高中化学 第二章 元素与物质世界 第1节 元素与物质的分类学案 鲁科版必修1.doc

第1节元素与物质的分类1元素与物质的关系(1)元素是物质的基本组成成分元素是物质的基本组成成分，物质都是由元素组成的。每一种元素都能自身组成单质，如氯元素形成氯单质(Cl2)，钠元素形成钠单质(Na)等等；有的元素还能形成多种单质，如氧元素可以形成氧气(O2)和臭氧(O3)两种单质。绝大多数元素都能与其他元素组成化合物，如氯化钠(NaCl)、氢氧化钾(KOH)等。相同的元素也可组成不同的化合物，如CO与CO2、Na2O2与Na2O等。所以，元素的原子可以按照一定的规律以不同的种类和不同的方式进行组合，如含碳的物质：其中，目前已发现的有机物已有三千多万种。(2)元素在物质中的存在形态根据元素存在的物质种类不同，一般把元素分成两种存在形态：游离态：元素在单质中的存在形态。化合态：元素在化合物中的存在形态。例如，铁元素在金属铁中呈游离态，在三氧化二铁中呈化合态。同种元素在不同的化合物中可能呈现不同的价态。例如，铁元素在氯化亚铁中呈现2价，在三氯化铁中呈现3价。对于元素的同一价态，总有一定的对应物质。例如，对应2价的碳元素，有CO；对应4价的碳元素，有CO2、H2CO3、CaCO3等。【例1】 下列说法中不正确的是()A一种元素可能形成两种或多种不同的单质B单质的种数一定多于元素的种数C只含一种元素的物质不一定是纯净物D只含碳元素的物质在氧气中燃烧只能生成一种物质解析：物质是由元素构成的，一种元素可能形成两种或多种不同的单质，因而只含一种元素的物质不一定是纯净物。例如，碳元素可构成金刚石、石墨、足球烯等单质，单一的单质为纯净物，多种单质混在一起则为混合物。同样的原理可推得单质的种类一定多于元素的种数。只含碳元素的物质(如金刚石、石墨、足球烯)在氧气中燃烧，根据与氧气的相对多少，可能生成二氧化碳，也可能生成一氧化碳，还可能生成二氧化碳和一氧化碳的混合物。答案：D理解元素与物质的关系时要注意：将物质分为纯净物和混合物的标准是根据组成物质的种类是否单一，而不是根据元素的种类多少。2物质的分类对物质进行有效的分类在化学学习中有着重要的意义。因为物质的种类繁多，数量巨大，不可能逐一研究。对物质进行科学分类再分门别类地研究它们的结构、性质和用途，则容易找到有关规律，把握物质的本质属性和内在联系，最大限度地服务于人类社会。根据研究的需要，可以从多种角度对物质进行分类，并得到不同的分类结果。(1)根据物质由一种还是两种以上物质(分子)组成，将物质分为纯净物和混合物。由同种物质(分子)组成的物质叫纯净物；由不同种物质混合而成的物质叫混合物。(2)根据组成物质的元素种类，把纯净物分为单质和化合物。(3)化合物的分类方法有很多，按性质不同可分为氧化物、酸、碱和盐，这是一种重要的分类方法，但并不是唯一的分类方法。如根据其在水溶液中或熔融状态下能否导电，可分为电解质和非电解质；根据其组成与结构可分为离子化合物和共价化合物；根据其反应过程中化合价的变化可分为氧化剂和还原剂等。(4)根据混合物中被分散物质的颗粒大小，可将其分为溶液、浊液和胶体。(5)根据物质的组成和性质可将物质进行如下简单分类：其中把能与碱反应生成盐和水的氧化物称为酸性氧化物，如二氧化碳、二氧化硫等；把能与酸反应生成盐和水的氧化物称为碱性氧化物，如氧化钠、氧化铜等。辨误区 物质分类中的易错点(1)只由一种元素组成的物质，可能是纯净物，也可能是混合物。例如，O2、O3均是纯净物，而O2和O3混合后虽然只由一种元素组成，但属于混合物。(2)冰和水混合在一起仍是纯净物，因为二者仅是状态不同，但组成相同，都是H2O，是同一种物质。(3)并不是所有的金属氧化物都是碱性氧化物，如Mn2O7为酸性氧化物；并不是所有的非金属氧化物都是酸性氧化物，如CO、NO等。相关参考：对于同样的物质，采用不同的分类依据进行分类时，它可能属于不同的类别。以上分类方法叫做交叉分类法。应用交叉分类法对物质进行分类，有利于从不同角度来全面地认识物质。【例2】 每组中都有一种物质与其他物质在分类上不同。试分析每组中物质的组成规律，将这种不同于其他物质的物质找出来。(1)NaCl、KCl、NaClO、BaCl2(2)HClO3、KClO3、Cl2、NaClO3(3)H3PO4、H4SiO4、HCl、H2SO4(4)浊液、溶液、胶体、水(5)空气、N2、HCl气体、CuSO45H2O(6)铜、金、银、钠解析：虽然从不同的角度对物质进行分类，会有不同的分类结果，但只要仔细分析每组中各物质在元素组成、化合价上的特点，找出其相似性，即可找出一种不同的物质。(1)只有NaClO不是无氧酸，它是HClO的钠盐，其中氯元素的化合价也不同于其他三种。(2)只有Cl2中Cl元素化合价为0，其他均为5价。(3)只有HCl为无氧酸。(4)浊液、溶液和胶体均是混合物，而水是纯净物。(5)只有空气属混合物，其他为纯净物。(6)只有钠属活泼金属，在金属活动顺序表中排在H的前面，其他为不活泼金属，排在H之后。答案：(1)NaClO(2)Cl2(3)HCl(4)水(5)空气(6)钠3.根据物质类别研究物质性质对物质进行分类后，可以认识某类物质的一般性质，并据此对属于该类别的具体物质的性质进行预测。单质、氧化物、酸、碱和盐的关系：(1)金属单质的化学通性金属非金属无氧酸盐金属氧气金属氧化物较活泼金属酸盐氢气较活泼金属较不活泼金属的盐溶液较不活泼金属较活泼金属的盐溶液(2)氧化物的化学通性酸性氧化物水含氧酸酸性氧化物碱盐水酸性氧化物碱性氧化物盐碱性氧化物水碱碱性氧化物酸盐水(3)酸的化学通性酸酸碱指示剂：使紫色石蕊溶液变红色酸活泼金属盐氢气酸金属氧化物盐水酸碱盐水酸盐新酸新盐(4)碱的化学通性碱酸碱指示剂：使紫色石蕊溶液变蓝色，无色酚酞溶液变红色碱酸性氧化物盐水碱酸盐水碱盐新碱新盐(5)盐的化学通性盐酸新盐新酸盐碱新盐新碱盐盐新盐新盐析规律 类比法分析物质的性质研究单质、氧化物、酸、碱和盐之间的相互关系时，首先要选定一类物质，预测它可能与哪些类别的物质发生反应，然后选出各类物质的代表物，探究它们之间能否发生反应。【例3】 下表有三组物质，每组均有甲、乙、丙三种物质(酸、碱、盐均为溶液)。第组第组第组甲BaCl2FeCu(NO3)2乙Fe2O3K2SO4H2SO4丙ZnNaOHMgCl2根据该表回答问题：(1)第组中有一种物质能与第_组中的所有物质反应，这种物质是_。(2)不跟第组所有物质发生反应，但能与第组中所有物质发生反应的是第_组中的物质_。其化学方程式分别为_。解析：第组中的K2SO4与第组中的H2SO4含有相同的酸根离子，不能反应，与另外两种物质也不具备复分解反应发生的条件，故排除第组。第组物质分别是金属、碱性氧化物、盐三类，只有酸类物质能与其都发生反应。因而第组中的H2SO4符合(1)的要求。剩下的第组中的K2SO4不能与第组所有物质反应，Fe和MgCl2之间也不能发生反应，只有NaOH与Cu(NO3)2、H2SO4、MgCl2都可以发生反应，且NaOH与第组中所有物质不反应，符合题意。答案：(1)H2SO4(2)NaOH2NaOHCu(NO3)2=Cu(OH)22NaNO32NaOHH2SO4=Na2SO42H2O2NaOHMgCl2=Mg(OH)22NaCl4分散系(1)定义：分散系是一种(或几种)物质(分散质)分散到另一种物质(分散剂)里形成的混合物。(2)组成分散质：被分散成微粒的物质。分散剂：微粒分散在其中的物质。如NaCl溶液就是一种分散系，其中分散质为溶质NaCl，分散剂为溶剂H2O。(3)分类分散系根据分散质微粒直径大小可分为溶液、胶体、浊液。溶液：分散质微粒直径小于1 nm的分散系。胶体：分散质微粒直径介于1100 nm之间的分散系。浊液：分散质微粒直径大于100 nm的分散系。形象地可用下图表示：谈重点 三种分散系的本质区别溶液、胶体、浊液三种分散系的本质区别是分散质微粒直径大小。【例4】 下列关于溶液的说法正确的是()A凡是均一、稳定的液体，就是溶液B长期放置后不会分层的液体，就是溶液C一种物质里分散着另一种物质的液体是溶液D溶液一定是均一、稳定的混合物解析：溶液一定是均一、稳定的分散系，是混合物。由于胶体也是均一、稳定的分散系，因而说凡是均一、稳定的液体是溶液或静置不分层的液体是溶液都是不正确的；溶液、胶体、浊液都是由一种物质分散到另一种物质中形成的分散系。答案：D5胶体(1)胶体的定义、分类定义分散质微粒直径大小介于1100 nm之间的分散系。分类胶体(2)胶体的性质胶体的性质是由胶体中分散质微粒的直径大小决定的，由于胶体中的分散质微粒的直径介于溶液和浊液之间，胶体具有独特的性质。丁达尔现象当可见光束通过胶体时，在入射光侧面可观察到光亮的通路，这种现象称为丁达尔现象或丁达尔效应。产生原因：产生丁达尔现象的原因并不是由于胶体微粒本身发光，而是因为可见光的波长在400700 nm之间，胶体微粒在1100 nm之间，小于可见光的波长，从而使光波发生散射(光波偏离原来方向而分散传播)形成的。而溶液也发生光的散射，但由于溶液中微粒的粒度小于1 nm，散射极其微弱，所以当光束通过溶液时，看不到丁达尔现象。谈重点 辨析丁达尔现象a丁达尔现象是物理变化。b丁达尔现象可用来鉴别胶体和溶液。c丁达尔现象能说明胶体微粒直径的大小范围。电泳胶体分散质粒子在外加电场的作用下会发生定向移动，这种现象称为电泳。产生原因：胶体分散质微粒细小，有巨大的比表面积(单位质量具有的表面积)，能较强地吸附电性相同的离子，从而形成带电微粒。这些微粒在外电场的作用下会发生定向移动。辨误区 胶体带电吗？胶体不带电，带电的是胶体中的分散质微粒，并且有的胶体胶粒不带电荷，如淀粉胶体。聚沉当向胶体中加入可溶性盐时，可溶盐产生的阳离子或阴离子能中和胶体微粒所带的电荷，从而使胶体微粒聚集成较大的粒子，在重力作用下形成沉淀析出。这种胶体形成沉淀析出的现象称为聚沉。使胶体聚沉的方法：a加入可溶性电解质。例如：做豆腐时，在一定温度下，向豆浆中加入CaSO4等电解质溶液，就能使豆浆中的蛋白质很快聚集而形成豆腐。一般说来，加入电解质时，带电离子的浓度越大，电荷数越高，使胶体的聚沉效果越好。如：Fe3Ca2Na；POSOCl(浓度相同)。b加入带相反电荷胶粒的胶体。如：把Fe(OH)3胶体加入硅酸胶体中，两种胶体均会发生凝聚，说明两种胶体的胶粒带相反的电荷。c加热搅拌，使胶粒运动加快，碰撞机会增多，也能导致胶体凝聚。(3)胶体与渗析胶体的分散质微粒直径介于1100 nm之间，这样的微粒能够透过滤纸，而不能穿过半透膜。渗析：利用半透膜分离胶体中的杂质分子或离子，从而提纯、精制胶体的操作称为渗析。半透膜具有比滤纸更小的孔隙，允许小分子、离子透过，不允许胶粒通过。这样胶体中的小分子、离子等杂质微粒与胶粒分开，达到提纯胶体的目的。(4)胶体的制备方法和原理机械法：用特殊的机械加工方法将固体物质直接加工到纳米级(1 nm109 m)的超细粉末粒子，如碳素墨水等。目前纳米材料的生产原理就在于此。反应法：如氢氧化铁胶体的制备，向烧杯中加入少量蒸馏水，加热至沸腾，然后逐滴向沸水中滴加1 molL1(或饱和)的FeCl3溶液，并继续煮沸至液体呈透明的红褐色即得氢氧化铁胶体。FeCl33H2OFe(OH)3(胶体)3HCl。溶解法：如淀粉、蛋白质溶解于水直接得到胶体(又叫高分子溶液)。【例5】 将某溶液逐滴加入Fe(OH)3胶体内，开始时产生沉淀，继续滴加时沉淀又溶解，该溶液是()A2 molL1 NaOH溶液B2 molL1 H2SO4溶液C2 molL1 MgSO4溶液D硅酸溶胶解析：Fe(OH)3胶体中加入H2SO4溶液后，硫酸可以电离出氢离子和硫酸根离子；而Fe(OH)3胶体也表现出“双重性”，作为胶体，其分散质微粒带少量正电荷，很快被硫酸根离子“中和”，从而沉淀析出；作为一种弱碱，Fe(OH)3又与过量的氢离子反应而逐渐溶解。其他选项只能使Fe(OH)3溶胶发生聚沉作用。答案：B6各种分散系的辨析、比较分散系溶液胶体浊液分散质微粒直径大小1 nm(109 m)1100 nm100 nm分散质微粒成分离子或小分子分子或离子的集合体大量分子或离子的集合体外观特征均匀、透明均匀、透明或半透明浑浊、不均匀、不透明稳定性稳定、静置无沉淀较稳定不稳定、静置有沉淀或分层分散质能否透过滤纸能能不能分散质能否透过半透膜能不能不能分类饱和溶液、不饱和溶液固溶胶、液溶胶、气溶胶悬浊液、乳浊液实例食盐水、蔗糖溶液果冻、豆浆、肥皂水、血液、雾、云、烟泥水【例61】下列有关胶体和溶液的比较中不正确的是()A溶液呈电中性，胶体带有电荷B分散质微粒均可通过滤纸C溶液中通过光束没有特殊现象，胶体中通过光束有丁达尔现象D溶液中的分散质微粒能透过半透膜，而胶体中的分散质微粒不能解析：胶体和溶液的本质区别是分散质微粒大小不同，从而引起性质的差别，根据胶体的性质逐项分析。A项，胶体中的胶粒带电荷，而胶体呈电中性，错误；B项，胶体和溶液的组成微粒均可通过滤纸，正确；C项，丁达尔现象是胶体特有的性质，溶液中无此现象，正确；D项，半透膜允许溶液中的分散质微粒透过，但胶体中的分散质微粒不能透过半透膜，正确。答案：A【例62】“纳米材料”是当今材料科学研究的前沿，其研究成果广泛用于催化及军事科学中。所谓“纳米材料”是指研究、开发出的直径从几纳米至几十纳米的材料，如将纳米材料分散到分散剂中，所得混合物可能具有的性质是()A能全部透过半透膜B有丁达尔现象C所得液体呈胶状D所得物质一定是悬浊液解析：通过阅读题目信息知：纳米材料粒子直径为几纳米至几十纳米，符合胶体分散质微粒直径范围1 nm100 nm，所以纳米材料分散到分散剂中形成的分散系属于胶体，而不是呈胶状，应具有胶体的性质，不能透过半透膜，能产生丁达尔现象，故选B。答案：B7胶体的性质在实际生产生活中的应用胶体在自然界中尤其是生物界中普遍存在，与人类的生活及环境有着密切的联系。其主要应用场合如下：(1)工农业生产：土壤的保肥作用。土壤里许多物质如黏土、腐殖质等常以胶体形式存在；制有色玻璃固溶胶，冶金工业利用电泳原理选矿，原油脱水等。(2)在医学上：血液透析，血清纸上电泳，利用电泳分离各种氨基酸和蛋白质。高度分散的胶体越来越多地被用来检验或治疗疾病。(3)在日常生活里的胶体知识：制豆腐、明矾净水。(4)自然地理：江河入海口处形成三角洲，形成原理是海水中的电解质使江河中的土壤胶体粒子发生聚沉。(5)在高科技领域，纳米材料有着更进一步地发展和应用。【例71】 不能用胶体的性质解释的现象是()A在河流入海口处易形成三角洲B由豆浆制成豆腐C在NaCl溶液中滴入KNO3溶液看不到沉淀D同一钢笔同时使用不同牌号的墨水可能发生堵塞解析：河流中夹带的泥沙胶粒，遇海水中电解质发生聚沉而形成三角洲。由豆浆制豆腐时，需向豆浆中加入电解质(用盐卤MgCl26H2O或石膏CaSO42H2O)，使蛋白质发生聚沉。C中不反应，与胶体知识无关。墨水属胶体，不同牌号的墨水中胶粒吸附的电荷不同，若同一钢笔使用不同牌号的墨水，胶粒可能会相互中和所带电荷而聚沉，使钢笔堵塞。答案：C【例72】 在水泥、冶金工厂，常用高压电对气溶胶作用以除去大量烟尘，减少对空气的污染，这种做法应用的原理是()A丁达尔现象B电泳C渗析 D聚沉解析：由题给条件可知：该烟尘为气溶胶，在高压电场作用下，带电的胶体粒子向某一电极运动，减少了大气污染，它应用了电泳原理。答案：B