普通高中教科书·化学必修 第二册.pdf
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1、49.012Be1224.31Mg2040.08Ca3887.62Sr56137.3BaLaLuAcLr88 226 Ra2144.96Sc3988.91Y5771891032247.87Ti4091.22Zr72178.5Hf104 265 Rf2350.94V4192.91Nb73180.9Ta105 268 Db2452.00Cr4295.96Mo74183.8W106 271 Sg2554.94Mn43 98 Tc75186.2Re107 270 Bh2655.85Fe44101.1Ru76190.2Os108 277 Hs2758.93Co45102.9Rh77192.2Ir109
2、276 Mt2858.69Ni46106.4Pd78195.1Pt110 281 Ds2963.55Cu47107.9Ag79197.0Au111 280 Rg3065.38Zn48112.4Cd80200.6Hg112 285 Cn第二册第二册必 修化学必 修普 通 高 中 教 科 书化学普通高中教科书HUAXUEPUTONG GAOZHONG JIAOKESHU定价:10.35元绿 色 印 刷 产 品 未命名-5 120-4-1 下午1:05第二册必 修普通高中教科书化学北京人民教育出版社 课程教材研究所化 学 课 程 教 材 研 究 开 发 中 心编著普通高中教科书 化学 必修 第二册人
3、民教育出版社 课程教材研究所化 学 课 程 教 材 研 究 开 发 中 心编著出网版(北京市海淀区中关村南大街 17 号院 1 号楼 邮编:100081)址 http:/版权所有未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分违者必究如发现内容质量问题,请登录中小学教材意见反馈平台:如发现印、装质量问题,影响阅读,请与 联系调换。电话:-总 主 编:王 晶 郑长龙本册主编:王 晶 毕华林副 主 编:冷燕平 郭 震编写人员:王维臻 毕华林 乔国才 吴海建 冷燕平 郭 震 (以姓氏笔画为序)责任编辑:郭 震美术编辑:李宏庆目录第五章化工生产中的重要非金属元素1第一节硫及其化合物 2第二节氮及其
4、化合物 11第三节无机非金属材料 19整理与提升 26实验活动4 用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子 29实验活动5 不同价态含硫物质的转化 30第六章化学反应与能量31第一节化学反应与能量变化 32第二节化学反应的速率与限度 42整理与提升 52实验活动6 化学能转化成电能 56实验活动7 化学反应速率的影响因素 57第七章有机化合物59第一节认识有机化合物 60第二节乙烯与有机高分子材料 67第三节乙醇与乙酸 77第四节基本营养物质 83整理与提升 91实验活动8 搭建球棍模型认识有机化合物分子 结构的特点 95实验活动9 乙醇、乙酸的主要性质 96第八章化学与可持续发展97第一节自然资源的
5、开发利用 98第二节化学品的合理使用 107第三节环境保护与绿色化学 117整理与提升 123附录 名词索引 126附录 部分酸、碱和盐的溶解性表(室温)127附录 一些常见元素中英文名称对照表 128附录 相对原子质量表 129 元素周期表 探究 不同价态含硫物质的转化 8 简易电池的设计与制作 37 影响化学反应速率的因素 43 烃的分子结构 70 方法导引 化学实验设计 9 变量控制 45 认识有机化合物的一般思路 81 研究与实践 测定雨水的pH 17 了解车用能源 40 了解食品中的有机化合物 89 豆腐的制作 115 化学与职业 化工工程师 9 电池研发人员 39 营养师 88 环
6、境保护工程师 121 1第五章化工生产中的重要非金属元素非金属元素在化工生产中扮演着重要角色。在众多的化工原料和产品中,都能见到硫和氮等元素的踪迹。这些元素具有怎样的性质?应该如何进行研究和利用呢?从物质类别和元素价态的视角研究硫和氮等元素及其化合物的性质和用途,可以深化对物质间转化关系的认识。工业上利用这些转化关系,通过控制条件等方法,遵循生态文明思想,可以获得相应的化工产品,实现环境保护与资源利用的和谐统一。硫及其化合物 氮及其化合物 无机非金属材料硫的晶体2第五章 化工生产中的重要非金属元素第一节硫及其化合物硫 sulphur二氧化硫 sulphur dioxide图5-1 硫粉2.二氧
7、化硫二氧化硫是一种无色、有刺激性气味的有毒气体,硫是一种重要的非金属元素,位于元素周期表的第三周期、第A族。硫原子的最外电子层有6个电子,在化学反应中容易得到2个电子,形成-2价硫的化合物。与同主族的氧元素相比,硫元素的原子多一个电子层,得电子能力相对较弱,而失电子能力则相对较强。这也是我们在富含氧气的地表附近找到的含硫化合物中,硫常常为 4价或 6价,而氧为-2价的原因。一、硫和二氧化硫1.硫硫(俗称硫黄)是一种黄色晶体,质脆,易研成粉末。硫难溶于水,微溶于酒精,易溶于二硫化碳。硫的化学性质比较活泼,能与许多金属单质及非金属单质发生化学反应。S+Fe=FeS硫化亚铁硫化亚铜S+2Cu=Cu2
8、S硫化氢S+H2=H2SS+O2 点燃=SO2硫熔点:113 沸点:445 密度:2.06 g/cm3数据 硫有多种同素异形体,这里为正交硫的数据。第一节 硫及其化合物3图5-2 二氧化硫溶于水密度比空气的大,易溶于水。在通常情况下,1体积的水可以溶解约40体积的二氧化硫。【实验5-1】如图5-2所示,把充满SO2、塞有橡胶塞的试管倒立在水中,在水面下打开橡胶塞,观察试管内液面的上升。待液面高度不再明显变化时,在水下用橡胶塞塞紧试管口,取出试管,用pH试纸测定试管中溶液的酸碱度(保留该溶液供实验5-2使用)。二氧化硫是一种酸性氧化物,溶于水时可与水反应生成亚硫酸(H2SO3),亚硫酸不稳定,同
9、时又容易分解,生成二氧化硫和水。化学上通常把向生成物方向进行的反应叫做正反应,向反应物方向进行的反应叫做逆反应。像这种在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的反应,叫做可逆反应。二氧化硫与水的反应就可以表示为:SO2+H2O H2SO3二氧化硫在适当的温度并有催化剂存在的条件下,可以被氧气氧化,生成三氧化硫。三氧化硫也是一种酸性氧化物,溶于水时与水发生剧烈反应,生成硫酸。2SO2+O2 催化剂 2SO3SO3+H2O=H2SO4二氧化硫还能与硫化氢反应,生成硫和水。SO2+2H2S=3S+2H2O从以上反应可以看出,二氧化硫既具有氧化性又具有还原性。可逆反应 revers
10、ible reaction硫酸 sulphuric acid4第五章 化工生产中的重要非金属元素二、硫酸硫酸是重要的化工原料,可用于生产化肥、农药、炸药、染料和盐类等。工业上一般以硫黄或其他含硫矿物(如黄铁矿)为原料来制备硫酸。金属冶炼时产生的含二氧化硫废气经回收后也可用于制备硫酸。食品中添加适量的二氧化硫可以起到漂白、防腐和抗氧化等作用。例如,在葡萄酒酿制过程中,葡萄汁中某些细菌的繁殖会影响发酵,添加适量的二氧化硫可以起到杀菌的作用。二氧化硫又是一种抗氧化剂,能防止葡萄酒中的一些成分被氧化,起到保质作用,并有助于保持葡萄酒的天然果香味。尽管二氧化硫在蜜饯、干果、食糖、果酒等食品的加工中起着重
11、要作用,但如果使用不当就有可能造成食品中二氧化硫的残留量超标,从而对人体健康造成不利影响。为保证消费者健康,我国在食品添加剂使用标准中规定了二氧化硫在食品中的使用范围和最大使用量,如二氧化硫用于葡萄酒的最大使用量为0.25 g/L。?SO2SO3H2SO4400?500?98.3?V2O5?图5-4 工业制硫酸的原理示意图【实验5-2】用试管取2 mL在实验5-1中得到的溶液,向其中滴入12滴品红溶液,振荡,观察溶液的颜色变化。然后加热试管,注意通风,再观察溶液的变化。二氧化硫具有漂白作用,工业上常用二氧化硫来漂白纸浆、毛、丝等。二氧化硫的漂白作用是由于它能与某些有色物质生成不稳定的无色物质。
12、这些无色物质容易分解而使有色物质恢复原来的颜色。此外,二氧化硫可用于杀菌消毒,还是一种食品添加剂。资料卡片食品中的二氧化硫图5-3 二氧化硫的漂白作用第一节 硫及其化合物5【实验5-3】在带导管的橡胶塞侧面挖一个凹槽,并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。在试管中加入2 mL浓硫酸,塞好橡胶塞,使铜丝与浓硫酸接触。加热,将产生的气体通入品红溶液,观察实验现象。向外拉铜丝,终止反应。冷却后,将试管里的物质慢慢倒入盛有少量水的另一支试管里,观察溶液的颜色。注意浓硫酸具有很强的腐蚀性,在实验中应注意安全防护!在加热的条件下,浓硫酸与铜反应,生成硫酸铜、二氧化硫和水。2H2SO4(浓)+Cu=CuSO4+SO2
13、+2H2O 在这个反应里,浓硫酸氧化了铜,自身被还原成二氧化硫。浓硫酸是氧化剂,铜是还原剂。?NaOH?图5-6 浓硫酸与铜反应图5-5 浓硫酸与蔗糖反应硫酸在水里很容易电离出氢离子,具有酸性。浓硫酸还具有很强的吸水性和脱水性等特殊的性质。它能吸收存在于周围环境中的水分,也能将蔗糖、纸张、棉布和木材等有机物中的氢和氧按水的组成比脱去。浓硫酸还具有很强的氧化性,能氧化大多数金属单质和部分非金属单质。6第五章 化工生产中的重要非金属元素三、硫酸根离子的检验【实验5-4】在三支试管中分别加入少量稀硫酸、Na2SO4溶液和Na2CO3溶液,然后各滴入几滴BaCl2溶液,观察现象。再分别加入少量稀盐酸,
14、振荡,观察现象。从这个实验中你能得出什么结论?写出相关反应的离子方程式。在溶液中,SO42-可与Ba2+反应,生成不溶于稀盐酸的白色BaSO4沉淀。Ba2+SO24-=BaSO4注意BaCl2、Ba(OH)2等可溶性钡的化合物和BaCO3有毒!使用时须做好个人防护,相关废弃物应进行无害化处理。硫酸钙 自然界中的硫酸钙常以石膏(CaSO42H2O)的形式存在。石膏被加热到150 时,会失去所含大部分结晶水而变成熟石膏(2CaSO4H2O)。熟石膏与水混合成糊状物后会很快凝固,重新变成石膏。利用这种性质,石膏可被用来制作各种模型和医疗用的石膏绷带。在工业上,石膏还被用来调节水泥的硬化速率。硫酸钡
15、自然界中的硫酸钡以重晶石(BaSO4)的形式存在。重晶石是生产其他钡盐的原料。硫酸钡不溶于水和酸,且不容易被X射线透过,因此在医疗上可被用作消化系统X射线检查的内服药剂,俗称“钡餐”。硫酸铜 硫酸铜(CuSO4)是白色的粉末,结合水后会变成蓝色晶体,俗称胆矾(CuSO45H2O)。硫酸铜的这一性质可以用来检验酒精中是否含少量水。胆矾可以和石灰乳混合制成一种常用的农药波尔多液。资料卡片硫酸盐(1)硫酸具有酸的哪些共同的性质?请举例写出相关反应的离子方程式。(2)实验室用金属与酸反应制取氢气时,往往用稀硫酸,而不用浓硫酸,这是 为什么?思考与讨论在加热时,浓硫酸也能与木炭发生反应,生成二氧化碳、二
16、氧化硫和水。2H2SO4(浓)+C=CO2+2SO2+2H2O 第一节 硫及其化合物7四、不同价态含硫物质的转化硫元素广泛存在于自然界中,是植物生长不可缺少的元素,组成生命体的蛋白质中就含有硫。游离态的硫存在于火山口附近或地壳的岩层中。在岩层深处和海底的无氧环境下,硫元素与铁、铜等金属元素形成的化合物通常以硫化物的形式存在,如黄铁矿(FeS2)、黄 铜 矿(CuFeS2)等。在 地 表附近,由于受氧气和水的长期作用,硫化物会转化为硫酸盐,如石膏(CaSO42H2O)、芒 硝(Na2SO410H2O)等。火 山 口 附 近的硫单质会被大气中的氧气氧化成二氧化硫,二氧化硫可被进一步氧化生成三氧化硫
17、,二氧化硫和三氧化硫遇水分别形成亚硫酸和 硫酸。图5-7 自然界中硫元素的存在示意图SO3FeS2CuFeS2SO2SH2SCaSO4.2H2ONa2SO4.10H2OH2SO4H2SO3(1)经溶解、过滤和蒸发操作得到的粗盐中还含有一些可溶性硫酸盐及MgCl2、CaCl2等杂质。如果按照下表所示顺序除去它们,应加入什么试剂?写出相关反应的离子方程式(可以参考附录)。杂质加入的试剂离子方程式硫酸盐MgCl2CaCl2(2)加入你选择的试剂除去杂质后,有没有引入其他离子?用什么方法可以除去这些离子?(3)设计除去杂质的实验方案时,除了要考虑所加试剂的种类,还要考虑哪些问题?思考与讨论资料卡片自然
18、界中硫的存在和转化溶液中的CO32-也能与Ba2+反应生成白色沉淀,但BaCO3沉淀可以与稀盐酸反应,放出CO2。因此在实验室里,通常将溶液先用稀盐酸酸化,以排除CO32-等可能造成的干扰,然后加入BaCl2溶液来检验SO42-的存在。8第五章 化工生产中的重要非金属元素从图5-7可以看出,自然界中的含硫物质在一定条件下能够相互转化。这种转化在人工条件下也能发生,硫酸的工业生产就是人类通过控制化学反应条件而实现的含硫物质的相互转化。那么,在实验室里如何实现不同价态含硫物质的相互转化呢?常用的氧化剂有浓硫酸、Cl2、KMnO4等,还原剂有金属单质、H2、Na2S等。提示探究不同价态含硫物质的转化
19、(1)下图是人们总结的不同价态硫元素的转化 关系,请尽可能多地列举每种价态的硫元素所对应的物质,并根据硫元素化合价的变化,分析各种物质在氧化还原反应中表现氧化性还是还原性。(2)从上述转化关系中选择你感兴趣的一种或 几种,设计实验实现其转化,并填写下表。转化目标(价态变化)转化前的含硫物质选择试剂(氧化剂或还原剂)转化后的含硫物质预期现象-20(3)综合考虑实验安全和环境保护,选择一种 实验方案进行实验。实验过程中及时观察和记录实验现象,并对其进行分析,通过推理得出结论,就你的结论和发现的问题与同学交流。S S S S-20+4+6硫元素常见的化合价有-2、0、4和 6,可以通过氧化还原反应实
20、现不同价态含硫物质的相互转化。利用氧化剂,可将硫元素从低价态转化到高价态;利用还原剂,可将硫元素从高价态转化到低价态。第一节 硫及其化合物9方法导引化学与职业化工工程师化工工程师是解决人类在生产、生活等领域面临的化工相关问题的专业技术人才,工作在石油炼制、化肥生产、医药开发和环境治理等领域。其主要工作是依据科学原理,统筹各方面的资源,设计化工生产的工艺流程,并监控生产过程,及时解决生产中遇到的技术问题。化工工程师需要具有高度的社会责任感、团队精神、全局观念、风险管控意识和创新能力,并具备化学、化工、安全、经济、环境等方面的专业知识。图5-8 化工工程师通过观察仪表参数监控 化工生产过程化学实验
21、设计化学实验设计是指实验者在实施化学实验之前,根据一定的实验目的,运用化学知识与技能,按照一定的实验方法,对实验的原理、试剂、仪器与装置、步骤和方法等所进行的规划。例如,设计“不同价态含硫物质的转化”实验,当确定了要实现的转化关系后,需要明确转化前后的含硫物质是哪些,通过怎样的反应(氧化/还原)实现转化,用到的氧化剂或还原剂是什么,等等。进行化学实验设计时,应遵循科学性、可行性、安全性和绿色化原则。化学实验设计一般以实验设计方案的形式呈现,通常包括实验课题、实验目的、实验原理、实验仪器与试剂、实验步骤及注意事项、实验数据及处理、实验结论与讨论等。10第五章 化工生产中的重要非金属元素1.下列物
22、质中的硫元素不能表现出氧化性的是()。A.Na2S B.S C.SO2 D.H2SO42.下列关于SO2的叙述正确的是()。A.SO2是无色、无臭、有毒的气体 B.SO2与NaOH溶液反应生成Na2SO4C.SO2能使紫色的KMnO4溶液褪色 D.SO2有毒,不能用作食品添加剂3.下列事实与括号中浓硫酸的性质对应关系正确的是()。A.空气中敞口久置的浓硫酸质量增大(挥发性)B.浓硫酸在加热条件下与铜反应(脱水性)C.用浓硫酸在纸上书写的字迹变黑(氧化性)D.浓硫酸可用来干燥某些气体(吸水性)4.在实验室中,几位同学围绕浓硫酸的化学性质进行了如下实验探究:将适量的蔗糖放入烧杯中,加入几滴水,搅拌
23、均匀;然后再加入适量浓硫酸,迅速搅拌,观察到蔗糖逐渐变黑,体积膨胀,并产生有刺激性气味的气体。(1)生成的黑色物质是 (填化学式)。(2)有刺激性气味的气体的主要成分是 (填化学式),写出产生该气体的反应的化学方程式:。(3)上述实验现象表明浓硫酸具有 (填字母)。a.酸性 b.吸水性 c.脱水性 d.强氧化性5.如何证明酸雨中含有硫酸?请简述相关的实验操作步骤。6.现有两支分别盛有相同体积浓硫酸和稀硫酸的试管,请用简单的方法区别它们。7.某工厂使用的煤中硫的质量分数为0.64%,该工厂每天燃烧这种煤100 t,试计算:(1)如果煤中的硫全部转化为 SO2,该厂每天产生SO2的质量及这些SO2
24、在标准状况下的体积;(2)如果把产生的SO2全部用来生产硫酸,理论上每年(按365天计)可得到98%的浓硫酸的质量。8.请分析下图,并上网查阅相关资料,简述硫在自然界的循环过程,思考人类活动对硫的循环有什么影响。练习与应用?硫元素在自然界的循环第二节 氮及其化合物11氮元素位于元素周期表的第二周期、第A族。氮原子的最外电子层有5个电子,既不容易得到3个电子,也不容易失去5个电子。因此,氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。在自然界里,氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中,部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中,还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。氮是自然界各种生物体生
25、命活动不可缺少的重要元素,自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢?一、氮气与氮的固定由于氮分子内两个氮原子间以共价三键(NN)结合,断开该化学键需要较多的能量,所以氮气的化学性质很稳定,通常情况下难以与其他物质发生化学反应,无法被大多数生物体直接吸收。但在高温、放电等条件下,氮分子获得了足够的能量,使NN断裂,氮气能够与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应,分别生成氮化镁、一氧化氮和氨气等。N2+3Mg 点燃=Mg3N2N2+O2 放电或高温=2NON2+3H2 高温、高压催化剂 2NH3将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮
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