2019-2020年高中化學（大綱版）第一冊 第七章 碳族元素 無機非金屬材料 第一節(jié)碳族元素(第一課時).doc

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2019-2020年高中化學（大綱版）第一冊 第七章 碳族元素 無機非金屬材料 第一節(jié)碳族元素(第一課時) ●教學目標 1.使學生了解碳族元素的性質及其遞變規(guī)律。 2.使學生進一步了解運用元素周期律知識學習同主族元素性質及其遞變規(guī)律的方法。 3.培養(yǎng)學生的總結、思考、判斷能力。 ●教學重點 碳族元素性質的遞變規(guī)律 ●教學難點 以碳族元素知識為載體，培養(yǎng)學生的總結、思考、判斷能力 ●課時安排 一課時 ●教學方法 引導、探究、自學、練習 ●教學用具 投影儀 炭塊、鑷子 ●教學過程 ［引言］第ⅠA堿金屬元素易失去電子，表現(xiàn)活潑的金屬性；第ⅦA族鹵素易得到電子，表現(xiàn)活潑的非金屬性；居于它們中間的第ⅥA族元素性質如何呢？它們及其化合物有怎樣的用途？本章我們就來學習該族元素及其化合物的知識，用時了解幾種新型無機非金屬材料。 ［板書］第七章 碳族元素 無機非金屬材料 ［師］（用鑷子取一塊炭展示給學生）它和硅是兄弟關系，它就是我們初中學過的炭！ 請大家寫出碳和硅的原子結構示意圖，并說明它們結構上的異同點。 ［學生活動后回答］ 碳和硅的原子序數(shù)不同、電子層數(shù)不同，但最外層電子數(shù)相同。 ［板書］ ［師］從碳、硅的原子結構示意圖可以看出，碳、硅均為元素周期表中的第ⅣA族元素，且分屬于周期表中的二、三周期。 那么，與碳、硅同主族的四、五、六周期的元素的原子序數(shù)分別是多少呢？請大家根據各周期元素的種類數(shù)進行推斷，并寫出它們的原子結構示意圖。 ［學生活動，請一位同學上黑板寫出鍺、錫、鉛的原子結構示意圖］ ［學生板書］ ［師］能否寫出上述三種元素的符號和名稱呢？請大家用最快的速度識記并默寫。 ［學生或老師板書］ 鍺 Ge 錫 Sn 鉛 Pb ［師］由以上硅、鍺、錫、鉛的原子結構示意圖可以看出，它們的最外層都與碳一樣有4個電子，且同屬第ⅣA族，我們把它們統(tǒng)稱為碳族元素。 ［板書］第一節(jié) 碳族元素 ［師］以上我們所學的，就是碳族元素的名稱、符號及原子結構。 ［板書］一、碳族元素的名稱、符號及結構 ［過渡］下面，我們根據碳族元素的原子結構特點，來分析碳族元素在性質上的相似性和遞變性。 ［板書］二、碳族元素性質的相似性和遞變性 ［師］請大家根據碳族元素的原子結構特點，并結合元素周期律的知識，填寫下表： ［投影展示］ 碳族元素性質的遞變規(guī)律 ［上表可由學生回答，教師填寫完成，也可由學生獨立完成］ ［師］注意，碳族元素的氫化物的寫法是碳族元素在前，氫元素在后。 答案： ［師］請大家根據上表歸納并總結出碳族元素性質的相似性和遞變性。 ［教師引導，學生歸納、總結出以下結論］ ［板書］1.相似性 （1）最外電子層上均有4個電子，易形成共價鍵。 （2）最高正價均為+4價，最高價氧化物通式為RO2，對應水化物通式為：H2RO3〔或H4RO4或R（OH）4〕。 （3）氣態(tài)氫化物可表示為RH4。 2.遞變性 隨著原子序數(shù)的遞增，元素的原子半徑逐漸增大，得電子能力逐漸減弱，失電子能力逐漸增強，元素由非金屬性向金屬性遞變的趨勢明顯。 ［問題探究］根據元素周期律知識，Pb的金屬性比Sn強，而在金屬活動順序表中，Sn的活動性比Pb強，這是否矛盾？ ［生］不矛盾。看待事物的角度不同，結果也不同。 ［師］確實不矛盾。元素周期律所謂的金屬性和非金屬性，指的是元素原子在干態(tài)時的得失電子能力；而金屬活動性順序表，是依據金屬原子在水溶液中的失電子能力強弱所排列的，二者排列的依據不同，結果也不同。 ［師］第ⅣA族元素中，碳是典型的非金屬；硅雖外貌像金屬，但在化學反應中多顯示非金屬性，通常被認為是非金屬；鍺的金屬性比非金屬性強；錫和鉛都是金屬。由于硅和鍺在元素周期表中位于金屬和非金屬分界線附近，所以常用來做半導體材料。 由于碳族元素在周期表中處于容易失去電子的堿金屬與容易得到電子的鹵素的中間位置，這使得它們得失電子的能力都較弱，一般容易形成共價化合物。 另外，碳族元素的化合價除了+4價外，還有+2價。其中，碳、硅、鍺、錫的+4價化合物是穩(wěn)定的，而鉛的+2價化合物是穩(wěn)定的。因此，+4價的鉛（如PbO2）在參加化學反應時，往往會得電子而被還原成+2價的化合物，它本身是強氧化劑。 ［板書］3.主要化合價 +4、+2 Pb的+2價穩(wěn)定 ［問題探究］碳的+4價化合物穩(wěn)定，CO就應具有較強的還原性，那么，在什么條件下CO表現(xiàn)強還原性呢？ ［生］CO在高溫下表現(xiàn)強還原性。 ［師］對，所以常溫下，可以用濃H2SO4干燥CO。 ［投影例題］1.如果發(fā)現(xiàn)114號新元素（位于第七周期ⅣA族），下列有關X可能具有的性質合理的是 A.X是非金屬元素 B.X的+2價化合物比+4價化合物穩(wěn)定 C.XO2具有強氧化性 D.X有穩(wěn)定的氫化物 解析：根據碳族元素性質遞變規(guī)律，可推知114號元素的金屬性比鉛還強，一定是金屬元素。它的穩(wěn)定價態(tài)應與鉛相同，即為+2價，所以XO比XO2穩(wěn)定。+4價的X易得電子變成+2價，所以XO2具有強氧化性。X是金屬元素，不可能存在穩(wěn)定的氣態(tài)氫化物。 答案：BC 2.課本上說“……碳、硅、鍺、錫的+4價化合物是穩(wěn)定的，而鉛的+2價化合物是穩(wěn)定的”。 （1）根據上一句話判斷：錫的+2價化合物（如SnCl2）應具有較強的___________性，鉛的+4價化合物應具有較強的_____________性。 （2）Fe3O4可以寫成FeOFe2O3的形式，根據化合價規(guī)律和這種書寫方法，若將Pb3O4用上述形式表示，其化學式可寫為______________。 （3）PbO2與濃鹽酸可發(fā)生氧化還原反應生成Cl2，該反應的化學方程式為____________________________。 解析：（1）關鍵要理解錫的+4價化合物是穩(wěn)定的，因而+2價化合物不穩(wěn)定，容易轉變?yōu)?4價化合物，而顯示較強的還原性；同理，鉛的+4價化合物具有較強的氧化性。 （2）鉛的兩種常見化合價中，+2價穩(wěn)定，+4價不穩(wěn)定，易得電子被還原。題中信息表明，F(xiàn)e3O4中有+2、+3兩種價態(tài)的鐵元素。思維遷移到Pb3O4中鉛的化合價+2價和+4價。仿照上述形式的寫法，將Pb3O4寫成2PbOPbO2，此化合物中正負化合價的代數(shù)和為零。 （3）PbO2與濃鹽酸反應，已知濃鹽酸的氧化產物是Cl2，則PbO2的還原產物必然是+2價的化合物，這里應是PbCl2，另有H2O生成。（注：此處也可將MnO2與濃鹽酸的反應遷移，即可寫出PbO2與濃鹽酸反應的化學方程式） 答案：（1）還原 氧化 （2）2PbOPbO2 （3）PbO2+4HClPbCl2+Cl2↑+2H2O ［過渡］以上我們學習了碳族元素的原子結構及化學性質，下面，我們通過下表來認識一下碳族元素單質的物理性質。 ［板書］4.單質的物理性質 ［投影展示］ 碳族元素及其單質的一些重要性質 ［師］從上表可看出，實驗測出的碳族元素原子半徑的遞變規(guī)律與我們根據原子核外電子排布預測的是一致的。碳族元素單質的密度是從碳到鉛逐漸增大，熔、沸點逐漸降低，錫的熔、沸點較特殊，這與其成鍵情況及空間結構有關系。 ［問］碳元素形成的單質，在表上列出了金剛石和石墨兩種，它們與碳元素的關系是什么？ ［生］它們都是碳元素的同素異形體。 ［問］二者性質、用途有何不同？ ［生］金剛石的熔點和沸點較高，硬度大，難溶于溶劑，不能導電；主要用于制造鉆具、裝飾品。 石墨熔點很高，質軟有滑膩感，是電的良導體。主要用于制造潤滑劑、電極、耐火材料。 ［問］碳元素只有金剛石和石墨兩種同素異形體嗎？ ［生］不止金剛石和石墨，還有C60、C70等。 ［師］對，C60是一種較重要的碳單質。下面請同學們閱讀課本P144“C60及其應用前景”。 ［學生閱讀］ ［板書］5.C60簡介 ［師］從閱讀材料里我們可以看出，碳元素除了金剛石和石墨外，還有多種同素異形體，在已發(fā)現(xiàn)的碳族成員如C50、C60、C70、C84……中C60是最穩(wěn)定的。C60可以形成各種化合物，可用作高溫潤滑劑、耐熱和防火材料等。目前，將C60應用于超導體、材料科學等領域的探索正在不斷地深入。 C60分子的結構是足球狀的，是由20個正六邊形和12個正五邊形呈一定弧度一個接一個地排列成的一個球體分子。它的結構是由英國科學家克羅托教授最先設想出來的。在他為了這個大大的“碳分子”的結構而冥思苦想、食不知味、睡不入眠的時候，是著名建筑學家布克曼斯特富勒設計的一個球形模型給了他靈感。所以，他又把自己設計的這種新的碳分子的結構，稱為“富勒籠球”。 C60及一系列碳族分子的發(fā)現(xiàn)，是化學發(fā)展史上一件具有劃時代意義的大事。為了表彰這一重大科學成就，1996年的諾貝爾化學獎授給了克羅托和另外兩位對C60的發(fā)現(xiàn)做出貢獻的科學家——美國賴斯大學的化學教授柯爾和斯莫利。 ［投影練習］ 1.下列氣態(tài)氫化物中最不穩(wěn)定的是 A.CH4 B.NH3 C.SiH4 D.H2S 答案：C 2.根據碳族元素的相似性和遞變規(guī)律，并結合其一般性和特殊性的知識，判斷下列說法中正確的是 A.CO2為弱氧化劑，PbO2為強氧化劑 B.CO2、PbO2都是弱氧化劑，CO和PbO都是還原劑 C.Sn（OH）2可與HCl反應，但不與NaOH反應 D.鍺單質的熔點在Si和Pb之間，是半導體 答案：AD 3.近年來，科學家發(fā)現(xiàn)一種新分子，它具有空心的類似足球狀結構，化學式為C60，下列說法正確的是 A.C60是一種新型化合物 B.C60和石墨都是碳的同素異形體 C.C60在純氧中充分燃燒只生成唯一產物CO2 D.C60的摩爾質量為720 答案：BC ［小結］本節(jié)課我們學習了碳族元素的結構特點及隨著原子序數(shù)的遞增，其性質遞變的規(guī)律，同時還認識了碳元素的另一種同素異形體——C60。 ［布置作業(yè)］1.復習初中所學碳及其化合物的知識。 2.預習硅及其化合物的知識。 ●板書設計 第七章 碳族元素 無機非金屬材料 第一節(jié) 碳族元素 一、碳族元素的名稱、符號及結構 二、碳族元素性質的相似性和遞變性 1.相似性 （1）最外電子層上均有4個電子，易形成共價鍵。 （2）最高正價均為+4價，最高價氧化物通式為RO2，對應水化物通式為：H2RO3〔或H4RO4或R（OH）4〕。 （3）氣態(tài)氫化物可表示為RH4。 2.遞變性 隨著原子序數(shù)的遞增，元素的原子半徑逐漸增大，得電子能力逐漸減弱、失電子能力逐漸增強，元素由非金屬性向金屬性遞變的趨勢明顯。 3.主要化合價 +4、+2 Pb的+2價穩(wěn)定 4.單質的物理性質 5.C60簡介 ●教學說明 本節(jié)課是學生學完元素周期表后，繼氧族之后的又一族元素，其重點是要在深刻理解和熟練運用元素周期表的基礎上去學習碳族元素性質的遞變規(guī)律，也即強調了學生在學習過程中的活學活用。因此，怎樣調動學生學習的積極性，讓學生積極主動地參予到教學過程中來，是本節(jié)課教法上要解決的問題。在這里，我用了實物展示，引導學生總結、歸納、復習、練習等方法來達到這一目的，并向學生介紹C60的結構及有關情況，以擴展學生的視野。