物质转化的规律

第2节   物质转化的规律

课标目标：三、物质科学，主题3：物质的运动和相互作用，（五）物质间的循环与转化

4、举例说出金属、金属氧化物、碱之间的转化

5、举例说出非金属、非金属氧化物、酸之间的转化

活动建议：铜与氧化铜之间的相互转化实验

一、教学目标

（一）、知识目标：

1、能通过学习非金属单质与其化合物的转化及金属单质与其化合物的转化，以及化合物之间的相互转化，掌握物质间相互转化的规律。

2、能利用物质转化的规律寻找制取物质的方法。

（二）、技能目标：

1、 学会有关纯度问题的计算，并提高分析和计算能力。

（三）、德育目标

1、使学生养成辩证地看待问题和分析问题的良好习惯。

二、教学重点、难点

重点：非金属单质与其化合物的转化及金属单质与其化合物的转化

难点：化合物之间的转化及利用物质转化规律寻找制取物质的方法。

三|、教学准备

硫燃烧实验、CO2溶于水的实验、硫与铁粉反应的实验、生石灰与水反应实验碳与氧化铜反应实验（课件）、氢气还原氧化铜实验

四、课时安排     4课时+实验1课时：物质的鉴别

五、教学过程设计

引入：化学变化的本质特征就是有新物质生成，科学家就利用物质与物质之间的反应，制造出许多新物质，如合成材料PVC，塑料聚氯乙烯，化肥硫铵、碳铵等也是通过一定的化学反应制得的，哪些物质之间可以反应，哪些物质之间不可反应，它们又有什么规律？

一、非金属单质与其化合物的转化

实验：（一）硫燃烧的实验

1、取一药匙硫磺，观察其外观：（黄、粉末）

2、将硫磺放到燃烧匙中，在酒精灯上点燃硫磺，观察现象：（淡蓝色火焰，刺激性气味）

3、把燃烧着的硫磺放进盛有氧气的集气瓶，观察现象：（剧烈燃烧。发出明亮的蓝紫色火焰，产生一种带刺激性气味的气体。）

说明：硫在空气和氧气中燃烧现象的比较，在氧气中燃烧更剧烈。

360pskdocImg_0_xyz　　结论：硫在氧气中燃烧生成二氧化硫。请学生写出此反应的表达式。

S + O2       SO2

讲述：这种带刺激性气味是二氧化硫，有毒。二氧化硫对空气会造成严重污染。烟花、爆竹中的火药是由木炭、硫磺等物质组成的，为什么北京市禁止燃放烟花爆竹？

回答：防止硫燃烧后生成的二氧化硫污染空气。

讲述：工厂烧煤的烟囱冒出黑烟中有SO2常污染环境，一般可通过NaOH溶液吸收。

二氧化硫气体通过氢氧化钠溶液的化学反应：SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O，

360pskdocImg_1_xyz　　360pskdocImg_2_xyz　　化学方程式表示以上变化：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

说明非金属单质在一定条件下可转化为相应的化合物。

（二）对比实验

1、取2杯蒸馏水，向其中1杯蒸馏水中吹气或通CO2，然后，分别向2只烧杯中滴加几滴石蕊试液，比较2只烧杯中液体出现的现象并加以说明。

现象：通CO2的烧杯里石蕊变红。

提问：产生该现象的原因是什么?

学生解释：二氧化碳与水反应生成碳酸，石蕊遇酸变红。

指导学生完成它的化学方程式

[板书]  H2O + CO2 = H2CO3

2、分别搅拌2只烧杯中的液体，3分钟后，静置片刻，你发现了什么？（没有现象）

3、将盛有液体的2只烧杯分别放到热水中，搅拌3分钟，你又发现了什么？（观察：红色溶液又变成了紫色，并有无色气泡产生。）

提问：为什么会出现这种现家?

说明：碳酸很不稳定，常温下或受热易分解。

用化学方程式将上述变化表达出来：；H2CO3 ==== H2O + CO2

360pskdocImg_9_xyz　　CO2 + H2O ====H2CO3

360pskdocImg_10_xyz　　SO2 + H2O ====H2SO3

N2O5 + H2O ====2HNO3

P2O5 + H2O ====2H3PO4

讨论：如何用化学方程式表示下列物质的转化

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：如何实现非金属到酸的转变？

二、金属单质与其化合物的转化

自然界中有些金属以单质的形式存在，如金、铂等，有些以化合物的形式存在，分别称为“游离态”和“化合态”

360pskdocImg_15_xyz　　（一）金属游离态           金属化合态

实验：1、Fe和S的反应

步骤：①取少量铁粉放在白纸上，再取少量硫磺与铁粉混合。

②用磁铁接近混合物，你看到什么？（磁铁能吸引混合物中的铁粉）

③把混合物放在石棉网上，用酒精灯加热，

现象：铁粉和硫剧烈反应，发光、发热。

④当反应后的光扩展至整个混合物，立即停止加热，静置、冷却。

⑤观察生成物，并将生成物倒在白纸上，用磁铁靠近生成物，

现象：生成黑色固体物质，磁铁不再吸引生成物。

360pskdocImg_16_xyz　　⑥以上变化的化学方程式：

Fe + S        FeS

360pskdocImg_17_xyz　　规律1：金属 + 非金属（不包括氧）     盐

例：360pskdocImg_18_xyz　　2 Na+ Cl2        2NaCl

360pskdocImg_19_xyz　　2Fe + 3Cl2        2FeCl3

金属与氧气反应生成金属氧化物。如：2Ca + O2====2CaO

2、CaO和H2O的反应

蒸发皿里     CaO和H2O

现象：反应放出大量热，水象沸腾一样。

化学方程式：CaO + H2O =====Ca（OH）2

360pskdocImg_20_xyz　　规律2：某些金属氧化物 + 水       碱

Na 2O + H2O =====2NaOH

B aO + H2O ===== B a(OH) 2

CuO + H2O不反应

说明并不是所有的金属氧化物都能和水反应。金属氧化物对应的碱必须是可溶性的碱）

360pskdocImg_21_xyz　　360pskdocImg_22_xyz　　讨论：用化学方程式表示Ca      CaO       Ca（OH）2的转化。

2Ca + O2====2CaO       CaO + H2O =====Ca（OH）2

思考：如何实现从金属到碱的转化。

[第二课时]：

360pskdocImg_23_xyz　　（二）金属化合态           金属游离态

方法一：碳与金属氧化物在高温下反应，碳能夺取金属氧化物中的氧。

实验：碳与氧化铜的反应

指导学生观察思考：石灰水发生了什么变化？试管里的粉未发生了什么变化？在反应中生成了什么物质？360pskdocImg_24_xyz

现象：加热一段时间后，发现试管壁出现（亮红色、有金属光泽的铜），澄清石灰水变（浑浊），说明（碳和氧化铜发生了化学变化）。

木炭跟氧化铜反应，生成了（铜）和（二氧化碳）

360pskdocImg_25_xyz　　化学方程式：C + 2CuO         CO2 ↑+ 2Cu

提问：木炭还原氧化铜的反应条件是什么？它属于什么反应类型？

讲解：反应中，碳得氧生成二氧化碳，氧化铜失氧生成铜。在这个反应中，木炭夺取了氧化铜中的氧生成二氧化碳，木炭是还原剂，具有还原性。氧化铜失去了氧被还原为铜。

方法二：CO夺取金属氧化物中的氧

360pskdocImg_26_xyz　　360pskdocImg_27_xyz　　化学方程式：

C + CO2        2CO      CO +CuO        Cu + CO2

方法三：氢气也能将金属氧化物变成游离态金属

补充：

讲述：我们在点燃氢气前必须先验纯，因为空气中混有氢气的体积占总体积的4%～74.2%，点燃时就会爆炸，这个范围叫爆炸极限。！

[演示] 课本中点燃氢气与空气的混合气实验。

现象：发出“砰”的一声巨响，爆炸的气浪反小筒高高掀起。说明不纯的氢气点燃会发生爆炸。

分析：点燃前，纸筒内是纯净的氢气。拿掉小孔上的纸团，点燃。此时是纯净的氢气在空气中燃烧。但随着反应的继续，氢气越来越少，筒内压强降低，空气便进入筒内。此时筒内是氢气和氧气的混合气。由于大量氢气分子和氧气分子接触，反应时在短时间内放出大量热。如果是一个广口容器，那么气体冲出容器、发生爆鸣。如果是一个密闭或小口容器，就会发生爆炸。

[提问] 如何验纯呢？

[演示]用排水法收集一小试管氢气，用拇指堵住，移近火焰，移开拇指点火。结合实验说明如何为纯或不纯。

[提问] 如果氢气不纯，可否用同一支试管立即再收集一管氢气验纯？

[讲述] 刚试验过的试管内，火焰可能没有完全熄灭，如果立即用此试管去收集氢气，可能会把氢气发生器内的氢气引燃，造成爆炸。所以，应先用拇指堵住管口一会儿，使火熄灭。

实验：1、观察孔雀石（主要成分为碱式碳酸铜）的颜色：________________________

2、把少量孔雀石粉末置于大试管，用酒精灯高温加热约15分钟。用湿润的pH试纸贴在试管壁上观察颜色的变化，测定气体的水溶液pH大约是多少___________________

360pskdocImg_28_xyz　　3、孔雀石在加热时有什么变化：________________________________________

4、写出以上变化的化学方程式：Cu2（OH）2CO3              2CuO + CO2↑+H2O

360pskdocImg_29_xyz　　5、待大试管内的产物冷却后，通入氢气，过会儿再给氧化铜加热，注意观察大试管中的物质有什么变化。（黑色的氧化铜变成亮红色的铜）

试管口有什么生成。（小水珠）

6、反应完成后停止加热，继续通氢气，直到试管冷却。

360pskdocImg_30_xyz　　讨论实验现象：从试管口有无色液体生成，可推知有水生成。从黑色氧化铜变成红色光亮的物质，可推知另一种生成物是铜。写出大试管中物质与氢气反应的化学方程式：CuO + H2         Cu + H2O

[设问] 这个反应属于哪一类反应？

[讲述] 从发生变化的物质种类看，它是置换反应。

分析反应实质：从实验可知，氢气在反应中夺得了氧化铜中的氧，跟它结合生成水。物质与氧所起的反应叫氧化反应。所以说氢气被氧化。

氧化铜失去了氧而变成铜单质。这种含氧化合物里里的氧被夺去的反应叫还原反应。所以说氧化铜被还原。氢气是使氧化铜还原为铜的物质，它具有还原性，是还原剂。

补充：氢气不但能还原的氧化铜，还可以还原三氧化三铁、三氧化钨等一些金属氧化物。

[问题] （1）怎样固定盛有氧化铜的试管？为什么要这样做？

[回答] 试管口要略向下倾斜。加热固体时，为了防止加热时产生的水蒸气（药品中的水份或反应生成的水）在试管口冷凝后，倒流回热的试管底部，使试管破裂。

[问题] （2）在反应器部分，通氢气的导管插到什么位置？为什么？

[回答] 通氢气的导管要插到接近试管底部，在氧化铜的上方。这样，能保证排净试管内的空气，比较安全，还有利于氧化铜跟氢气充分接触，保证反应进行得比较迅速、完全。

[问题] （3）为了保证反应进行得比较迅速、安全，应怎样放置试管内的氧化铜？说明原因。

[回答] 氧化铜要在试管底部均匀铺开。这样能增加氧化铜跟氢气的接触机会，增大氧化铜的受热面积，保证反应进行得比较迅速、完全。

[问题] （4）.这个实验为什么要检验氢气的纯度？

[回答] 因为反应的条件是加热，混有空气的氢气在高温下可能发生爆炸。为了安全，需要检验氢气的纯度。

[问题] （5）为什么要先通一会儿氢气，再加热氧化铜？先加热，再通氢气可以吗？

[回答] 先通一会儿氢气，使试管内原有的空气完全排净，然后加热能保证安全。若先加热氧化铜，使试管内温度升高。这时试管内有空气，当氢气进入试管内跟空气混合，可能发生爆炸。

[问题] （6）当黑色氧化铜变红后，为什么应先停止加热，通氢气直到试管冷却？

[讲解] 黑色氧化铜变红，红色的物质应是铜。多数金属在灼热时容易跟空气里的氧气反应，铜也不例外。为了防止生成的铜在灼热条件下接触空气中的氧气，重新变成氧化铜，要在停止加热后继续通氢气，直到试管冷却。

讨论：1、由氧化铜制取铜，还可以用其他什么方法？

2、为什么在氢气还原氧化铜实验开始时，要先通氢气后给氧化铜加热。

分析：防止氢气和空气混合加热时，试管爆裂。

3、铜在空气中加热很容易氧化变成氧化铜，你在实验过程中要注意什么？

引导学生比较碳还原氧化铜与氢气还原氧化铜装置的异同。

分析：碳与氢气虽然有一些相似的化学性质，但它们的化学活动性还是有所区别的，如氢气遇火立即可在氧气或空气中燃烧，而单质碳燃烧所需温度高一些；氢气还原金属氧化物比碳还原金属氧化物的温度要低一些；单质碳反应后生成的化合物中碳呈可变化合价，而氢气反应生成的化合物中氢元素通常只显+1价。

师：学习了从CuO中还原得到Cu ，你能否想到如何将铁从铁矿石（Fe2O3）中提炼出来？

学生：用H2、CO或C还原Fe2O3。

三、用CO还原氧化铁（生铁的冶炼）

讲述：铁是一种化学性质比较活泼的金属，所以地壳中铁都是以化合物形式存在的，在这些含铁的矿石主要有：

360pskdocImg_31_xyz　　（1）磁铁矿：（主要成分是四氧化三铁）

铁矿石　　　（2）赤铁矿：（主要成分是氧化铁）

（3）菱铁矿：（主要成分是碳酸亚铁）

①冶铁的原料：铁矿石、焦炭和石灰石（由于铁矿石中含有二氧化硅、石灰石的加入，主要是将二氧化硅转化为炉渣排掉）

②冶铁人主要设备；高炉

③反应的化学方程式有：

点燃                   高温               　高温

C＋O2======CO2    CO2＋C=======2CO  3CO＋Fe2O3====2Fe＋3CO2

讲解实验：用一氧化碳还原氧化铁。

注意事项：进行实验时也要先通CO，后加热，赶出试管内空气，避免一氧化碳跟管内的空气混合，受热而引起爆炸。实验完了也要先撤酒精灯，后停止加热，防止灼热的铁遇到进入管内空气又生成氧化铁。

（注意在通风橱内进行实验，一氧化碳有毒，多余的一氧化碳会使人中毒。CO与血液中血红蛋白结合力要比氧与血红蛋白的结合力大200到300倍。CO一经吸入就会造成机体急性缺氧。所以，要注意防止一氧化碳中毒。必须进行尾气处理，收集或燃烧）

现象：红棕色的氧化铁变成黑色粉末，澄清石灰水变浑浊。

360pskdocImg_32_xyz　　360pskdocImg_33_xyz　　360pskdocImg_34_xyz　　360pskdocImg_35_xyz　　化学方程式：3CO + Fe2O3         2Fe + 3CO2

360pskdocImg_36_xyz　　H2 + CuO        Cu + H2O

C + 2CuO         CO2 ↑+ 2Cu

◎还原反应：含氧化合物里的氧被夺取的反应，叫还原反应。

360pskdocImg_37_xyz　　360pskdocImg_38_xyz　　360pskdocImg_39_xyz　　3CO   +    Fe2O3         2Fe + 3CO2      （铁矿石炼铁的主要反应原理）

【设疑】：什么是氧化还原反应？

1．有化合价变化的反应是氧化还原反应。

2．有电子得失或电子对偏移的反应是氧化还原的实质、氧化还原的标志。

3．化合价升高，失去电子，发生氧化反应，是还原剂。化合价降低，得到电子，发生还原的反应，是氧化剂。

例题：100吨含Fe2O3的质量分数为85%的铁矿石中，克炼出含铁的质量分数为96%的生铁多少吨？

解法见教材（注意物质纯度的计算）

三、化合物之间的相互转化

自然界中的物质也在不断的发生互相之间的转化，如石灰岩地区溶洞的形成过程。

溶洞的形成原因：石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。石灰岩的主要成分是碳酸钙（CaCO3），在有水和二氧化碳时发生化学反应生成碳酸氢钙[Ca(HCO3)2]，后者可溶于水，于是有空洞形成并逐步扩大。这种现象在南斯拉夫亚德利亚海岸的喀斯特高原上最为典型，所以常

把石灰岩地区的这种地形笼统地称之喀斯特地形。

实验：蛋壳的变化

1、将一只生鸡蛋放到盛有稀盐酸的容器中，观察到的现象：蛋壳表面附着气泡

2、2分钟后，将生鸡蛋从酸中取出，用水冲洗干净，蛋壳发生了什么变化

表面变得更粗糙

3、将鸡蛋继续放在稀盐酸中，10分钟后取出，用水冲洗干净，蛋壳发生了什么变化

现象：蛋壳几乎消失

解释上述现象：CaCO3 + 2HCl ====CaCl2 +CO2 ↑+ H2O

读图：物质转化规律图，讨论物质转化的规律

360pskdocImg_40_xyz

图中反映了六个相互衍变关系和十大成盐规律：

（一）、两条纵线：

金属 → 金属氧化物 → 碱 → 盐

① 金属+氧气→金属氧化物

2Ca+O2==2CaO

②金属氧化物+水→碱（可溶性碱性氧化物能与水反应生成碱）

CaO+H2O==2Ca(OH)2

③碱+酸→盐+水

Ca(OH)2+2HCl==CaCl2+2H2O

非金属 → 非金属氧化物 → 酸 → 盐

④非金属+氧气→非金属氧化物

C+O2===CO2

⑤非金属氧化物+水→酸

CO2+H2O==H2CO3

⑥酸+碱→盐+水

H2CO3+Ca(OH)2==CaCO3 +2H2O

（二）、两条横线：

①金属+非金属→盐

2Na+Cl2===2NaCl

②金属氧化物+非金属氧化物→含氧酸盐（现初中不做要求）

CaO+SiO2===CaSiO3

③碱+酸→盐+水

NaOH+HCl==NaCl+H2O

④盐+盐→新盐+新盐（反应物必须全溶，生成物有↓）

NaCl+AgNO3==NaNO3+AgCl↓

（三）、两条交斜线：

⑤金属氧化物+酸→盐+水

CuO + H2SO4==CuSO4 + H2O

⑥非金属氧化物+碱→盐+水

CO2 + Ca(OH)2 ==CaCO3 ↓ +H2O

（三）、两条交斜线：

⑦碱+盐→新碱+新盐（反应物必须全溶，生成物有↓或↑）

2NaOH+CuSO4==Na2SO4+Cu(OH)2↓

⑧酸+盐→新盐+新酸（反应物盐可溶者不溶于水必溶于酸（碳酸盐溶于酸）生成物有↓或↑）

H2SO4 + BaCl2==BaSO4 ↓+2HCl

（四）、两条弯线：

⑨金属+酸→盐+氢气（排在金属活动顺序中氢以前的金属和稀盐酸、硫酸反应）

Zn +2 HCl==ZnCl2+ H2↑

⑩金属+盐→新盐+金属（前换后，反应物盐可溶，K、Ca、Na太活泼不能用）

Fe + CuSO4=Cu + FeSO4

360pskdocImg_41_xyz　　360pskdocImg_42_xyz　　360pskdocImg_43_xyz　　以钙为例，分析：Ca     CaO     Ca（OH）2     CaCO3的变化。

2Ca+O2==2CaO

CaO+H2O==2 Ca(OH)2

Ca(OH)2 + CO2==CaCO3 + H2O

360pskdocImg_44_xyz　　360pskdocImg_45_xyz　　360pskdocImg_46_xyz　　以碳为例，分析：C      CO2     H2CO3     Na2CO3的变化。

C+O2===CO2

CO2+H2O==H2CO3

H2CO3+2NaOH==Na2CO3 +2H2O

设计制备ZnSO4 的4种方法。

Zn + H2SO4 ===== ZnSO4 + H2↑

ZnO + H2SO4 =====  ZnSO4 + H2O

Zn（OH）2 + H2SO4 =====  ZnSO4 + 2H2O

ZnCO3 + H2SO4 ==== ZnSO4 + CO2↑ + H2O

[板书设计]：

第2节   物质转化的规律

一、非金属单质与其化合物的转化

1、非金属+氧气360pskdocImg_47_xyz　　非金属氧化物

S + O2 =====   SO2

P + O2 =====  P2O5

360pskdocImg_48_xyz　　C + O2 =====  CO2

N2 + O2 ====  N2O5

2、非金属氧化物 +  H2O360pskdocImg_49_xyz　　酸

CO2 + H2O ====H2CO3

SO2 + H2O ====H2SO3

N2O5 + H2O ====2HNO3

P2O5 + H2O ====2H3PO4

二、金属单质与其化合物的转化

360pskdocImg_50_xyz　　（一）金属游离态           金属化合态

1、金属 + 非金属（不包括氧）360pskdocImg_51_xyz　　盐

360pskdocImg_52_xyz　　Fe  +   S        FeS

360pskdocImg_53_xyz　　2 Na  +  Cl2        2NaCl

360pskdocImg_54_xyz　　2Fe  +  3Cl2        2FeCl3

2、 金属 +  氧气360pskdocImg_55_xyz　　金属氧化物。

2Ca + O2====2CaO

360pskdocImg_56_xyz　　3、某些金属氧化物 + 水       碱

CaO + H2O =====Ca（OH）2

Na 2O + H2O =====2NaOH

B aO + H2O ===== B a(OH) 2

CuO + H2O不反应

360pskdocImg_57_xyz　　（二）金属化合态           金属游离态

1、碳与金属氧化物在高温下反应，碳能夺取金属氧化物中的氧。

360pskdocImg_58_xyz　　C + 2CuO         CO2 ↑+ 2Cu

2、CO夺取金属氧化物中的氧

360pskdocImg_59_xyz　　360pskdocImg_60_xyz　　C + CO2        2CO      CO +CuO        Cu + CO2

3、氢气也能将金属氧化物变成游离态金属

360pskdocImg_61_xyz　　CuO + H2         Cu + H2O

4、用CO还原氧化铁（生铁的冶炼）

360pskdocImg_62_xyz　　3CO +  Fe2O3         2Fe + 3CO2

（铁矿石炼铁的主要反应原理）

三、化合物之间的相互转化