2020版高中化学 专题4第一单元 化学是认识和创造物质的科学学案 苏教版必修2 12页

第一单元　化学是认识和创造物质的科学 一、化学是打开物质世界的钥匙 ‎1．人类开发、利用金属的历程 ‎(1)人类开发、利用金属的特点 金属越活泼，人类开发、利用的越晚。‎ ‎(2)金属冶炼原理与实质 ‎①原理：将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程。‎ ‎②实质：用还原剂使化合态的金属得到电子变成金属单质。‎ ‎(3)金属冶炼方法 ‎①常用方法 ‎②其他方法 ‎(4)金属的活泼性与冶炼方法的关系 12‎ 金属单质还原性、失电子能力依次减弱 金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强 ‎2．化学科学理论建立与发展 ‎(1)19世纪：‎ ‎①化学科学建立了以道尔顿原子论、分子结构和原子价键理论为中心内容的经典原子分子论。‎ ‎②1869年门捷列夫发现了元素周期律。‎ ‎③质量作用定律的提出，奠定了化学反应的动力学基础。④尿素的人工合成，彻底动摇了“生命力论”，使有机化学得到迅猛发展。‎ ‎(2)20世纪：‎ ‎①化学家鲍林提出了氢键理论和蛋白质分子的螺旋结构模型，为DNA分子双螺旋结构模型的提出奠定了基础。‎ ‎②人们借助扫描隧道显微镜，实现了对原子或分子的操纵。‎ ‎3．人类对酸碱认识的发展 ‎(1)认识发展过程 ―→―→―→―→‎ ‎(2)阿伦尼乌斯酸碱理论：‎ ‎①电解质电离时产生的阳离子全是氢离子的化合物是酸。‎ ‎②电解质电离时产生的阴离子全是氢氧根离子的化合物是碱。‎ ‎(3)酸碱质子理论：‎ ‎①凡能给出质子(H＋)的物质都是酸。‎ ‎②凡能接受质子的物质都是碱。‎ ‎③若某物质既能给出质子又能接受质子，可称为酸碱两性物质。‎ ‎(4)NaHCO3===Na＋＋HCO，HCO＋H＋===H2O＋CO2↑，HCO＋OH－===H2O＋CO，故根据酸碱质子理论可知HCO可以被称为酸碱两性物质。‎ 例1　下列说法不正确的是(　　)‎ A．有些活泼金属如铝可作热还原法的还原剂 B．用电解熔融NaCl的方法来冶炼金属钠 C．可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝 D．回收废旧金属可以重新制成金属或它们的化合物 答案　C 解析　铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属，如2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3‎ 12‎ ‎；金属钠是用电解熔融的NaCl的方法制取；铝是活泼金属，很难用还原剂把它还原出来；回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物。‎ 例2　根据酸碱质子理论，下列说法不正确的是(　　)‎ A．所有的弱酸根都是碱 B．弱酸酸式酸根既是酸又是碱 C．一种物质不可能既是酸又是碱 D．氢氧根是碱 答案　C 解析　弱酸的电离是可逆的，其逆反应就是弱酸根或酸式酸根与H＋结合生成弱酸的反应，所以它们都是碱，A正确；弱酸酸式酸根能进一步电离出H＋，所以又是酸，B正确；既能电离出质子又能接受质子的物质既是酸又是碱，C错误；OH－＋H＋===H2O，D正确。‎ 二、化学是人类创造新物质的工具 ‎1．电解熔融的氯化钠与电解饱和食盐水 电解熔融的氯化钠 电解饱和食盐水 存在离子 Na＋、Cl－‎ Na＋、Cl－、OH－、H＋‎ 电极反应式 阳极：2Cl－－2e－=== Cl2↑‎ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2H＋＋2e－=== H2↑‎ 电解产物 Na、Cl2‎ H2、Cl2、NaOH 电解方程式 ‎2NaCl2Na＋Cl2↑‎ ‎2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎2.合成氨 ‎(1)反应原理：N2＋3H22NH3。‎ ‎(2)合成氨技术对人类的贡献：哈伯等人于20世纪初发明的合成氨技术，使世界粮食产量增长近一倍。‎ ‎3．合成农药 ‎(1)DDT：残留毒性较强，对环境危害大。‎ ‎(2)发展方向：研制高效、低残毒、能够被生物降解的农药。‎ ‎4．合成药物 合成医药：抗生素和新药物的合成，提高了人类控制和治疗疾病的能力。‎ ‎　化学对人类的重要性 12‎ ‎(1)人类不仅要不断开发利用自然资源，还要制造、合成有特定性能的新物质，而化学则是人类创造新物质的工具。‎ ‎(2)化学科学发展在化学合成技术上所取得的巨大成就，使化学科研工作人工合成或从自然界分离出了更多的物质，以满足人类的需要，这是化学对人类文明的重大贡献之一。‎ 例3　(2017·梅州高一检测)早在1807年化学家戴维电解熔融氢氧化钠制得钠：4NaOH(熔融)4Na＋O2↑＋2H2O↑；后来盖·吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠，反应原理为3Fe＋4NaOH(熔融)Fe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．电解熔融氢氧化钠制钠，阳极发生的电极反应为2OH－－2e－===H2↑＋O2↑‎ B．戴维用电解熔融氢氧化钠法制钠(如图)，电解槽中可以用石墨为阳极，铁为阴极 C．盖·吕萨克法制钠原理是利用铁的还原性比钠强 D．若戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，则两反应中转移的电子总数也相同 答案　B 解析　电解熔融氢氧化钠的阳极反应为4OH－－4e－===2H2O↑＋O2↑，A错误；活泼金属铁作电解池阳极，易被氧化，故选用石墨作阳极，B正确；铁的还原性比钠弱是事实，而盖·吕萨克法制钠原理是一个可逆反应，产物钠、氢气作为气体脱离反应体系，使反应得以向生成钠的方向移动，C错误；电解熔融NaOH法制得4 mol Na，则转移4 mol电子，盖·吕萨克法制得4 mol Na，则转移8 mol电子，D错误。‎ 例4　下列化工生产原理错误的是(　　)‎ ‎①可以用电解熔融氯化钠的方法来制取金属钠 ‎②可以将钠加入到氯化镁饱和溶液中制取镁 ‎③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝 ‎④炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热 ‎ A．②③ B．①③ C．①②③ D．②③④ ‎ 答案　D 解析　钠可以和氯化镁饱和溶液中的水反应，故不能将镁置换出来；电解法冶炼铝所用的原料为氧化铝；炼铁高炉中所发生的反应CO2＋C2CO属于吸热反应。‎ 知识拓展　‎ 高炉炼铁所涉及的主要反应为C＋O2CO2，CO2＋C2CO,3CO＋Fe2O32Fe＋3CO 12‎ ‎2，反应过程中真正还原Fe2O3的是CO而不是C，反应过程中既被氧化又被还原的元素是碳。‎ ‎1．(2017·金华十校期末调研)如图为原子结构模型的演变图，其中①为道尔顿原子模型，④为近代量子力学原子模型。下列排列符合历史演变顺序的一组是(　　)‎ A．①③②⑤④ B．①②③④⑤‎ C．①⑤③②④ D．①③⑤④②‎ 答案　A 解析　①表示实心球模型，为道尔顿原子模型，于1803年提出；③为葡萄干面包式结构，于1904年由汤姆生提出；②为卢瑟福原子模型，卢瑟福于1911年提出；⑤为玻尔的轨道模型，于1913年提出；④为近代量子力学原子模型，也即电子云模型，因此按照时间的先后顺序排列的一组是①③②⑤④，答案选A。‎ ‎2．(2018·台州中学高一期末)美国科学家用某有机分子和球形笼状分子C60制成了“纳米车”(如图所示)，每辆“纳米车”是由一个有机分子和4个C60分子构成。“纳米车”可以用来运输单个的有机分子。下列说法正确的是(　　)‎ A．人们用肉眼可以清晰看到“纳米车”的运动 B．“纳米车”诞生说明人类操纵分子的技术进入了一个新阶段 C．C60是一种新型的化合物 D．C60与‎12C是同位素 12‎ 答案　B 解析　因纳米车很小，我们不能直接用肉眼清晰地看到这种“纳米车”的运动，A错误；“纳米车”的诞生，说明人类操纵分子的技术进入一个新阶段，B正确；由不同种元素形成的纯净物是化合物，C60是一种单质，C错误；质子数相同，中子数不同的同一种元素的不同核素互称为同位素，C60是单质，不是核素，D错误。‎ ‎3．氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼，下列说法不正确的是(　　)‎ A．电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化 B．湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应 C．用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 mol e－‎ D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化 答案　C 解析　C项，应转移8 mol e－。‎ ‎4．根据酸碱电离理论，判断下列化合物属于酸的是(　　)‎ ‎①HCl　②NaHSO4　③CH3COOH　④Na2CO3 ⑤Al(OH)3　⑥NaOH A．①②③ B．④⑤⑥ C．①③ D．②③‎ 答案　C 解析　酸碱电离理论认为电解质电离时产生的阳离子全部是H＋的化合物是酸。‎ ‎5．(1)下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是________。‎ A．2HgO2Hg＋O2↑‎ B．Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2‎ C．2MgO2Mg＋O2↑‎ D．2Ag2O4Ag＋O2↑‎ ‎(2)简要说明不符合工业实际的原因：_____________________________________。‎ 答案　(1)C ‎(2)MgO熔点高，电解耗能大，实际工业生产中采用电解熔融态的MgCl2冶炼镁 ‎ [对点训练]‎ 题组一　金属的冶炼 ‎1．下列说法中，正确的是(　　)‎ A．金属的冶炼是把金属单质从其矿物中分离出来 12‎ B．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被氧化 C．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被还原 D．金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原 考点　金属的存在与冶炼原理 题点　金属的冶炼原理 答案　C 解析　金属冶炼的原理是利用氧化还原反应，把金属矿物中的金属阳离子还原成金属单质。在金属的冶炼过程中，被冶炼的金属只能得到电子被还原。‎ ‎2．铝用来焊接钢轨是利用(　　)‎ A．铝与氧气反应生成稳定的保护层 B．铝是热的良导体 C．铝是强还原剂，铝热反应放热 D．铝合金强度大 答案　C 解析　铝是强还原剂，铝热反应放出大量的热，可达到很高的温度，生成Al2O3和液态铁，从而将钢轨焊接在一起。‎ ‎3．下列金属的冶炼方法中正确的是(　　)‎ A．电解氯化钠溶液冶炼金属钠 B．电解熔融的氯化铝冶炼金属铝 C．将铁粉与氧化镁混合加热冶炼镁 D．用一氧化碳还原氧化铁冶炼铁 考点　金属的冶炼方法 题点　金属冶炼方法的选择 答案　D 解析　冶炼金属钠应电解熔融的氯化钠，而不是氯化钠溶液；冶炼金属铝应电解熔融的三氧化二铝，而不是氯化铝；铁不能将氧化镁中的镁还原出来。‎ ‎4．金属锂是密度最小的金属，等质量的不同金属，锂可以释放出更多的电子，故常用来制造高性能电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则冶炼金属锂应采用的方法是(　　)‎ A．电解法 B．热还原法 C．热分解法 D．铝热法 考点　金属的冶炼方法 题点　典型金属的冶炼方法 答案　A 12‎ 解析　金属的冶炼方法与金属活动性顺序的关系：‎ 金属锂的活动性介于钠与镁之间，应采用电解法冶炼金属锂。‎ ‎5．金属矿物通常色彩缤纷、形状各异。下列冶炼金属的方法属于热还原法的是(　　)‎ A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑‎ B．WO3＋3H2W＋3H2O C．Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4‎ D．2Ag2O4Ag＋O2↑‎ 考点　金属的冶炼方法 题点　常见金属冶炼方法的识别 答案　B 解析　钠性质活泼，用电解法制取；钨性质较不活泼，用热还原法制取；Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4为湿法炼铜的反应原理，不属于热还原法；银性质不活泼，可用热分解法制取。‎ ‎6．热还原法冶炼金属的反应一定是(　　)‎ A．氧化还原反应 B．置换反应 C．复分解反应 D．分解反应 考点　金属冶炼的综合与应用 题点　金属冶炼的相关综合 答案　A 解析　热还原法冶炼金属的反应一定不是复分解反应，也一定不是分解反应，不一定是置换反应，如3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，但一定是氧化还原反应。‎ ‎7．(2017·成都七中期末考试)我国古代“药金”的冶炼方法是将炉甘石(ZnCO3)和赤铜矿(Cu2O)与木炭按一定的比例混合后加热至‎800 ℃‎，这种方法可炼出有金子般光泽的“药金”。下列叙述正确的是(　　)‎ A．“药金”实质上是铜锌合金 B．冶炼炉中炉甘石直接被木炭还原为锌 C．用王水可区别黄金和“药金”‎ D．用灼烧法不能区别黄金和“药金”‎ 考点　金属冶炼的综合与应用 题点　金属冶炼的相关综合 答案　A 12‎ 解析　冶炼“药金”的相关反应方程式为ZnCO3ZnO＋CO2↑，2ZnO＋C2Zn＋CO2↑，2Cu2O＋C4Cu＋CO2↑，故A项正确，B项错误；王水可以溶解黄金和“药金”，故C项错误；用灼烧法可以区别黄金和“药金”，因为高温下黄金与氧气不反应，而“药金”可以与氧气反应，故灼烧后的“药金”颜色有变化，D项错误。‎ ‎8．以辉铜矿(Cu2S)为原料冶炼铜，其反应原理可表示为Cu2S＋O22Cu＋SO2。下列说法不正确的是(　　)‎ A．化合价发生变化的元素有3种 B．Cu2S在该反应中既是氧化剂又是还原剂 C．1 mol O2参加反应时，上述反应转移电子总物质的量为4 mol D．SO2被分离、回收后氧化生成SO3，作为制取硫酸的原料 考点　金属冶炼的综合与应用 题点　金属冶炼的相关综合 答案　C 解析　分析反应中化合价的变化：2＋22＋2，反应过程中Cu、S、O三种元素的化合价均发生改变；Cu2S中Cu元素化合价降低，S元素化合价升高，因此Cu2S既是氧化剂又是还原剂；根据S元素化合价的改变可知，当1 mol O2参加反应时，共转移电子6 mol；SO2催化氧化可得SO3，SO3被水吸收可得H2SO4。‎ 题组二　电解技术、合成技术的应用 ‎9．下列事实得出的结论错误的是(　　)‎ A．维勒用无机物合成了尿素，突破了无机物与有机物的界限 B．门捷列夫在前人的基础上发现了元素周期律，表明科学研究既要继承又要创新 C．C60是英国和美国化学家共同发现的，体现了国际科技合作的重要性 D．科恩和波普尔因理论化学方面的贡献获诺贝尔化学奖，意味着化学已成为以理论研究为主的学科 答案　D 解析　化学是一门以实验为基础的学科，有的结论可以通过化学实验来验证，但是更要注重以化学实验为切入点来进行实验，由感性认识上升到理论认识，逐渐形成理论体系，因而化学科学的研究应该是理论和实践的结合。‎ ‎10.如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图，下列说法不正确的是(　　)‎ 12‎ A．从E口逸出的气体是H2‎ B．从D口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性 C．标准状况下每生成‎22.4 L Cl2，便产生2 mol NaOH D．粗盐水中含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO等离子，精制时先加Na2CO3溶液 答案　D 解析　Na＋向阴极区迁移，H＋在阴极上发生还原反应产生H2，A项正确；在阴极电解水，水导电能力弱，加入少量氢氧化钠增强其导电性，B项正确；根据电解方程式2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑知，n(Cl2)＝＝1 mol，生成1 mol Cl2必生成2 mol NaOH，C项正确；精制食盐时，要先加入过量BaCl2溶液除去SO，过量的BaCl2用Na2CO3溶液除去，若先加Na2CO3溶液，后加入BaCl2溶液，则过量的Ba2＋不能除去，D项错误。‎ 题组三　从不同角度理解酸、碱的概念 ‎11．20世纪20年代，化学家提出了酸碱质子理论。其要点是凡能够给出质子的分子或离子都是酸；凡能够接受质子的分子或离子都是碱，按此观点，下列粒子既属于酸又属于碱的是(　　)‎ ‎①H2O　②CO　③Al3＋　④CH3COOH　⑤NH ⑥HCO A．①⑥ B．②③ C．④⑥ D．④⑤‎ 答案　A 解析　领会或把握信息是关键。酸碱质子理论的核心：分子或离子①接受H＋为碱；②给出H＋为酸。分析：H2OH＋＋OH－是酸；H2O＋H＋H3O＋是碱。HCOH＋＋CO是酸；HCO＋H＋H2CO3H2O＋CO2是碱。‎ ‎12．(2017·丽水高一检测)最近，科学家用一种称为“超酸”的化合物H(CB11H6Cl6)和C60反应，使C60获得一个质子，得到一种新型的离子化合物[HC60]＋[CB11H6Cl6]－。该反应看起来很陌生，但反应类型上可以跟中学化学里某个熟悉的化学反应相比拟，该化学反应是(　　)‎ A．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑‎ B．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O C．NH3＋HCl===NH4Cl D．H2O＋CH3COOH===H3O＋＋CH3COO－‎ 答案　C 解析　从酸碱质子理论角度C60可以看作碱，和超酸发生化合反应生成离子化合物，从反应类型和产物类别上看，只有C项满足。‎ 12‎ ‎[综合强化]‎ ‎13．孔雀石的主要成分为CuCO3·Cu(OH)2，某同学设计从孔雀石中冶炼金属铜的方案如下：‎ ‎①将孔雀石粉碎后加过量的稀硫酸；‎ ‎②将反应后的混合物过滤；‎ ‎③向滤液中加入一种金属粉末。‎ 根据上述实验方案，试回答：‎ ‎(1)第①步反应中的现象为____________________________________________________。‎ ‎(2)第③步加入的金属粉末是__________，理由是________________________________。‎ ‎(3)若向滤液中加入过量生石灰后，过滤，将沉淀加热灼烧后再通入________________气体，可制得较纯净的铜。‎ 考点　金属冶炼的综合与应用 题点　金属冶炼的相关综合 答案　(1)固体溶解，有无色气体生成，溶液变成蓝色 ‎(2)Fe　铁的活泼性比铜强，可从溶液中置换出铜 ‎(3)氢气 解析　孔雀石的主要成分是碱式碳酸铜，当加入过量稀硫酸时发生反应，固体逐渐溶解，产生二氧化碳气体、水和硫酸铜；为冶炼金属铜，可加入过量的铁粉，把铜从硫酸铜溶液中置换出来；若向滤液中加入过量生石灰后生成氢氧化铜，过滤，将沉淀氢氧化铜加热灼烧后生成氧化铜，通入氢气生成铜和水。‎ ‎14．化学科学发展的历史，是一部人类逐步深入认识物质组成、结构、变化的历史。随着知识水平的不断提高，人们对化学概念的认识与描述也在不断完善。‎ ‎(1)电离时生成的阳离子全部是氢离子的化合物叫做酸。这是1883年瑞典化学家阿伦尼乌斯(S.Arrhenius)提出的电离学说。试用有关方程式表示氨的水溶液呈弱碱性的原因：________________________________________________________________________。‎ ‎1923年丹麦化学家布朗斯特(Bronsted)和英国化学家劳里(Lowry)提出了酸碱质子理论。该理论认为凡能给出质子(H＋)的物质都是酸；凡能接受质子(H＋)的物质都是碱。根据酸碱质子理论判断，下列粒子既可看作酸又可看作碱的是________(填字母)。‎ A．CH3COO－　B．NH　C．H2O　D．HSO E．OH－　F．NO ‎(2)1923年路易斯(Lewis)提出了广义的酸碱理论：凡是能给出电子对的物质都是碱；凡是能接受电子对的物质都是酸。如：H＋＋[OH]－―→H∶OH，即酸(电子对接受体)＋碱(电子对给予体)→产物。试指出下列两个反应中的酸或碱：‎ ‎①F－＋H2OHF＋OH－，该反应中的碱是________(填“F－”或“H2O”)。‎ ‎②H3BO3＋H2OH＋＋B(OH)，该反应中的酸是________(填“H3BO‎3”‎或“H2O”)。‎ 答案　(1)NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－　CD　(2)①F－　②H3BO3‎ 12‎ 解析　(1)根据布朗斯特和劳里的酸碱质子理论：H2O既可以接受质子形成H3O＋，又可以给出质子形成OH－；HSO既可以接受质子形成H2SO3，又可以给出质子形成SO，所以这两种粒子既可看作酸又可看作碱。(2)根据路易斯的酸碱理论分析，F－与H2O的反应中，F－提供电子对，所以F－是该反应中的碱；H3BO3与H2O的反应中，H3BO3接受电子对，所以H3BO3是该反应中的酸。‎ ‎15．钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿，我国的钛铁矿储量居世界首位。用含Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3)制备TiO2流程如下：‎ ‎(1)步骤①加Fe的目的是_____________________________________________________；‎ 步骤②冷却的目的是____________________________________________________。‎ ‎(2)上述制备TiO2的过程中，可以利用的副产物是__________________；考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入____________处理。‎ ‎(3)由金红石(TiO2)制取单质钛(Ti)，涉及到的步骤为 ―→ 反应TiCl4＋2Mg===2MgCl2＋Ti在Ar气氛中进行的理由是__________________。‎ 考点　金属冶炼的综合与应用 题点　金属冶炼的相关综合 答案　(1)将Fe3＋还原为Fe2＋　析出绿矾(FeSO4·7H2O)‎ ‎(2)绿矾(FeSO4·7H2O)　生石灰(或碳酸钙、废碱)‎ ‎(3)防止高温下镁或钛与O2、N2等反应 解析　(1)分析框图知，铁最终转化成副产品绿矾，所以要将Fe3＋转化为Fe2＋，降温能减小FeSO4·7H2O的溶解度，有利于绿矾结晶。‎ ‎(2)水浸后发生的离子反应为TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋，废液主要呈酸性，所以应加入CaO、CaCO3或碱。‎ ‎(3)反应后Ti和Mg易与空气中O2、N2等反应，故应在Ar气氛中进行。‎ 12‎