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2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第一冊 第六章 氧族元素 環(huán)境保護(hù) 第一節(jié)氧族元素(第二課時) ［引言］氧族元素中氧為首領(lǐng)，其單質(zhì)ＯO2是環(huán)繞在地球表面大氣對流層中的一種與生物生命息息相關(guān)的重要?dú)怏w，它還能在社會各行各業(yè)(工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技、國防、醫(yī)療等)中，顯示其非凡的身手。氧氣有何過人之處呢?因?yàn)樗且环N來自于空氣、無公害的強(qiáng)氧化劑。它還有一位功不可沒的同根兄弟——“ＯO3”，號稱生命的衛(wèi)士。化學(xué)上，將它們稱為同素異形體，請看相關(guān)內(nèi)容。 ［板書］一、臭氧 ［承轉(zhuǎn)］化學(xué)上為何將ＯO3、ＯO2稱為同素異形體，其含義是什么?在弄清這個問題之前，我們先比一比兩兄弟。 ［引導(dǎo)］ＯO3與ＯO2，均由氧元素組成，在分子組成上只不過僅是一個O原子之差，但兩兄弟的“脾氣”和“外貌”卻大相徑庭。 ［板書］1.ＯO3與ＯO2物理性質(zhì)的對比 ［學(xué)生閱讀］課本“二、臭氧物理性質(zhì)”并與ＯO2對比。 ［投影］ＯO3與ＯO2物理性質(zhì)的對比 Ｏ O3 O2 色、味、態(tài) 通常為一有特殊臭味的淡藍(lán)色氣體，液態(tài)ＯO3呈深藍(lán)色，固態(tài)ＯO3為紫黑色 通常為一無色無氣味的氣體 液態(tài)ＯO2呈淡藍(lán)色，固態(tài)ＯO2呈雪花狀，淡藍(lán)色 溶解度(水中) 大 小 熔點(diǎn) －251℃ －２１８℃ 沸點(diǎn) －１１２．.４℃ －１８３℃ ［師］由上表可知，ＯO3與ＯO2的組成元素雖然相同，但物理性質(zhì)卻差別甚大。化學(xué)上，我們把由同一種元素形成的不同的單質(zhì)，稱為這種元素的同素異形體。 ［板書］同素異形體：由同一種元素形成的性質(zhì)不同的單質(zhì)，叫做這種元素的同素異形體。 ［師］如我們剛才所學(xué)的ＯO2和ＯO3就是氧元素的同素異形體。 ［問］我們以前可曾學(xué)過由同一種元素形成的不同單質(zhì)嗎？它們是誰？ ［生］有！如金剛石和石墨都由碳元素組成；紅磷和白磷都由磷元素組成。 ［師］很好！這也就是說，金剛石和石墨都是碳元素的同素異形體；紅磷和白磷都屬磷元素的同素異形體。 ［問］鈉原子（Na）和鈉離子（Na+）都是由同一種元素——鈉元素組成，它們是鈉的同素異形體嗎？為什么？ ［生］不是，因?yàn)镹a和Na+是同一元素的不同粒子，不屬單質(zhì)。 ［問］水（H2O）與過氧化氫（H2O2）的組成元素完全相同，它們是同素異形體嗎？為什么？ ［生］不是，因?yàn)樗鼈兪怯赏耆嗤膬煞N元素組成的兩種不同的化合物。 ［問題探究］理解同素異形體的概念時應(yīng)把握的關(guān)鍵之處是什么？ ［生］必須是“同一元素”的“不同種單質(zhì)”。 ［師］那么，H與H是否為同素異形體？它們之間的關(guān)系是什么？ ［生］不是，它們互為同位素。 ［師］同位素是我們在上一章所學(xué)的概念，它和同素異形體的區(qū)別是什么呢？ （學(xué)生討論后回答） ［生］同位素是指質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的同一元素的不同原子，如Cl和Cl；同素異形體是指由同一種元素形成的幾種性質(zhì)不同的單質(zhì)，如白磷和紅磷，金剛石和石墨，我們剛學(xué)過的硫也有多種同素異形體。 ［教師補(bǔ)充］同位素強(qiáng)調(diào)的是原子間的互稱；同素異形體強(qiáng)調(diào)的是單質(zhì)間的互稱，同素異形體之間的性質(zhì)差異主要是由于它們的結(jié)構(gòu)不同所造成的。 ［過渡］由剛才的學(xué)習(xí)我們知道，O3和O2的物理性質(zhì)差別很大，那么，它們的化學(xué)性質(zhì)是否也有著巨大的差別呢？ ［板書］2.臭氧的化學(xué)性質(zhì) ［學(xué)生閱讀］有關(guān)臭氧化學(xué)性質(zhì)的內(nèi)容并與ＯO2對比。 ［提問］ＯO3與ＯO2相比，有無共性?有何差別? ［回答］二者都具氧化性，而且ＯO3比ＯO2有著更強(qiáng)的氧化性；另外ＯO3不穩(wěn)定，能分解。 ［小結(jié)并板書］(1)極強(qiáng)氧化性 (2)不穩(wěn)定性：２ＯO3===３ＯO2 ［思考］上述反應(yīng)是否為氧化還原反應(yīng)?為什么? ［回答］否，因反應(yīng)前后元素的化合價未發(fā)生變化。 ［講述］ＯO3具有極強(qiáng)的氧化性，如不活潑金屬Ag、Hg等在空氣或氧氣中不易被氧化，而在常溫下卻能被臭氧氧化，再如酒精、棉絮等易燃物，常溫下遇較多的ＯO3會立即著火，從而引起不可想象的火災(zāi)，不過天公作美，地面附近大氣層中ＯO3含量極微，僅占0.001 ppm。 臭氧相對于ＯO2不穩(wěn)定，常溫下能緩慢分解，若加熱或高溫或有MnＯO2作催化劑時可迅速分解，而且ＯO3生成ＯO2的反應(yīng)為一放熱反應(yīng)，這也說明ＯO3比ＯO2更為活潑。 ［提問］造成ＯO3與ＯO2化學(xué)性質(zhì)差別的原因是什么? ［回答］源于它們的分子組成、分子結(jié)構(gòu)不同。 ［過渡］大家熟知，ＯO2的用途極為廣泛，ＯO3又有哪些重要用途呢? ［學(xué)生閱讀］ＯO3用途的相關(guān)內(nèi)容 ［板書］3.臭氧的用途 脫色劑、消毒劑等 ［思考］ＯO3用于脫色、消毒，基于其什么性質(zhì)? ［回答］強(qiáng)氧化性 ［講述］空氣中微量ＯO3(1 ppm以內(nèi))對人體健康有益，因?yàn)樗軞⒕?，刺激中樞神?jīng)，加速血液循環(huán)，令人產(chǎn)生爽快振奮之感。療養(yǎng)院常設(shè)在空氣新鮮宜人的松林里，因其中含微量ＯO3，是由松林這種針葉樹的樹脂在被ＯO2氧化的過程中產(chǎn)生的。另外，雷雨之后，當(dāng)漫步街頭田野，同樣感到空氣格外的清新，其原因一是雨水洗凈了塵埃，二是打雷閃電時，空中產(chǎn)生了臭氧(３ＯO22ＯO3)。但是，當(dāng)空氣中ＯO3含量超過10－5%(體積分?jǐn)?shù))時，就會對人體、動植物及其他露置物質(zhì)造成極大危害，這就是說當(dāng)ＯO3含量較多時，它就成了一種大氣污染物，因此，對于ＯO3應(yīng)全面辯證地認(rèn)識其功與過。 ［轉(zhuǎn)引］自然界中的ＯO3(90%)主要集中于離地面15 km～50 km的大氣平流層中，稱為臭氧層，是地球生命的保護(hù)傘。 ［設(shè)問］那么為什么說ＯO3是地球生命的保護(hù)傘? ［講述］臭氧層中臭氧含量很少，卻可以吸收來自太陽的大部分短波紫外輻射，因此，臭氧層恰似過濾器一般，阻擋了紫外線，給地球送來了濾過的益于萬物生長的光和熱，使地球生命免遭災(zāi)難，減少了呼吸道疾病、白內(nèi)障、皮膚病、腫瘤、癌癥等的發(fā)病率。所以臭氧層是一個天然保護(hù)傘，是名符其實(shí)的“生命衛(wèi)士”。 然而，近年來，南極上空的臭氧層出現(xiàn)了空洞，北極上空ＯO3濃度也有所減少，臭氧層對生物的保護(hù)作用正在減弱，有害射線已對地球生物造成嚴(yán)重危害，如皮膚腫瘤患者劇增，僅據(jù)美國1979年統(tǒng)計(jì)，死于皮膚癌的人數(shù)已達(dá)13600多名，患皮膚腫瘤者已達(dá)30多萬。那么，破壞臭氧層的罪魁禍?zhǔn)资钦l呢?——氟氯烴、氮氧化物、碳氧化物等氣體，這種現(xiàn)象已引起世人普遍關(guān)注，所以《保護(hù)臭氧層維也納公約》《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》等國際公約相繼出臺，決定減少并逐步停止氟氯烴等的生產(chǎn)和使用，大力開發(fā)無氟制冷工業(yè)，并把9月16日定為“保護(hù)臭氧國際日”，所以我們要保護(hù)臭氧層，保護(hù)環(huán)境，熱愛地球。 ［板書］4.保護(hù)臭氧層 ［投影］氟氯烴破壞臭氧層的原理： 例：1995年，諾貝爾化學(xué)獎授于致力于研究臭氧層破壞問題的三位環(huán)境化學(xué)家，大氣中的臭氧層可濾除大量的紫外線，保護(hù)地球上的生物。氟利昂(氟氯烴的商品名稱)上升到大氣平流層中，可在紫外光作用下分解產(chǎn)生氯原子，氯原子會對臭氧層產(chǎn)生長久的破壞作用。有關(guān)反應(yīng)如下： Ｏ請判斷，在上述臭氧變成氧氣的反應(yīng)過程中，氯原子是 A.反應(yīng)物 B.生成物 C.中間產(chǎn)物 D.催化劑 解析：由題中信息可以看出：Cl原子在反應(yīng)過程中發(fā)生下列變化：ClClOCl，但反應(yīng)前后Cl原子的數(shù)量和化學(xué)性質(zhì)都沒有變化，因此是催化劑。 答案：D ［講解］導(dǎo)致臭氧層被破壞的主要物質(zhì)除氯氟烴外，還有溴氟烴，如CBr2F2、CBrF3等，溴氟烴破壞臭氧層的能力比氯氟烴還要強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，含Cl或Br的上述物質(zhì)的1個分子可破壞約十萬個臭氧分子。 保護(hù)臭氧層最有效的方法就是盡快停止生產(chǎn)和使用氟利昂和哈龍類人工物質(zhì)。目前國內(nèi)市場上出售的“無氟冰箱”就是指不用氟氯烴（CFC）作致冷劑的冰箱，而代之以HFC（含氫氟烴），用的發(fā)泡劑是HCFC（含氫含氯氟烴），是第二代氟利昂。但HCFC對地球的溫室效應(yīng)卻是CO2的1000~1xx倍，所以其并不理想?！睹商乩麪栕h定書》規(guī)定，發(fā)達(dá)國家將在2020年原則上禁止使用HCFC?？傊?，許多國家在開發(fā)新產(chǎn)品和新技術(shù)方面已在行動，這對臭氧層的自動“愈合”具有很大的推動作用。 根據(jù)世界氣象組織的數(shù)據(jù)，盡管世界上許多國家作出了努力，但目前大氣中氯的濃度降低到臭氧洞出現(xiàn)前的水平，大約需要半個世紀(jì)的時間，臭氧層保護(hù)任重而道遠(yuǎn)。 愿我們通過自己的行動，讓世界擁有一個“健康”的天空。 ［過渡］下面，我們來學(xué)習(xí)另一種重要的化合物——過氧化氫 ［板書］二、過氧化氫（H2O2） ［師］請大家閱讀課本P124過氧化氫部分，總結(jié)出過氧化氫的性質(zhì)。 ［學(xué)生活動］ ［師］過氧化氫的物理性質(zhì)有哪些？ ［生］無色粘稠液體，水溶液俗稱雙氧水，市售雙氧水中H2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般約為30%。 ［板書］1.物理性質(zhì)：無色粘稠液體，水溶液俗稱雙氧水 ［問題探究］根據(jù)H2O2中氧元素的化合價，來推測H2O2的化學(xué)性質(zhì)。 ［生］在H2O2中，氧顯－1價。在化學(xué)反應(yīng)中，H2O2既能被氧化成O2（氧元素化合價為零價），也能被還原成H2O（氧元素化合價為－2價），故H2O2既有氧化性又有還原性。 ［師］十分正確。事實(shí)上H2O2主要以氧化性為主。 ［問］通過閱讀課本，H2O2還具有哪些化學(xué)性質(zhì)呢？ ［生］弱酸性，不穩(wěn)定性。 ［板書］2.化學(xué)性質(zhì)：弱酸性、氧化性、還原性、不穩(wěn)定性 2H2O22H2O+O2↑ ［問］怎樣證明H2O2分解有O2產(chǎn)生？ ［生］用帶火星的木條檢驗(yàn)，看是否復(fù)燃。 ［補(bǔ)充演示］Ｈ2ＯO2的分解（在盛有雙氧水的試管中加少量MnO2，并用帶火星的木條檢驗(yàn)） 現(xiàn)象：迅速產(chǎn)生大量氣泡，用帶火星的木條檢驗(yàn)確為ＯO2。 ［討論］用如圖裝置及上述原理制取ＯO2與用加熱ＫＣCｌlＯO3和ＭｎＯO2混合物制ＯO2的方法相比有何優(yōu)點(diǎn)?（投影裝置圖） ［結(jié)論］便于操作，便于控制。 ［投影練習(xí)］在下列四種溶液中，分別加入少量固體ＭｎＯO2，能產(chǎn)生氣體的是 A.3% Ｈ2ＯO2溶液 B.1 molＬ－1 NaOH溶液 C.1 molＬ－1 ＫＣCｌlＯO3溶液 D.1 molＬ－1 鹽酸 (NaOH溶液與ＭｎＯO2在任何條件下都不反應(yīng)，C選項(xiàng)從表面看很似實(shí)驗(yàn)室制ＯO2的方法，但實(shí)驗(yàn)室制ＯO2是用固體ＫＣCｌlＯO3和ＭｎＯO2固體在加熱條件下制得，ＭｎＯO2與濃鹽酸在加熱條件下反應(yīng)生成ＣCｌl2，D項(xiàng)中1 molＬ－1 HCl為稀鹽酸，且缺少加熱條件，故不可能有Cl2產(chǎn)生，答案為A。此題應(yīng)提醒學(xué)生注意反應(yīng)條件) 思考：如何保存過氧化氫？為什么？ ［應(yīng)置于棕色瓶內(nèi)避光陰涼處保存，因?yàn)槠洳环€(wěn)定，易分解］ ［師］聯(lián)系過氧化氫的性質(zhì)，總結(jié)、歸納其用途。 ［學(xué)生回答、教師板書］ 3.用途：氧化劑、漂白劑、消毒劑、脫氯劑、火箭燃料、實(shí)驗(yàn)室制O2。 思考：過氧化氫的元素組成與我們所熟悉的水一模一樣，它們的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及用途是否也一樣？若不一樣，有哪些差別？ 請大家討論、分析。 ［學(xué)生討論后各抒己見，教師可展示下列投影，供學(xué)生參考］ ［投影］Ｈ2ＯO2與Ｈ2ＯO的比較： ［投影練習(xí)］ 1.下列各組中互為同位素的是 ，互為同素異形體的是 A.ＯO2和ＯO3 B.Ｈ和Ｈ C.Ｈ2ＯO和Ｈ2ＯO2 D.ＯO2－和O 答案：B A 2.只由一種元素形成的單質(zhì)一定是純凈物嗎?為什么? 答案：像C、O、P、S等元素可形成同素異形體，即同一種元素的不同單質(zhì)。因此該題說法錯誤，應(yīng)為“不一定”。如說只由一種元素形成的純凈物一定是單質(zhì)，則是正確的。 3.試舉例說明有單質(zhì)參加或單質(zhì)生成的反應(yīng)不一定是氧化還原反應(yīng)。 答案：同素異形體之間的轉(zhuǎn)化不是氧化還原反應(yīng)，如：２ＯO3 ３ＯO2。 ［小結(jié)］本節(jié)課我們重點(diǎn)學(xué)習(xí)了O3與H2O2的有關(guān)知識，并知道了同素異形體的概念。 ［布置作業(yè)］1.課本習(xí)題二、四。 2.收集查找資料，寫一篇關(guān)于臭氧的小論文。 ●板書設(shè)計(jì) 第一節(jié) 氧族元素(第二課時) 一、臭氧 1.O3與O2物理性質(zhì)的對比 同素異形體：由同一種元素形成的幾種性質(zhì)不同的單質(zhì)，叫做這種元素的同素異形體。 2.臭氧的化學(xué)性質(zhì) (1)極強(qiáng)氧化性 (2)不穩(wěn)定性 ２ＯO3===３ＯO2 3.臭氧的用途 脫色劑、消毒劑等 4.保護(hù)臭氧層 二、過氧化氫 1.物理性質(zhì)：無色粘稠液體，水溶液俗稱雙氧水 2.化學(xué)性質(zhì)：弱酸性、氧化性、還原性、不穩(wěn)定性 2H2O22H2O+O2↑ 3.用途：氧化劑、漂白劑、消毒劑、脫氯劑、火箭燃料、實(shí)驗(yàn)室制O2 ●教學(xué)說明 關(guān)于臭氧和過氧化氫的內(nèi)容，教學(xué)大綱只要求作常識性介紹，但筆者認(rèn)為在學(xué)科知識向綜合性、應(yīng)用性和實(shí)踐性轉(zhuǎn)化的今天，聯(lián)系生活實(shí)際，關(guān)注地球環(huán)境，關(guān)心人類健康是非常必要的，因此，本節(jié)課的設(shè)計(jì)注重以下幾點(diǎn)： 1.基本指導(dǎo)思想 挖掘臭氧知識，對學(xué)生進(jìn)行全面認(rèn)識事物的辯證唯物主義思想教育，滲透環(huán)保意識，結(jié)合實(shí)際中臭氧空洞的現(xiàn)象，使學(xué)生深刻認(rèn)識保護(hù)臭氧層的意義，通過氟氯烴破壞臭氧層原理的介紹，使學(xué)生感受到科學(xué)知識與生活、社會的密切關(guān)系。 2.教學(xué)目標(biāo) 在知識方面，緊抓同素異形體概念，并與同位素概念相比較，使學(xué)生真正從本質(zhì)上區(qū)別它們。在能力方面，結(jié)合Ｈ2ＯO2分解產(chǎn)生ＯO2的反應(yīng)，讓學(xué)生比較其與KClO3分解制O2的不同，從而培養(yǎng)其分析、思維、解決問題的能力。 3.教學(xué)策略 本文知識點(diǎn)很少，要求不高，主要是通過對臭氧知識的學(xué)習(xí)，對學(xué)生進(jìn)行一些思想教育，因此，教學(xué)策略著重于調(diào)動學(xué)生關(guān)注社會、關(guān)心環(huán)境、樹立主人翁意識。主要采取了結(jié)合一些數(shù)據(jù)、實(shí)例、現(xiàn)象分析臭氧的功與過，并要求學(xué)生進(jìn)一步收集查尋資料以便更多地了解臭氧；在培養(yǎng)能力方面，主要采用了啟發(fā)、引導(dǎo)、討論、比較、評價等方法。