化 學 (必修一) 第三章 自然界中的元素

制作人:楊莉趙延軍專業(yè)班級:07級化學（4）班

學號:楊40707199

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西師范大學第三章自然界中的元素第一節(jié)碳的多樣性第二節(jié)氮的循環(huán)第三節(jié)硫的轉(zhuǎn)化第四節(jié)海水中的化學元素碳的多樣性多種多樣的碳單質(zhì)廣泛存在的含碳化合物碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化聯(lián)想質(zhì)疑哪些物質(zhì)含有碳元素?哪些現(xiàn)象與碳及其化合物有關(guān)?碳及其化合物在自然界中是如何轉(zhuǎn)化的?珊瑚溶洞蜂窩煤

金剛石、石墨和都是有碳元素組成的單質(zhì)。石墨是一種深灰色、質(zhì)軟、不透明的片狀固體；金剛石是硬度極高、無色透明的晶體；C60是灰黑色的固體。像這樣，由同一種元素組成的性質(zhì)不同的幾種單質(zhì)，叫做該元素的同素異形體。同素異形體石墨金剛石C60同素異形體o2o3一、多種多樣的碳單質(zhì)石墨結(jié)構(gòu)圖石墨制品石墨中，碳原子呈層狀排列，每一層上的碳原子以強的相互作用形成平面六邊形結(jié)構(gòu)；層與層之間的相互作用較弱，容易發(fā)生相互滑動。金剛石中，每個碳原子都與相鄰的四個碳原子以強的相互作用直接連接，形成正四面體結(jié)構(gòu)。碳60及一些多碳單質(zhì)C60分子是60個碳原子構(gòu)成的分子，形似足球，因此又叫足球烯，碳原子位于球的表面，呈正六邊形和正五邊形排列,球內(nèi)是空的。

C60與碳納米管

1985年，英國化學家克魯托、美國化學家斯莫利和柯爾在世界著名的期刊《自然》上發(fā)表文章，介紹他們在實驗室發(fā)現(xiàn)了一系列新的碳的同素異形體。這些碳的同素異形體是由偶數(shù)個碳原子構(gòu)成的，其中最穩(wěn)定的是C60。克魯托受美國建筑師富勒設(shè)計的蒙特利爾萬國博覽會美國館的球形建筑的啟發(fā)，繪出了C60分子的結(jié)構(gòu)并將C60家族命名為“富勒烯”。克魯托等的預(yù)測，由于C60籠內(nèi)有一個空腔，可以填入金屬原子，形成的物質(zhì)具有特殊的性質(zhì)，有可能成為新型的催化劑或催化劑的載體。這三位化學家因發(fā)現(xiàn)C60而與1996年榮獲諾貝爾化學獎。日本科學家用高分辨電鏡觀察電弧蒸發(fā)石墨所得到的陰極沉積物，又發(fā)現(xiàn)了有單層石墨卷曲而成的碳納米管。碳納米管獨特的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，決定它的物理化學和材料科學的領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。二、泛存在的含碳化合物有機物：蛋白質(zhì)，淀粉，天然氣等無機物大理石方解石白云石菱鋅礦菱鎂礦菱鐵礦碳酸鈉

碳酸氫鈉活動*探究碳酸鈉與碳酸氫鈉一、物理性質(zhì)及用途碳酸鈉（Na2CO3）俗稱純堿或蘇打，是白色固體，易溶于水，廣泛用于玻璃、造紙等工業(yè)。碳酸氫鈉（NaHCO3）俗稱小蘇打，是細小白色晶體，溶于水，是發(fā)酵粉的主要成分之一，用于治療胃酸過多。方法導引二、化學性質(zhì)大家已經(jīng)知道了碳酸鈣的化學性質(zhì)，碳酸鈉和碳酸氫鈉是否具有類似的化學性質(zhì)呢？碳酸鈉和其他碳酸鹽一樣，都能與鹽酸等酸反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳氣體。Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2碳酸氫鈉液能與鹽酸等酸反應(yīng)生成二氧化碳氣體。另外，碳酸氫鈉還能與NaOH溶液反應(yīng)生成碳酸鈉和水，而碳酸鈉則不能與NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)。NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O碳酸氫鈉的特殊性質(zhì)(穩(wěn)定性)2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2三、碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化1、自然界中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化

在自然界中，碳及其化合物間進行著永不停息的轉(zhuǎn)化，這些轉(zhuǎn)化是非常重要的。2、生產(chǎn)和生活中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化也廣泛存在于人類的生產(chǎn)和生活中。如：高爐煉鐵、木炭的燃燒等。高爐煉鐵示意圖熱空氣熔融狀態(tài)的鐵爐渣250600100020001300C+O2=CO2CO2+C=2COFeO+CO=Fe+CO2Fe3O4+CO=3FeO+CO23Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2高爐煤氣原料℃℃℃℃℃木炭的燃燒CCO2CO用化學方程式描述上述轉(zhuǎn)化過程，指出所發(fā)生的氧化還原反應(yīng)和還原劑？氮的循環(huán)氮在自然界中的循環(huán)氮循環(huán)中的重要物質(zhì)及其變化人類活動對自然界氮循環(huán)和環(huán)境的影響一、氮在自然界中的循環(huán)二、氮循環(huán)中的重要物質(zhì)及其變化1、氮氣與氮的固定

一般條件：氮氣的化學性質(zhì)不活潑，很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。一定條件：氮氣能與氧氣、氫氣等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。雷雨交加的雨天，空氣中的氮氣與氧氣可以直接化合，生成無色、難溶于水的一氧化氮（NO）氣體。

放電

N2+O22NO

一氧化氮氣體在常溫下與空氣中的氧氣迅速化合，生成紅棕色的、有刺激性氣味的二氧化氮（NO2）氣體。

2NO+O22NO212氮氣是由氮原子構(gòu)成的雙原子分子,兩個氮原子之間共用三對電子,使每個原子都達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。要破壞這種牢固結(jié)構(gòu)，需要很高的能量。生成的硝酸隨水淋灑到地面上，與土壤中的礦物作用，形成能被植物吸收的硝酸鹽，這樣，土壤得到空氣中的氮，促進植物生長。3二氧化氮溶于水時于水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮。

3NO2+H2O2HNO3+NO用什么方法才能較方便的把空氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為植物可以吸收的含氮化合物？

氮的固定1、定義：使空氣中游離氮轉(zhuǎn)化為含氮化和物的方法自然固氮高能固氮——閃電生物固氮——微生物（根瘤菌）2、分類

高溫、高壓人工固氮N2+3H2

催化劑2NH3

仿生固氮:用金屬有機化合物作催化劑,常溫常壓固氮實際上，在氮氣與氫氣反應(yīng)生成氨的同時，氨也在分解生成氮氣和氫氣。像這種在相同條件下能同時向正反兩個方向進行的反應(yīng)成為可逆反應(yīng)。在可逆反應(yīng)的化學方程式中用“”代替“”。觀察與思考實驗1在干燥的園底燒瓶里充滿氨氣，用帶有玻璃管和滴管（滴管里預(yù)先吸入少量的水）的塞子塞緊瓶口；立即倒置燒瓶，使玻璃管插入盛有水的燒杯里（水里事先加入少量酚酞溶液）；擠壓滴管的膠頭，使少量水進入燒瓶，觀察現(xiàn)象。實驗2分別在兩個集氣瓶中滴入濃氨水和濃鹽酸，蓋上玻璃片，然后抽取中間的玻璃片，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。氨的性質(zhì)２、氨與銨態(tài)氮肥氨的物理性質(zhì)

氨是沒有顏色、有刺激性氣味的氣體；在標準狀況下，密度為０．７７１ｇ／Ｌ，比空氣輕；既易溶于水且能快速溶解，在常溫、常壓下１Ｌ體積水能溶解約７００體積氨氣。氨的化學性質(zhì)

氨的噴泉實驗

氨溶解于水時于水發(fā)生反應(yīng)，生成一水合氨（NH3·H2O),溶液顯弱堿性。NH3+H2ONH3·H2O

氨與鹽酸反應(yīng)，生成氯化銨（NH4Cl）。

NH3+HClNH4Cl（白煙）氨的催化氧化氨中氮元素的化合價為最低，因此氨具有還原性，能與具有氧化性的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

工業(yè)制一氧化氮

高溫

4NH3+5O24NO+6H2O催化劑氨是氮肥工業(yè)和硝酸工業(yè)的重要原料。化學氮肥主要包括銨態(tài)氮肥（主要成分

是NH4)硝態(tài)氮肥（主要成分為NO3）和有機態(tài)氮肥——尿素[CO(NH2)2]。氮元素是植物體內(nèi)氨基酸和蛋白質(zhì)必需的組成元素，也是葉綠素的組成成分之一，因此施用氮肥能促進作物生長，并能提高作物中蛋白質(zhì)的含量。銨態(tài)氮肥包括硫酸銨[(NH4)2SO4]、碳酸氫銨(NH4HCO3)、氯化銨(NH4Cl)等。+-小實驗取少量氯化銨固體放在試管中加熱，觀察發(fā)生的現(xiàn)象．取少量碳酸氫銨固體放在試管中加熱，并將生成的氣體通入新制的石灰水中，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。在試管中加入少量氯化銨固體，再滴加適量的１０％NaOH溶液，加熱，并將濕潤的紅色石蕊試紙貼在玻璃棒上，靠近試管口，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。①②③實驗試驗現(xiàn)象結(jié)論及化學方程式①②③實驗記錄：銨鹽的性質(zhì)試管壁中上部變白NH4Cl=NH3+HClNH3+HCl=NH4Cl澄清石灰水變渾濁紅色石蕊試紙變藍NH4HCO3=NH3+CO2+H2ONH4Cl+NaOH=NH3+NaCl+H2O

３、硝酸及其應(yīng)用物理性質(zhì)純凈的硝酸是無色、易揮發(fā)、有刺激性氣味的液體，熔點為-42℃,沸點為83℃,密度為1.5g/cm

。3質(zhì)量分數(shù)在９８％以上的濃硝酸在空氣中由于揮發(fā)出HNO3會產(chǎn)生“發(fā)煙”現(xiàn)象，通常叫做發(fā)煙硝酸?；瘜W性質(zhì)濃硝酸受熱或見光分解產(chǎn)生棕紅色二氧化氮氣體。

4HNO32H2O+4NO2+O2

注意硝酸見光分解，應(yīng)將其保存于棕色試劑瓶，放置在蔭涼處。１受熱或見光２

濃硝酸與金屬反應(yīng)生成的氣體主要是二氧化氮

Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O

稀硝酸與金屬反應(yīng)生成的氣體主要是一氧化氮3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O注意：常溫下，濃硝酸可使鐵、鋁表面形成致密的氧化膜而鈍化，保護內(nèi)部金屬不再跟酸發(fā)生反應(yīng)，所以可以用鋁質(zhì)或鐵質(zhì)的容器盛濃硝酸。３濃硝酸在加熱條件下，還能與碳單質(zhì)等非金屬單質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

C+4HNO3(濃)=CO2+4NO2+2H2O硝酸具有強氧化性，能與除金、鉑、鈦以外的大多數(shù)金屬反應(yīng)，產(chǎn)物與硝酸濃度有關(guān)。三、人類活動對自然界氮循環(huán)和環(huán)境的影響溫室效應(yīng)的始源汽車尾氣的污染光化學煙霧水體富營養(yǎng)化

我們造成的污染是如此的嚴重，這對我們的健康、對我們的家園會造成多么大的傷害！我們應(yīng)該做些什么呢？硫的轉(zhuǎn)化自然界中的硫?qū)嶒炇依镅芯坎煌瑑r態(tài)硫元素間的轉(zhuǎn)化酸雨及其防治火山噴發(fā)時熔巖噴涌、濃煙滾滾，不僅釋放出巨大的能量，而且產(chǎn)生許多含有硫元素的氣體，在火山口還有硫單質(zhì)生成。這是硫單質(zhì)及其含硫化合物的來源之一。？問題一自然界還有那些含硫化合物？問題二它們在自然界中是怎樣產(chǎn)生和存在的？問題三人們是怎樣把它們轉(zhuǎn)化成人類生產(chǎn)和生活所需要的物質(zhì)？問題四在使用硫及其化合物的過程中，人們遇到那些問題？是怎樣解決的？一、自然界中的硫1、自然界中不同價態(tài)硫元素間的轉(zhuǎn)化火山噴發(fā)H2SSO2SO3H2SO3H2SO4SH2S地表石膏（CaSO4·2H2O）芒硝（Na2SO4·10H2O）地下與鐵、砷、汞等元素化合與氧氣和水作用黃鐵礦FeS2雄黃As4S4雌黃As2S3辰砂HgS硫酸鹽硫酸鹽結(jié)晶水合物俗名主要用途Na2SO4Na2SO4?10H2O芒硝制玻璃、造紙工業(yè)CaSO4CaSO4?2H2O生石膏、石膏制粉筆、模型、雕像2CaSO4?H2O熟石膏ZnSO4ZnSO4?7H2O皓礬收斂劑、防腐劑、煤染劑BaSO4-----------重晶石作白色顏料、“鋇餐”FeSO4FeSO4?7H2O綠礬補血劑、制藍色墨水等CuSO4CuSO4?5H2O藍礬、膽礬制農(nóng)藥、電鍍液KAl(SO4)2KAl(SO4)2?12H2O明礬凈水劑常見的一些硫酸鹽2、認識硫單質(zhì)實際操作實驗實驗一取少量硫粉，放在試管中，觀察它的顏色、狀態(tài)，在酒精燈上將其加熱至熔化，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。實驗二把研細的硫粉和鐵粉按照一定的比例（鐵粉稍過量）混合均勻，放在石棉網(wǎng)上堆成條狀，用灼熱的玻璃棒觸及一端。當混合物呈紅熱狀態(tài)時，移開玻璃棒，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。實驗三取少量硫粉放入燃燒匙中，將燃燒匙放在酒精燈上加熱至硫粉呈熔化狀態(tài)后，迅速伸入底部有少量水的盛滿氧氣的集氣瓶中，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。！觀察現(xiàn)象并討論硫單質(zhì)的性質(zhì)。物理性質(zhì)

硫單質(zhì)俗稱硫磺，通常狀況下，它是一種黃色或淡黃色的固體；很脆，易研成粉末；不溶于水，微溶于酒精，易溶于CS2;熔點和沸點都不高。常見的硫的同素異形體：單斜硫斜方硫化學性質(zhì)硫單質(zhì)與金屬鐵反應(yīng)Fe+SFeS硫單質(zhì)的氧化性

硫單質(zhì)與氧氣反應(yīng)

S+O2

SO2硫單質(zhì)的還原性硫的氧化性比氧氣和氯氣都弱。硫的用途主要用于制造硫酸、化肥、火柴及殺蟲劑等，還用于制造火藥、煙花爆竹等。點燃二氧化