高中化學 第二章 元素與物質世界 第1節(jié) 元素與物質的分類學案 魯科版必修1.doc

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第1節(jié)　元素與物質的分類 1．元素與物質的關系 (1)元素是物質的基本組成成分 ①元素是物質的基本組成成分，物質都是由元素組成的。 ②每一種元素都能自身組成單質，如氯元素形成氯單質(Cl2)，鈉元素形成鈉單質(Na)等等；有的元素還能形成多種單質，如氧元素可以形成氧氣(O2)和臭氧(O3)兩種單質。 ③絕大多數(shù)元素都能與其他元素組成化合物，如氯化鈉(NaCl)、氫氧化鉀(KOH)等。 ④相同的元素也可組成不同的化合物，如CO與CO2、Na2O2與Na2O等。 所以，元素的原子可以按照一定的規(guī)律以不同的種類和不同的方式進行組合，如含碳的物質： 其中，目前已發(fā)現(xiàn)的有機物已有三千多萬種。 (2)元素在物質中的存在形態(tài) 根據(jù)元素存在的物質種類不同，一般把元素分成兩種存在形態(tài)： ①游離態(tài)：元素在單質中的存在形態(tài)。 ②化合態(tài)：元素在化合物中的存在形態(tài)。 例如，鐵元素在金屬鐵中呈游離態(tài)，在三氧化二鐵中呈化合態(tài)。同種元素在不同的化合物中可能呈現(xiàn)不同的價態(tài)。例如，鐵元素在氯化亞鐵中呈現(xiàn)＋2價，在三氯化鐵中呈現(xiàn)＋3價。對于元素的同一價態(tài)，總有一定的對應物質。例如，對應＋2價的碳元素，有CO；對應＋4價的碳元素，有CO2、H2CO3、CaCO3等。 【例1】 下列說法中不正確的是(　　) A．一種元素可能形成兩種或多種不同的單質 B．單質的種數(shù)一定多于元素的種數(shù) C．只含一種元素的物質不一定是純凈物 D．只含碳元素的物質在氧氣中燃燒只能生成一種物質 解析：物質是由元素構成的，一種元素可能形成兩種或多種不同的單質，因而只含一種元素的物質不一定是純凈物。例如，碳元素可構成金剛石、石墨、足球烯等單質，單一的單質為純凈物，多種單質混在一起則為混合物。同樣的原理可推得單質的種類一定多于元素的種數(shù)。只含碳元素的物質(如金剛石、石墨、足球烯)在氧氣中燃燒，根據(jù)與氧氣的相對多少，可能生成二氧化碳，也可能生成一氧化碳，還可能生成二氧化碳和一氧化碳的混合物。 答案：D 理解元素與物質的關系時要注意：將物質分為純凈物和混合物的標準是根據(jù)組成物質的種類是否單一，而不是根據(jù)元素的種類多少。 2．物質的分類 對物質進行有效的分類在化學學習中有著重要的意義。因為物質的種類繁多，數(shù)量巨大，不可能逐一研究。對物質進行科學分類再分門別類地研究它們的結構、性質和用途，則容易找到有關規(guī)律，把握物質的本質屬性和內在聯(lián)系，最大限度地服務于人類社會。 根據(jù)研究的需要，可以從多種角度對物質進行分類，并得到不同的分類結果。 (1)根據(jù)物質由一種還是兩種以上物質(分子)組成，將物質分為純凈物和混合物。由同種物質(分子)組成的物質叫純凈物；由不同種物質混合而成的物質叫混合物。 (2)根據(jù)組成物質的元素種類，把純凈物分為單質和化合物。 (3)化合物的分類方法有很多，按性質不同可分為氧化物、酸、堿和鹽，這是一種重要的分類方法，但并不是唯一的分類方法。如根據(jù)其在水溶液中或熔融狀態(tài)下能否導電，可分為電解質和非電解質；根據(jù)其組成與結構可分為離子化合物和共價化合物；根據(jù)其反應過程中化合價的變化可分為氧化劑和還原劑等。 (4)根據(jù)混合物中被分散物質的顆粒大小，可將其分為溶液、濁液和膠體。 (5)根據(jù)物質的組成和性質可將物質進行如下簡單分類： 其中把能與堿反應生成鹽和水的氧化物稱為酸性氧化物，如二氧化碳、二氧化硫等；把能與酸反應生成鹽和水的氧化物稱為堿性氧化物，如氧化鈉、氧化銅等。 辨誤區(qū) 物質分類中的易錯點 (1)只由一種元素組成的物質，可能是純凈物，也可能是混合物。例如，O2、O3均是純凈物，而O2和O3混合后雖然只由一種元素組成，但屬于混合物。 (2)冰和水混合在一起仍是純凈物，因為二者僅是狀態(tài)不同，但組成相同，都是H2O，是同一種物質。 (3)并不是所有的金屬氧化物都是堿性氧化物，如Mn2O7為酸性氧化物；并不是所有的非金屬氧化物都是酸性氧化物，如CO、NO等。 相關參考：對于同樣的物質，采用不同的分類依據(jù)進行分類時，它可能屬于不同的類別。 以上分類方法叫做交叉分類法。應用交叉分類法對物質進行分類，有利于從不同角度來全面地認識物質。 【例2】 每組中都有一種物質與其他物質在分類上不同。試分析每組中物質的組成規(guī)律，將這種不同于其他物質的物質找出來。 (1)NaCl、KCl、NaClO、BaCl2 (2)HClO3、KClO3、Cl2、NaClO3 (3)H3PO4、H4SiO4、HCl、H2SO4 (4)濁液、溶液、膠體、水 (5)空氣、N2、HCl氣體、CuSO45H2O (6)銅、金、銀、鈉 解析：雖然從不同的角度對物質進行分類，會有不同的分類結果，但只要仔細分析每組中各物質在元素組成、化合價上的特點，找出其相似性，即可找出一種不同的物質。 (1)只有NaClO不是無氧酸，它是HClO的鈉鹽，其中氯元素的化合價也不同于其他三種。 (2)只有Cl2中Cl元素化合價為0，其他均為＋5價。 (3)只有HCl為無氧酸。 (4)濁液、溶液和膠體均是混合物，而水是純凈物。 (5)只有空氣屬混合物，其他為純凈物。 (6)只有鈉屬活潑金屬，在金屬活動順序表中排在H的前面，其他為不活潑金屬，排在H之后。 答案：(1)NaClO　(2)Cl2　(3)HCl　(4)水　(5)空氣　(6)鈉 3.根據(jù)物質類別研究物質性質 對物質進行分類后，可以認識某類物質的一般性質，并據(jù)此對屬于該類別的具體物質的性質進行預測。 單質、氧化物、酸、堿和鹽的關系： (1)金屬單質的化學通性 金屬＋非金屬―→無氧酸鹽 金屬＋氧氣―→金屬氧化物 較活潑金屬＋酸―→鹽＋氫氣 較活潑金屬＋較不活潑金屬的鹽溶液―→較不活潑金屬＋較活潑金屬的鹽溶液 (2)氧化物的化學通性 酸性氧化物＋水―→含氧酸 酸性氧化物＋堿―→鹽＋水 酸性氧化物＋堿性氧化物―→鹽 堿性氧化物＋水―→堿 堿性氧化物＋酸―→鹽＋水 (3)酸的化學通性 酸＋酸堿指示劑：使紫色石蕊溶液變紅色 酸＋活潑金屬―→鹽＋氫氣 酸＋金屬氧化物―→鹽＋水 酸＋堿―→鹽＋水 酸＋鹽―→新酸＋新鹽 (4)堿的化學通性 堿＋酸堿指示劑：使紫色石蕊溶液變藍色，無色酚酞溶液變紅色 堿＋酸性氧化物―→鹽＋水 堿＋酸―→鹽＋水 堿＋鹽―→新堿＋新鹽 (5)鹽的化學通性 鹽＋酸―→新鹽＋新酸 鹽＋堿―→新鹽＋新堿 鹽＋鹽―→新鹽＋新鹽 析規(guī)律 類比法分析物質的性質 研究單質、氧化物、酸、堿和鹽之間的相互關系時，首先要選定一類物質，預測它可能與哪些類別的物質發(fā)生反應，然后選出各類物質的代表物，探究它們之間能否發(fā)生反應。 【例3】 下表有三組物質，每組均有甲、乙、丙三種物質(酸、堿、鹽均為溶液)。 第Ⅰ組 第Ⅱ組 第Ⅲ組 甲 BaCl2 Fe Cu(NO3)2 乙 Fe2O3 K2SO4 H2SO4 丙 Zn NaOH MgCl2 根據(jù)該表回答問題： (1)第Ⅲ組中有一種物質能與第________組中的所有物質反應，這種物質是________。 (2)不跟第Ⅰ組所有物質發(fā)生反應，但能與第Ⅲ組中所有物質發(fā)生反應的是第________組中的物質________。其化學方程式分別為______________________________________。 解析：第Ⅱ組中的K2SO4與第Ⅲ組中的H2SO4含有相同的酸根離子，不能反應，與另外兩種物質也不具備復分解反應發(fā)生的條件，故排除第Ⅱ組。第Ⅰ組物質分別是金屬、堿性氧化物、鹽三類，只有酸類物質能與其都發(fā)生反應。因而第Ⅲ組中的H2SO4符合(1)的要求。 剩下的第Ⅱ組中的K2SO4不能與第Ⅲ組所有物質反應，F(xiàn)e和MgCl2之間也不能發(fā)生反應，只有NaOH與Cu(NO3)2、H2SO4、MgCl2都可以發(fā)生反應，且NaOH與第Ⅰ組中所有物質不反應，符合題意。 答案：(1)Ⅰ　H2SO4 (2)Ⅱ　NaOH 2NaOH＋Cu(NO3)2===Cu(OH)2↓＋2NaNO3 2NaOH＋H2SO4===Na2SO4＋2H2O 2NaOH＋MgCl2===Mg(OH)2↓＋2NaCl 4．分散系 (1)定義：分散系是一種(或幾種)物質(分散質)分散到另一種物質(分散劑)里形成的混合物。 (2)組成 分散質：被分散成微粒的物質。 分散劑：微粒分散在其中的物質。 如NaCl溶液就是一種分散系，其中分散質為溶質NaCl，分散劑為溶劑H2O。 (3)分類 分散系根據(jù)分散質微粒直徑大小可分為溶液、膠體、濁液。 溶液：分散質微粒直徑小于1 nm的分散系。 膠體：分散質微粒直徑介于1～100 nm之間的分散系。 濁液：分散質微粒直徑大于100 nm的分散系。 形象地可用下圖表示： 談重點 三種分散系的本質區(qū)別 溶液、膠體、濁液三種分散系的本質區(qū)別是分散質微粒直徑大小。 【例4】 下列關于溶液的說法正確的是(　　) A．凡是均一、穩(wěn)定的液體，就是溶液 B．長期放置后不會分層的液體，就是溶液 C．一種物質里分散著另一種物質的液體是溶液 D．溶液一定是均一、穩(wěn)定的混合物 解析：溶液一定是均一、穩(wěn)定的分散系，是混合物。由于膠體也是均一、穩(wěn)定的分散系，因而說凡是均一、穩(wěn)定的液體是溶液或靜置不分層的液體是溶液都是不正確的；溶液、膠體、濁液都是由一種物質分散到另一種物質中形成的分散系。 答案：D 5．膠體 (1)膠體的定義、分類 ①定義 分散質微粒直徑大小介于1～100 nm之間的分散系。 ②分類 膠體 (2)膠體的性質 膠體的性質是由膠體中分散質微粒的直徑大小決定的，由于膠體中的分散質微粒的直徑介于溶液和濁液之間，膠體具有獨特的性質。 ①丁達爾現(xiàn)象 當可見光束通過膠體時，在入射光側面可觀察到光亮的通路，這種現(xiàn)象稱為丁達爾現(xiàn)象或丁達爾效應。 產生原因：產生丁達爾現(xiàn)象的原因并不是由于膠體微粒本身發(fā)光，而是因為可見光的波長在400～700 nm之間，膠體微粒在1～100 nm之間，小于可見光的波長，從而使光波發(fā)生散射(光波偏離原來方向而分散傳播)形成的。而溶液也發(fā)生光的散射，但由于溶液中微粒的粒度小于1 nm，散射極其微弱，所以當光束通過溶液時，看不到丁達爾現(xiàn)象。 談重點 辨析丁達爾現(xiàn)象 a．丁達爾現(xiàn)象是物理變化。 b．丁達爾現(xiàn)象可用來鑒別膠體和溶液。 c．丁達爾現(xiàn)象能說明膠體微粒直徑的大小范圍。 ②電泳 膠體分散質粒子在外加電場的作用下會發(fā)生定向移動，這種現(xiàn)象稱為電泳。 產生原因：膠體分散質微粒細小，有巨大的比表面積(單位質量具有的表面積)，能較強地吸附電性相同的離子，從而形成帶電微粒。這些微粒在外電場的作用下會發(fā)生定向移動。 辨誤區(qū) 膠體帶電嗎？ 膠體不帶電，帶電的是膠體中的分散質微粒，并且有的膠體膠粒不帶電荷，如淀粉膠體。 ③聚沉 當向膠體中加入可溶性鹽時，可溶鹽產生的陽離子或陰離子能中和膠體微粒所帶的電荷，從而使膠體微粒聚集成較大的粒子，在重力作用下形成沉淀析出。這種膠體形成沉淀析出的現(xiàn)象稱為聚沉。 使膠體聚沉的方法： a．加入可溶性電解質。例如：做豆腐時，在一定溫度下，向豆?jié){中加入CaSO4等電解質溶液，就能使豆?jié){中的蛋白質很快聚集而形成豆腐。一般說來，加入電解質時，帶電離子的濃度越大，電荷數(shù)越高，使膠體的聚沉效果越好。如：Fe3＋＞Ca2＋＞Na＋；PO＞SO＞Cl－(濃度相同)。 b．加入帶相反電荷膠粒的膠體。如：把Fe(OH)3膠體加入硅酸膠體中，兩種膠體均會發(fā)生凝聚，說明兩種膠體的膠粒帶相反的電荷。 c．加熱攪拌，使膠粒運動加快，碰撞機會增多，也能導致膠體凝聚。 (3)膠體與滲析 膠體的分散質微粒直徑介于1～100 nm之間，這樣的微粒能夠透過濾紙，而不能穿過半透膜。 滲析：利用半透膜分離膠體中的雜質分子或離子，從而提純、精制膠體的操作稱為滲析。 半透膜具有比濾紙更小的孔隙，允許小分子、離子透過，不允許膠粒通過。這樣膠體中的小分子、離子等雜質微粒與膠粒分開，達到提純膠體的目的。 (4)膠體的制備方法和原理 ①機械法：用特殊的機械加工方法將固體物質直接加工到納米級(1 nm＝10－9 m)的超細粉末粒子，如碳素墨水等。目前納米材料的生產原理就在于此。 ②反應法：如氫氧化鐵膠體的制備，向燒杯中加入少量蒸餾水，加熱至沸騰，然后逐滴向沸水中滴加1 molL－1(或飽和)的FeCl3溶液，并繼續(xù)煮沸至液體呈透明的紅褐色即得氫氧化鐵膠體。FeCl3＋3H2OFe(OH)3(膠體)＋3HCl。 ③溶解法：如淀粉、蛋白質溶解于水直接得到膠體(又叫高分子溶液)。 【例5】 將某溶液逐滴加入Fe(OH)3膠體內，開始時產生沉淀，繼續(xù)滴加時沉淀又溶解，該溶液是(　　) A．2 molL－1 NaOH溶液 B．2 molL－1 H2SO4溶液 C．2 molL－1 MgSO4溶液 D．硅酸溶膠 解析：Fe(OH)3膠體中加入H2SO4溶液后，硫酸可以電離出氫離子和硫酸根離子；而Fe(OH)3膠體也表現(xiàn)出“雙重性”，作為膠體，其分散質微粒帶少量正電荷，很快被硫酸根離子“中和”，從而沉淀析出；作為一種弱堿，F(xiàn)e(OH)3又與過量的氫離子反應而逐漸溶解。其他選項只能使Fe(OH)3溶膠發(fā)生聚沉作用。 答案：B 6．各種分散系的辨析、比較 分散系 溶液 膠體 濁液 分散質微粒直徑大小 ＜1 nm (10－9 m) 1～100 nm ＞100 nm 分散質微粒成分 離子或小分子 分子或離子的集合體 大量分子或離子的集合體 外觀特征 均勻、透明 均勻、透明或半透明 渾濁、不均勻、不透明 穩(wěn)定性 穩(wěn)定、靜置無沉淀 較穩(wěn)定 不穩(wěn)定、靜置有沉淀或分層 分散質能否透過濾紙 能 能 不能 分散質能否透過半透膜 能 不能 不能 分類 飽和溶液、不飽和溶液 固溶膠、液溶膠、氣溶膠 懸濁液、乳濁液 實例 食鹽水、蔗糖溶液 果凍、豆?jié){、肥皂水、血液、霧、云、煙 泥水 【例6－1】下列有關膠體和溶液的比較中不正確的是(　　) A．溶液呈電中性，膠體帶有電荷 B．分散質微粒均可通過濾紙 C．溶液中通過光束沒有特殊現(xiàn)象，膠體中通過光束有丁達爾現(xiàn)象 D．溶液中的分散質微粒能透過半透膜，而膠體中的分散質微粒不能 解析：膠體和溶液的本質區(qū)別是分散質微粒大小不同，從而引起性質的差別，根據(jù)膠體的性質逐項分析。A項，膠體中的膠粒帶電荷，而膠體呈電中性，錯誤；B項，膠體和溶液的組成微粒均可通過濾紙，正確；C項，丁達爾現(xiàn)象是膠體特有的性質，溶液中無此現(xiàn)象，正確；D項，半透膜允許溶液中的分散質微粒透過，但膠體中的分散質微粒不能透過半透膜，正確。 答案：A 【例6－2】“納米材料”是當今材料科學研究的前沿，其研究成果廣泛用于催化及軍事科學中。所謂“納米材料”是指研究、開發(fā)出的直徑從幾納米至幾十納米的材料，如將納米材料分散到分散劑中，所得混合物可能具有的性質是(　　) A．能全部透過半透膜 B．有丁達爾現(xiàn)象 C．所得液體呈膠狀 D．所得物質一定是懸濁液 解析：通過閱讀題目信息知：納米材料粒子直徑為幾納米至幾十納米，符合膠體分散質微粒直徑范圍1 nm～100 nm，所以納米材料分散到分散劑中形成的分散系屬于膠體，而不是呈膠狀，應具有膠體的性質，不能透過半透膜，能產生丁達爾現(xiàn)象，故選B。 答案：B 7．膠體的性質在實際生產生活中的應用 膠體在自然界中尤其是生物界中普遍存在，與人類的生活及環(huán)境有著密切的聯(lián)系。其主要應用場合如下： (1)工農業(yè)生產：土壤的保肥作用。土壤里許多物質如黏土、腐殖質等常以膠體形式存在；制有色玻璃固溶膠，冶金工業(yè)利用電泳原理選礦，原油脫水等。 (2)在醫(yī)學上：血液透析，血清紙上電泳，利用電泳分離各種氨基酸和蛋白質。高度分散的膠體越來越多地被用來檢驗或治療疾病。 (3)在日常生活里的膠體知識：制豆腐、明礬凈水。 (4)自然地理：江河入?？谔幮纬扇侵蓿纬稍硎呛Ｋ械碾娊赓|使江河中的土壤膠體粒子發(fā)生聚沉。 (5)在高科技領域，納米材料有著更進一步地發(fā)展和應用。 【例7－1】 不能用膠體的性質解釋的現(xiàn)象是(　　) A．在河流入海口處易形成三角洲 B．由豆?jié){制成豆腐 C．在NaCl溶液中滴入KNO3溶液看不到沉淀 D．同一鋼筆同時使用不同牌號的墨水可能發(fā)生堵塞 解析：河流中夾帶的泥沙膠粒，遇海水中電解質發(fā)生聚沉而形成三角洲。由豆?jié){制豆腐時，需向豆?jié){中加入電解質(用鹽鹵MgCl26H2O或石膏CaSO42H2O)，使蛋白質發(fā)生聚沉。C中不反應，與膠體知識無關。墨水屬膠體，不同牌號的墨水中膠粒吸附的電荷不同，若同一鋼筆使用不同牌號的墨水，膠?？赡軙嗷ブ泻退鶐щ姾啥鄢粒逛摴P堵塞。 答案：C 【例7－2】 在水泥、冶金工廠，常用高壓電對氣溶膠作用以除去大量煙塵，減少對空氣的污染，這種做法應用的原理是(　　) A．丁達爾現(xiàn)象　　　　　　 B．電泳 C．滲析 D．聚沉 解析：由題給條件可知：該煙塵為氣溶膠，在高壓電場作用下，帶電的膠體粒子向某一電極運動，減少了大氣污染，它應用了電泳原理。 答案：B