师:同学们,今天这节课是答疑课,我们有以下学习目标:第一,以价类二维图为工具解决物质性质及物质转化问题;第二,以位置 - 结构 - 性质关系为工具,解决元素周期律相关问题;第三,以铜锌原电池原始模型为工具,解决原电池相关问题;第四,以有机物官能团之间的转换关系为工具,解决有机物的转换及性质相关问题。
首先,我们来建立氮元素的价类二维图。把含氮元素的物质,以物质类别为横坐标,氮元素的化合价为纵坐标,填入图中。我们关注到单质氮气,氮气在工业上能和氢气合成氨气,在高温放电条件下能与氧气生成一氧化氮。氨气可催化氧化生成一氧化氮,无色的一氧化氮气体遇到空气极易转化为红棕色的二氧化氮气体。二氧化氮气体溶于水,会和水反应生成硝酸和一氧化氮,浓硝酸见光分解生成二氧化氮气体。硝酸作为酸,能和碱反应生成对应的盐。这样我们就建立好了氮元素的价类二维图,接着利用它来解决氮元素相关物质性质和转化问题。
第一项,横坐标是氧化物,纵坐标氮元素显正五价,这种物质是五氧化二氮。第二项,从原理上看,氨气和二氧化氮反应能实现氨气转变为氮气吗?氨气中氮为负三价,具有还原性;二氧化氮中氮显正四价,具有氧化性,它能将氨气氧化为单质氮气。第三项,已知亚硝酸的化学式,我们从横坐标物质类别和纵坐标化合价两个角度推测它的性质。从物质类别看,亚硝酸属于酸,应具有酸性;从化合价看,亚硝酸中的氮显正三价,可升可降,所以它既具有氧化性,又具有还原性。
同样的方法,我们建立金属元素铁元素的价类二维图。将铁的氧化物、氢氧化物、铁盐、单质铁,按照横坐标物质类别和纵坐标铁元素的化合价填入图中。我们看到右侧,铁的三种氧化物都能和酸反应生成对应价态的铁盐,也都能被还原剂还原为单质铁。二价铁和三价铁都能和碱反应生成对应的氢氧化物,其中氢氧化亚铁是白色沉淀,遇到空气会慢慢被氧化成红褐色的氢氧化铁沉淀。氢氧化铁受热分解会生成氧化铁。再看左侧,二价铁和三价铁之间可以相互转换,二价铁能被氧化剂氧化成三价铁,三价铁能被还原剂还原为二价铁。单质铁能分别被氧化生成二价铁和三价铁,三价铁和二价铁也能分别被还原生成单质铁。这样我们得到了铁元素的价类二维图,然后利用它解决问题。
已知一种常温下是深绿色粘稠油状液体且与水互溶的氧化铁,我们将其化学式填入图中。先看横坐标,它属于氧化物,再看纵坐标,该氧化铁中铁显正四价,应填在相应位置。从横坐标物质类别看,它是金属氧化物,能和酸反应生成对应的盐和水;从价态看,正四价的铁可降到正三、正二和零价,所以该氧化铁具有氧化性。
接下来进入环节二,利用位置 - 结构 - 性质关系图解决元素周期律相关问题。我们先复习一下它们之间的关系。原子结构决定元素在周期表中的位置,比如硫元素,结构是 286,可知它在周期表中位于第三周期第六主族。反之,知道元素在周期表中的位置,也能画出其原子结构示意图。
结构还决定元素的性质,元素的化合价与原子最外层电子数密切相关。对于主族元素,最高正化合价等于最外层电子数,由最高正化合价可算出最低负化合价。另外,最外层电子数和电子层数共同决定元素的金属性和非金属性。元素的性质又决定物质的性质,比如决定物质单质的氧化性、还原性强弱,决定物质最高价氧化物的水化物的酸碱性强弱,决定气态氢化物的稳定性。
我们说结构决定位置和性质,位置和性质之间也能相互推断。对于主族元素,最外层电子数相同,化学性质具有相似性,但电子层数不同,化学性质不完全相同,有一定递变。同周期元素,随着原子序数递增,也呈现一定递变,比如非金属性递增、金属性递减。
综上所述,位置、结构、性质相互联系,三位一体,原子结构是最主要决定因素。因为原子结构有相似性和递变,所以物质性质有相似性和递变,我们据此制定元素周期表,确定元素在周期表中的位置。
