18 19专题4第1单元化学是认识和创造物质的科学

第 1 页第一单元化学是认识和创造物质的科学

学习目标：1.能用化学发展史说明并体会人类对物质及其变化的认识是逐步发展和深入的。2.了解化学科学在人类认识物质世界方面的重要作用。

3.了解化学在合成新物质、提高人类生活质量方面的重要作用。

4.了解金属活动性与金属冶炼方法的联系，知道金属冶炼的本质。(重点)

[自主预习·探新知]

一、化学是打开物质世界的钥匙

1．金属的冶炼

(1)金属使用的发展历程

(2)写出金属Fe、Cu、Al、Na的冶炼所涉及的化学方程式

①Fe：Fe2O3＋3CO――→高温2Fe＋3CO2，

Fe2O3＋2Al――→高温2Fe＋Al2O3。

②Cu：Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4。

③Al：2Al2O3=====通电熔融4Al＋3O2↑。

④Na：2NaCl=====通电熔融2Na＋Cl2↑。

2化学科学理论的建立与发展

(1)19世纪时的化学科学理论

①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的建立。

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尿素的合成，彻底动摇了“生命力论”。

(2)20世纪时的化学科学理论

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

第 2 页双螺旋结构模型的提出奠定了基础。

②扫描隧道显微镜的使用，实现了对原子或分子的操纵。

3人类对酸、碱理论认识的发展

(1)阿伦尼乌斯电离学说

(2)酸、碱质子理论

二、化学是人类创造新物质的工具

1．惰性电极电解熔融NaCl与电解NaCl水溶液的比较

电解熔融NaCl 电解NaCl水溶液

存在离子Na＋、Cl－Na＋、Cl－、OH－、H＋

电极反应式阳极：2Cl－－2e－=== Cl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2NaCl=====通电2Na＋Cl2↑2NaCl＋2H2O=====通电

2NaOH＋Cl2↑＋H2↑

2.合成氨

(1)反应原理：。

(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，对环境危害大。

(2)发展方向：研制高效、低残毒、能够被生物降解的新型农药。

4．合成医药

(1)阿司匹林

[基础自测]

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)化合态的金属元素被还原时，一定得到相应的金属单质。() (2)金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原。() (3)据酸碱质子理论知(NH4)2CO3是酸碱两性物质。()

(4)化学真正成为一门科学并较快发展，始于质量守恒定律的发展。() 第 3 页【答案】(1)×(2)×(3)√(4)×

2．金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的运用。下列关于金属的一些说法不正确的是()

A．合金的性质与其组成金属的性质不完全相同

B．工业上金属Mg、Al都是用电解熔融氯化物制得的

C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子

D．越活泼的金属越难冶炼

B[合金的性质与其组成金属的性质不完全相同，如硬度、强度更大，熔

点更低等，A项正确；因为AlCl3为共价化合物，熔融时不导电，冶炼铝应用电解Al2O3(熔融)的方法，B项错误；金属冶炼的本质就是把金属阳离子还原为金属原子，越活泼的金属，其阳离子的氧化性越弱，越难被还原，C、D项正确。]

3．根据酸、碱质子理论，凡能给出质子的分子或离子都是酸，凡是能结合质子的分子或离子都是碱。按照这个理论，下列微粒属于两性物质的是()

①HS－②CO2－3③H2PO－4④NH3⑤H2S

⑥CH3COOH⑦OH－⑧NO－3

A．①④⑤B．③⑥⑦

C．①②③D．①③

D[HS－、H2PO－4既可以发生电离给出质子(H＋)，又可以接受质子，它们属于两性物质。]

[合作探究·攻重难

[背景材料]

从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。下图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限。

[思考交流]

(1)什么是金属的冶炼？金属冶炼的实质是什么？

【提示】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

第 4 页程在工业上称为金属的冶炼。冶炼金属的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。

(2)金属冶炼的方法有哪些？怎样选择合适的金属冶炼方法？

【提示】根据金属的活泼性选择金属冶炼方法。很活泼的金属一般用电解法(如Na、Mg、Al等)，一般活泼的金属用热还原法(如Fe、Cu等)，不活泼金属用热分解法(如Hg等)。

金属冶炼的常用方法

(1)电解法

活泼金属(从K～Al)较难用还原剂还原，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属。例如：

(2)热还原法

在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属(一般从Zn～Cu)，通常是用还原剂(C、CO、H2、活泼金属Al等)将金属从其化合物中还原出来。例如：高炉炼铁：3CO＋Fe2O3=====高温2Fe＋3CO2

湿法炼铜：Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4

铝热法炼铁：2Al＋Fe2O3=====高温2Fe＋Al2O3(可以应用于焊接钢轨) (3)热分解法

对于不活泼金属(Hg、Ag等)，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来。例如：

第 5 页2HgO=====△2Hg＋O2↑，2Ag2O=====△4Ag＋O2↑

[背景材料]

电解技术在工业生产，新物质制备等领域应用广泛，如电冶金制Na、Al，氯碱工业，电解精炼铜等。

[思考交流]

(1)电解NaCl溶液时，阴极和阳极的产物是什么？

【提示】阴极产物为H2和NaOH，阳极产物为Cl2。

(2)电解熔融的NaCl时阴极和阳极的产物是什么？

【提示】阴极产物为Na，阳极产物为Cl2。

电解饱和食盐水原理

阴极H2和NaOH

产生无色气体2H＋＋2e－===H2↑

电解总离子方程式2Cl－＋2H2O=====通电H2↑＋Cl2↑＋2OH－

关键提醒：①通常用湿润的淀粉-KI试纸检验阳极产物氯气，用酚酞溶液检验阴极生成的碱。

②工业上用阳离子交换膜将两极区隔开。阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O；阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。

[当堂达标·固双基]

题组1金属的冶炼

第 6 页1．下列说法错误的是() 【导学号：13572190】

①加热HgO制取Hg

②将钠加入氯化铜溶液中制取铜

③电解熔融氯化铝制取铝

④电解饱和食盐水来制取金属钠

⑤不能利用铝热反应制取镁

A．②④B．①③⑤C．②③④D．①⑤

C[①Hg化学性质不稳定，加热HgO制取Hg，正确；②Na金属活动性很强，制取Cu用热还原的方法，错误；③氯化铝是共价化合物，要用电解熔融氧化铝的方法制取铝，错误；④电解熔融氯化钠来制取金属钠，错误；

⑤Mg活泼性大于Al，所以不能利用铝热反应制取镁，正确。因此制取方法错误的是②③④。] (1)MgCl2、MgO都是离子化合物，在熔融时都可电离，通电时都可电解生成Mg，但MgCl2的熔点比MgO的低，故冶炼镁时用MgCl2。

(2)AlCl3为共价化合物，熔融时不电离，冶炼Al时用电解熔融Al2O3的方法。

题组2酸、碱的认识

2．根据酸碱质子理论，下列说法不正确的是() A．所有的弱酸正根都是碱

B．弱酸酸式根既是酸又是碱

C．一种物质不可能既是酸又是碱

D．氢氧根是碱

C[弱酸的电离是可逆的，其逆反应就是弱酸正根或弱酸酸式根与氢离子结合生成弱酸的反应，因为能够结合氢离子，所以它们都是碱，A选项正确；同时，弱酸酸式根还可以进一步电离出氢离子，所以它既是酸又是碱，B选项正确；既能给出质子又能接受质子的物质既是酸又是碱，C选项错

误；OH－＋H＋===H2O，D项正确。]

3．根据电离学说，下列物质不属于酸的是() A．H2SO4B．HNO3第 7 页C．HF D．NaHSO3

D[NaHSO3在水溶液中电离生成Na＋、H＋、SO2－3、HSO－3，电离出的阳离子全为H＋的才是酸。] 题组3化学与物质的制备

4．20世纪化学合成技术的发展对人类健康水平和生活质量的提高做出了巨大贡献。下列各组物质全部由化学合成得到的是()

【导学号：13572191】

A．玻璃纤维素青霉素

B．尿素食盐聚乙烯

C．塑料橡胶合成氨

D．石英橡胶磷化铟

C[A项中的纤维素是天然有机高分子化合物；B项中食盐的制备是物理过程；D项中的石英是自然界中存在的，不是由化学合成得到的。]

5．工业上常用电解熔融氯化钠的方法制取金属钠和氯气，试回答下列问题：

【导学号：13572192】

(1)金属钠在________极上产生。

(2)写出产生Cl2的电极反应式：________________________________。

(3)该反应________(填“是”或“不是”)离子反应，如果是，请写出该反应的离子方程式：

___________________________________________________________ (如

果不是，则此空不填)。

(4)为何不采用电解食盐水来制取Na?

___________________________________________________________。【解析】离子反应发生的前提条件是电解质必须电离出自由移动的离子，氯化钠在熔融状态下能够电离出自由移动的Na＋和Cl－，所以该反应是离子反应。阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为2Na＋＋2e－===2Na，总反应

第 8 页为2Na＋＋2Cl－=====通电2Na＋Cl2↑。由金属活动性顺序表知，H＋的氧化性大于Na＋，在NaCl溶液中存在H＋，因此Na＋不会参与反应。【答案】(1)阴

(2)2Cl－－2e－===Cl2↑

(3)是2Na＋＋2Cl－=====通电2Na＋Cl2↑

(4)NaCl溶液中含有H＋，H＋氧化性大于Na＋，因此Na＋不会得电子生成Na