處理，收集或燃燒）
現象：紅棕色的氧化鐵變成黑色粉末，澄清石灰水變渾濁。
360pskdocImg_32_xyz 360pskdocImg_33_xyz 360pskdocImg_34_xyz 360pskdocImg_35_xyz 化學方程式：3CO?+?Fe2O3?????????2Fe?+?3CO2
360pskdocImg_36_xyz H2?+?CuO????????Cu?+?H2O
C?+?2CuO?????????CO2?↑+?2Cu
◎還原反應：含氧化合物里的氧被奪取的反應，叫還原反應。
360pskdocImg_37_xyz 360pskdocImg_38_xyz 360pskdocImg_39_xyz 3CO???+????Fe2O3?????????2Fe?+?3CO2??????（鐵礦石煉鐵的主要反應原理）
【設疑】：什么是氧化還原反應？
1．有化合價變化的反應是氧化還原反應。
2．有電子得失或電子對偏移的反應是氧化還原的實質、氧化還原的標志。
3．化合價升高，失去電子，發生氧化反應，是還原劑。化合價降低，得到電子，發生還原的反應，是氧化劑。
例題：100噸含Fe2O3的質量分數為85%的鐵礦石中，克煉出含鐵的質量分數為96%的生鐵多少噸？
解法見教材（注意物質純度的計算）
三、化合物之間的相互轉化
自然界中的物質也在不斷的發生互相之間的轉化，如石灰巖地區溶洞的形成過程。
溶洞的形成原因：石灰巖地區地下水長期溶蝕的結果。石灰巖的主要成分是碳酸鈣（CaCO3），在有水和二氧化碳時發生化學反應生成碳酸氫鈣[Ca(HCO3)2]，后者可溶于水，于是有空洞形成并逐步擴大。這種現象在南斯拉夫亞德利亞海岸的喀斯特高原上最為典型，所以常
把石灰巖地區的這種地形籠統地稱之喀斯特地形。
實驗：蛋殼的變化
1、將一只生雞蛋放到盛有稀鹽酸的容器中，觀察到的現象：蛋殼表面附著氣泡
2、2分鐘后，將生雞蛋從酸中取出，用水沖洗干凈，蛋殼發生了什么變化
表面變得更粗糙
3、將雞蛋繼續放在稀鹽酸中，10分鐘后取出，用水沖洗干凈，蛋殼發生了物質轉化的規律什么變化
現象：蛋殼幾乎消失
解釋上述現象：CaCO3?+?2HCl?====CaCl2?+CO2?↑+?H2O
讀圖：物質轉化規律圖，討論物質轉化的規律
360pskdocImg_40_xyz
圖中反映了六個相互衍變關系和十大成鹽規律：
（一）、兩條縱線：
金屬?→?金屬氧化物?→?堿?→?鹽
①?金屬+氧氣→金屬氧化物
2Ca+O2==2CaO
②金屬氧化物+水→堿（可溶性堿性氧化物能與水反應生成堿）
CaO+H2O==2Ca(OH)2
③堿+酸→鹽+水
Ca(OH)2+2HCl==CaCl2+2H2O
非金屬?→?非金屬氧化物?→?酸?→?鹽
④非金屬+氧氣→非金屬氧化物
C+O2===CO2
⑤非金屬氧化物+水→酸
CO2+H2O==H2CO3
⑥酸+堿→鹽+水
H2CO3+Ca(OH)2==CaCO3?+2H2O
（二）、兩條橫線：
①金屬+非金屬→鹽
2Na+Cl2===2NaCl
②金屬氧化物+非金屬氧化物→含氧酸鹽（現初中不做要求）
CaO+SiO2===CaSiO3
③堿+酸→鹽+水
NaOH+HCl==NaCl+H2O
④鹽+鹽→新鹽+新鹽（反應物必須全溶，生成物有↓）
NaCl+AgNO3==NaNO3+AgCl↓
（三）、兩條交斜線：
⑤金屬氧化物+酸→鹽+水
CuO?+?H2SO4==CuSO4?+?H2O
⑥非金屬氧化物+堿→鹽+水
CO2?+?Ca(OH)2?==CaCO3?↓?+H2O
（三）、兩條交斜線：
⑦堿+鹽→新堿+新鹽（反應物必須全溶，生成物有↓或↑）
2NaOH+CuSO4==Na2SO4+Cu(OH)2↓
⑧酸+鹽→新鹽+新酸（反應物鹽可溶者不溶于水必溶于酸（碳酸鹽溶于酸）生成物有↓或↑）
H2SO4?+?BaCl2==BaSO4?↓+2HCl
（四）、兩條彎線：
⑨金屬+酸→鹽+氫氣（排在金屬活動順序中氫以前的金屬和稀鹽酸、硫酸反應）
Zn?+2?HCl==ZnCl2+?H2↑
⑩金屬+鹽→新鹽+金屬（前換后，反應物鹽可溶，K、Ca、Na太活潑不能用）
Fe?+?CuSO4=Cu?+?FeSO4
360pskdocImg_41_xyz 360pskdocImg_42_xyz 360pskdocImg_43_xyz 以鈣為例，分析：Ca?????CaO?????Ca（OH）2?????CaCO3的變化。
2Ca+O2==2CaO
CaO+H2O==2?Ca(OH)2
Ca(OH)2?+?CO2==CaCO3?+?H2O
360pskdocImg_44_xyz 360pskdocImg_45_xyz 360pskdocImg_46_xyz 以碳為例，分析：C??????CO2?????H2CO3?????Na2CO3的變化。
C+O2===CO2
CO2+H2O==H2CO3
H2CO3+2NaOH==Na2CO3?+2H2O
設計制備ZnSO4?的4種方法。
Zn?+?H2SO4?=====?ZnSO4?+?H2↑
ZnO?+?H2SO4?=====??ZnSO4?+?H2O
Zn（OH）2?+?H2SO4?=====??ZnSO4?+?2H2O
ZnCO3?+?H2SO4?====?ZnSO4?+?CO2↑?+?H2O
[板書設計]：
第2節???物質轉化的規律
一、非金屬單質與其化合物的轉化
1、非金屬+氧氣360pskdocImg_47_xyz 非金屬氧化物
S?+?O2?=====???SO2
P?+?O2?=====??P2O5
360pskdocImg_48_xyz C?+?O2?=====??CO2
N2?+?O2?====??N2O5
2、非金屬氧化物?+??H2O360pskdocImg_49_xyz 酸
CO2?+?H2O?====H2CO3
SO2?+?H2O?====H2SO3
N2O5?+?H2O?====2HNO3
P2O5?+?H2O?====2H3PO4
二、金屬單質與其化合物的轉化
360pskdocImg_50_xyz （一）金屬游離態???????????金屬化合態
1、金屬?+?非金屬（不包括氧）360pskdocImg_51_xyz 鹽
360pskdocImg_52_xyz Fe??+???S????????FeS
360pskdocImg_53_xyz 2?Na??+??Cl2????????2NaCl
360pskdocImg_54_xyz 2Fe??+??3Cl2????????2FeCl3
2、?金屬?+??氧氣360pskdocImg_55_xyz 金屬氧化物。
2Ca?+?O2====2CaO
360pskdocImg_56_xyz 3、某些金屬氧化物?+?水???????堿
CaO?+?H2O?=====Ca（OH）2
Na?2O?+?H2O?=====2NaOH
B?aO?+?H2O?=====?B?a(OH)?2
CuO?+?H2O不反應
360pskdocImg_57_xyz （二）金屬化合態???????????金屬游離態
1、碳與金屬氧化物在高溫下反應，碳能奪取金屬氧化物中的氧。
360pskdocImg_58_xyz C?+?2CuO?????????CO2?↑+?2Cu
2、CO奪取金屬氧化物中的氧
360pskdocImg_59_xyz 360pskdocImg_60_xyz C?+?CO2????????2CO??????CO?+CuO????????Cu?+?CO2
3、氫氣也能將金屬氧化物變成游離態金屬
360pskdocImg_61_xyz CuO?+?H2?????????Cu?+?H2O
4、用CO還原氧化鐵（生鐵的冶煉）
360pskdocImg_62_xyz 3CO?+??Fe2O3?????????2Fe?+?3CO2
（鐵礦石煉鐵的主要反應原理）
三、化合物之間的相互轉化
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