2019-2020年高考化學 第三節(jié) 用途廣泛的金屬材料 第1課時教案.doc

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2019-2020年高考化學 第三節(jié) 用途廣泛的金屬材料 第1課時教案 從容說課 能量問題、能源問題、環(huán)境問題是21世紀人類面臨的三大問題。為了體現(xiàn)教材的時代性，在新教材中新增加了本節(jié)內(nèi)容。 材料發(fā)展的歷史從生產(chǎn)力的側(cè)面反映了人類社會發(fā)展的文明史，因此，歷史學家往往根據(jù)當時有代表性的材料將人類社會劃分為石器時代、青銅器時代和鐵器時代等。人們在燒制陶瓷的實踐中，熟練地掌握了高溫加工技術，利用這種技術來冶煉礦石，逐漸冶煉出銅及其合金青銅，這是人類社會最早出現(xiàn)的金屬材料。 第二次世界大戰(zhàn)后，各國致力于恢復經(jīng)濟、發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對材料提出質(zhì)量小、強度高、價格低等一系列新的要求。具有優(yōu)異性能的工程塑料部分地代替了金屬材料，合成纖維、合成橡膠、涂料和膠黏劑等都得到相應的發(fā)展和應用。合成高分子材料的問世是材料發(fā)展中的重大突破，從此，以金屬材料、陶瓷材料和合成高分子材料為主體，建立了完整的材料體系，形成了材料科學。金屬材料在一個國家的國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的位置，因為金屬材料的資源比較豐富，已積累了一整套相當成熟的生產(chǎn)技術，有組織，大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)驗，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，價格低廉、性能優(yōu)異。此外，金屬材料自身還在不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的鋼鐵工業(yè)在冶煉、澆鑄、加工和熱處理等方面不斷出現(xiàn)新工藝。新型的金屬材料如高溫合金、形狀記憶合金、儲氫合金、永磁合金、非晶態(tài)合金相繼問世，大大擴展了金屬材料的應用范圍。 鑒于金屬材料在國民經(jīng)濟中的重要地位和日常生活中的廣泛應用，編寫一節(jié)金屬材料的內(nèi)容，以體現(xiàn)教科書內(nèi)容的時代性，反映教學與生產(chǎn)、生活實際的聯(lián)系。通過這一節(jié)的教學，讓學生了解金屬材料的發(fā)展歷史、重要作用和面臨的挑戰(zhàn)，通過激發(fā)學生的愛國熱情和社會責任感來提高學生的求知欲。這是一節(jié)全新的內(nèi)容，閱讀性比較強。 教學時要注意以下幾個方面： 1.通過金屬材料發(fā)展史及有關的知識，使學生初步認識合理使用金屬材料的意義 學生過去對有關金屬材料的知識了解不多，金屬材料究竟包含哪些材料？它們有哪些功能？主要應用在哪些方面？學生對這些問題不太清楚，對金屬材料的學習也就不可能有興趣，也就達不到本節(jié)的教學目的。教師在教學中應該作一些介紹，或讓學生互相交流，教師補充，讓學生對金屬材料形成一個初步概念。 金屬材料的基本元素是金屬。因此，籠統(tǒng)地說，金屬材料具有高強度、優(yōu)良的塑性和韌性，耐熱、耐寒，可鑄造、鍛造、沖壓和焊接，還有良好的導電性、導熱性和鐵磁性，因此是一切工業(yè)和現(xiàn)代科學技術中最重要的材料。金屬材料可分為兩大類：鋼鐵和非鐵金屬（或有色金屬）。 為了提高鋼鐵的強度、硬度、耐磨性和耐腐蝕性等性能，常用的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Nb、B等，形成了形形色色的合金鑄鐵或合金鋼。 非鐵合金大體可分為：輕合金（鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金等）、重有色合金（銅合金、鋅合金、錳合金、鎳合金等）、低熔點合金（鉛、錫、鎘、鉍、銦、鎵、汞及其合金）、難熔合金（鎢合金、鉬合金、鈮合金、鉭合金等）、貴金屬（金、銀、鉑、鈀等）和稀土金屬等。其中應用最廣的是鋁合金。據(jù)統(tǒng)計，協(xié)和式超音速飛機全部結(jié)構的71%是用特殊的鋁合金制造的；高速火車、汽車等交通工具對鋁型材的用量需求不斷加大；建筑裝飾用的鋁材越來越多，既漂亮又耐腐蝕；電力系統(tǒng)和家用電器中鋁導線的用量超過銅導線；鋁箔可用于包裝食品和香煙；鋁合金還可用作電容器等。 2.介紹金屬材料面臨的挑戰(zhàn)，激發(fā)學生的社會責任感 近一二十年來，金屬材料的發(fā)展受到了巨大的壓力，這種壓力來自外部和內(nèi)部兩個方面。就外部來講，從20世紀中期開始，高分子材料的崛起，尤其是工程塑料從性能到應用許多方面已能和傳統(tǒng)的金屬材料相抗衡，加上原料豐富、價格便宜，產(chǎn)量以驚人的速度增長。與此同時，先進陶瓷材料也嶄露頭角，特別是在現(xiàn)代電子工業(yè)中占有重要地位。因此，材料領域從金屬材料的一統(tǒng)天下轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘?、陶瓷、高分子材料三足鼎立的新格局。從?nèi)部來講主要是能源、資源和環(huán)境三個方面。金屬材料的近百年的大力發(fā)展，某些主要的金屬礦產(chǎn)資源日漸緊張，高品位的金屬礦產(chǎn)減少很快，低品位的礦產(chǎn)使能源消耗和成本增加。金屬工業(yè)是能源的最重要消耗者，也是嚴重的環(huán)境污染者。這些問題對金屬材料今后的發(fā)展提出了有力的挑戰(zhàn)。應對措施：一是對已有的金屬材料要最大限度地提高它的質(zhì)量，挖掘它的潛力，使其產(chǎn)生最大效益。近些年來，金屬材料的制造技術有非常迅速的進步，先進的冶煉技術、精煉技術、鑄造技術、連鑄連軋技術、成型加工技術和熱處理技術在不斷提高，微量雜質(zhì)的技術、微量元素的合金化技術有所創(chuàng)新。二是開拓金屬材料的新功能，以適應更高的使用要求。超高強度鋼、超低碳不銹鋼等新的合金鋼和新的有色合金應運而生。三是加強廢舊金屬的回收和再利用。通過對金屬材料面臨的挑戰(zhàn)和應對措施的初步介紹，可提高學生的社會責任感，有志者會明確自己努力的方向，會奮發(fā)學習，將來去承擔更大的社會責任。 3.積極開展社會調(diào)查活動，提高學生對金屬材料的認識，增強其社會活動能力 通過開展社會調(diào)查活動，去了解金屬材料的組成、來源、價格和用途，從不同角度增加對金屬材料的認識。尤其是通過家庭房屋的裝潢，將性能和成本作為選材的重要條件去考慮。社會調(diào)查活動需要認真組織，有調(diào)查目的、調(diào)查計劃、調(diào)查內(nèi)容、調(diào)查記錄、調(diào)查總結(jié)和結(jié)果評價，以使活動收到預期的效果。 4.開展多種形式的交流活動，培養(yǎng)學生的互助合作精神 教科書中安排了角色扮演活動，這種活動學生會比較感興趣。學生根據(jù)自己所扮演的角色，去了解這種角色的心聲，然后進行交流，可以提高對某一問題的認識。這種活動既可以培養(yǎng)學生收集、整理資料的能力，又可以培養(yǎng)學生發(fā)表自己見解的能力，還可以培養(yǎng)學生的合作精神等。 三維目標 知識和技能 （1）要求學生掌握常見合金的重要用途。 （2）初步認識合理使用金屬材料的意義。 過程和方法 采用討論、社會調(diào)查、思考與交流、角色扮演等多種方法進行教學。 情感、態(tài)度和價值觀 （1）介紹金屬材料面臨的挑戰(zhàn)，激發(fā)學生的社會責任感。 （2）積極開展社會調(diào)查活動，提高學生對金屬材料的認識，增強其社會活動能力。 （3）開展多種形式的交流活動，培養(yǎng)學生的互助合作精神。 教學重點 常見合金的重要作用。 教學難點 金屬材料的正確選用。 課時安排 1課時 教學過程 導入新課 什么叫合金？合金具有哪些特性？有哪些用途？ 學生思考回答：合金是在金屬中加熱熔合某些金屬或非金屬制得具有金屬特征的金屬材料。不同的合金具有不同的性能，主要表現(xiàn)在機械強度、韌性、硬度、可塑性、耐腐蝕性等方面。例如，不銹鋼抗腐蝕性好，用來做醫(yī)療器械、炊具等；硬鋁強度和硬度好，用來制門窗，也用于制火箭、飛機、輪船等；青銅強度高、可塑性好、耐磨、耐腐蝕，用于制機器零件，等等。 師：回答得很好，合金除了具有以上特點外還具有以下性質(zhì)： （1）合金的硬度一般比它的各成分金屬要大。 （2）多數(shù)合金的熔點比它的各成分金屬要低。 （3）改變原料的配比或改變生成合金的條件，可以得到不同性能的合金。 推進新課 今天我們介紹幾種合金。 [板書] （一）用途廣泛的金屬材料 常見合金的重要應用 1.銅合金 閱讀教材思考：（1）銅合金的分類（青銅、黃銅、白銅）。 （2）各種銅合金的組成（青銅：銅錫合金；黃銅：銅與鋅的合金，還含有少量錫、鉛、鋁等；白銅：含鎳、鋅及少量錳）。 【多媒體投影】 （1）銅材 以純銅或銅合金制成各種形狀包括棒、線、板、帶、條、管、箔等統(tǒng)稱銅材。銅材的加工有軋制、擠制及拉制等方法，銅材中板材和條材有熱軋的和冷軋的；而帶材和箔材都是冷軋的；管材和棒材則分為擠制品和拉制品；線材都是拉制的。 （2）黃銅 黃銅是銅與鋅的合金。最簡單的黃銅是銅鋅二元合金，稱為簡單黃銅或普通黃銅。改變黃銅中鋅的含量可以得到不同機械性能的黃銅。黃銅中鋅的含量較高，其強度也較高，塑性稍低。工業(yè)中采用的黃銅含鋅量不超過45%，含鋅量再高將會產(chǎn)生脆性，使合金性能變壞。 為了改善黃銅的某種性能，在二元黃銅的基礎上加入其他合金元素的黃銅稱為特殊黃銅。常用的合金元素有硅、鋁、錫、鉛、錳、鐵與鎳等。在黃銅中加鋁能提高黃銅的屈服強度和抗腐蝕性，稍降低塑性。含鋁小于4%的黃銅具有良好的加工、鑄造等綜合性能。在黃銅中加1%的錫能顯著改善黃銅的抗海水和大氣腐蝕的能力，因此稱為“海軍黃銅”。錫還能改善黃銅的切削加工性能。黃銅加鉛的主要目的是改善切削加工性和提高耐磨性，鉛對黃銅的強度影響不大。錳黃銅具有良好的機械性能、熱穩(wěn)定性和抗蝕性；在錳黃銅中加鋁，還可以改善它的性能，得到表面光潔的鑄件。黃銅可分為鑄造和壓力加工兩類產(chǎn)品。 (3)青銅 青銅是歷史上應用最早的一種合金，原指銅錫合金，因顏色呈青灰色，故稱青銅。為了改善合金的工藝性能和機械性能，大部分青銅內(nèi)還加入其他合金元素，如鉛、鋅、磷等。由于錫是一種稀缺元素，所以工業(yè)上還使用許多不含錫的無錫青銅，它們不僅價格便宜，還具有所需要的特種性能。無錫青銅主要有鋁青銅、鈹青銅、錳青銅、硅青銅等。此外還有成分較為復雜的三元或四元青銅。現(xiàn)在除黃銅和白銅（銅鎳合金）以外的銅合金均稱為青銅。 錫青銅有較高的機械性能，較好的耐蝕性、減摩性和好的鑄造性能；對過熱和氣體的敏感性小，焊接性能好，無鐵磁性，收縮系數(shù)小。錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中的抗蝕性都比黃銅高。鋁青銅有比錫青銅高的機械性能和耐磨、耐蝕、耐寒、耐熱、無鐵磁性，有良好的流動性，無偏析傾向，可得到致密的鑄件。在鋁青銅中加入鐵、鎳和錳等元素，可進一步改善合金的各種性能。青銅也分為壓力加工和鑄造產(chǎn)品兩大類。 (4)白銅 以鎳為主要添加元素的銅基合金呈銀白色,稱為白銅。銅鎳二元合金稱普通白銅，加錳、鐵、鋅和鋁等元素的銅鎳合金稱為復雜白銅，純銅加鎳能顯著提高強度、耐蝕性、電阻和熱電性。工業(yè)用白銅根據(jù)性能特點和用途不同分為結(jié)構用白銅和電工用白銅兩種，分別滿足各種耐蝕和特殊的電、熱性能。 2.鋼 師：鋼的分類方法較多，（1）按照品種，劃分為普通碳素鋼、低合金鋼、低硅鋼、一般碳素結(jié)構鋼、合金結(jié)構鋼、合金彈簧鋼、軸承鋼等。（2）綜合劃分為普通鋼和優(yōu)質(zhì)鋼兩大類。（3）按照規(guī)格，劃分為大、中、小三類。我們教材按照化學成分分成兩類，即碳素鋼和合金鋼。 提問：（1）碳素鋼按什么分成哪幾類？各具有哪些性能？ 歸納講解：鋼是以鐵、碳為主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11%。鋼是經(jīng)濟建設中極為重要的金屬材料。碳鋼是由生鐵冶煉獲得的合金，除鐵、碳為其主要成分外，還含有少量的錳、硅、硫、磷等雜質(zhì)。碳鋼具有一定的機械性能，又有良好的工藝性能，且價格低廉。因此，碳素鋼獲得了廣泛的應用。碳素鋼：按含碳量又可分為低碳鋼（含碳量≤0.3%），韌性、焊接性好，強度低；中碳鋼（0.3%＜含碳量＜0.6%)，強度高、韌性及加工性好；高碳鋼（含碳量≥0.6%），硬而脆，熱處理后彈性好。 （2）合金鋼中含哪些元素？ 師：隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學技術的迅速發(fā)展，碳鋼的性能已不能完全滿足需要，于是人們研制了各種合金鋼。合金鋼是在碳鋼基礎上，有目的地加入某些元素（稱為合金元素，如：鉻、錳、鎢、鎳、鉬、鈷、硅等）而得到的多元合金。合金鋼具有優(yōu)良的性能。 過渡：合金的用途非常廣泛，你愿意不愿意對關于合金的課題進行一次調(diào)查，并寫出關于合金的一篇小論文。 [實踐活動]給學生提供一些課題，例如 課題一：合金的性質(zhì)與成分有什么關系？改變某些合金的成分后，合金的性質(zhì)會不會改變？ 課題二：合金有哪些用途？ 課題三：常用設備上使用了哪些純金屬和合金？ …… [投影范例] 1.形狀記憶合金 形狀記憶合金是在20世紀60年代初期發(fā)現(xiàn)的，它是一種特殊的合金，有一種不可思議的性質(zhì)，即使把它揉成一團，一旦達到一定溫度，它便能在瞬間恢復到原來的形狀。由鎳和鈦組成的合金具有記憶能力，稱為NT合金。 首先將預先加工成某一形狀的這種NT合金，在300～1 000 ℃高溫下熱處理幾分鐘至半小時，這樣NT合金就會記憶被加工成的形狀。以后在室溫下無論形狀怎樣變化，一旦將它的溫度升至一定溫度時，它就會恢復成原來被加工成的形狀。 形狀記憶合金的結(jié)構尚未完全探明，為什么金屬會記住某些固定形狀的問題也還沒有完全搞清楚。據(jù)科學家推測，金屬的結(jié)晶狀態(tài)，在被加熱時和冷卻時是不同的，雖然外表沒有變化，然而在一定溫度下，金屬原子的排列方式會發(fā)生突變，這稱為相變。能引起記憶合金形狀改變的條件是溫度。分析表明，這類合金存在著一對可逆轉(zhuǎn)變的晶體結(jié)構。如含有Ti和Ni各為50％的記憶合金，有兩種晶體結(jié)構，一種是菱形的，另一種是立方體的，這兩種晶體結(jié)構相互轉(zhuǎn)變的溫度是一定的。高于這一溫度，它會由菱形結(jié)構轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎襟w結(jié)構；低于這一溫度，又由立方體結(jié)構轉(zhuǎn)變?yōu)榱庑谓Y(jié)構。晶體結(jié)構類型改變了，它的形狀也就隨之改變。 具有這種形狀記憶效應的合金，除鎳鈦合金外，還先后發(fā)現(xiàn)銅鋅、金鎘、鎳鋁等約20種合金。其中“記憶力”最好的是NT合金。 形狀記憶合金的應用范圍廣泛，除了可用于溫度控制裝置、集成電路引線、汽車零件與機械零件外，由于其與生物體的相容性好、耐蝕性強，還可用于骨折部位的固定、人造心臟零件、牙齒矯正等醫(yī)用材料。 由于NT合金成本昂貴，目前正在研制廉價的銅系形狀記憶合金。 [投影范例] 2.磁性材料在許多過渡金屬元素和它們的化合物中，由于有未成對的d電子存在，所以具有順磁性，可以被磁場所吸引。Fe、Co、Ni等金屬則具有鐵磁性，鐵磁性物質(zhì)和順磁性物質(zhì)一樣，也會被磁場所吸引，但磁場對鐵磁性物質(zhì)的作用力要比順磁性物質(zhì)大得多。同時，鐵磁性的固體物質(zhì)在磁場中被磁化以后就已經(jīng)永磁化了，也就是說，在外加磁場不存在時仍保留磁性。而順磁性物質(zhì)只有在外加磁場存在時才表現(xiàn)出磁性。并不是所有含未成對電子的金屬都是鐵磁性的，如錳有5個未成對電子，鐵有4個未成對電子，鐵有鐵磁性而錳卻不具有鐵磁性。具有鐵磁性的一個必要條件是在晶格中順磁性的原子之間的距離要正好合適。如果原子靠得太緊密，相鄰原子中由于未成對電子占用的軌道會重疊而使自旋相反的電子配對；如果原子相距太遠，則一個原子中的未成對電子的自旋就不能與相鄰原子中電子的自旋取得一致。 非鐵磁性金屬可以通過制成各種合金而成為鐵磁性的合金。常用的鐵磁性合金有硅鐵(含硅4％～5％)、FeNi合金、FeNiCo合金等。在磁性材料方面，含有某些稀土金屬的永磁鐵是目前最強的永久磁性材料，已廣泛應用于近代各個技術部門，如制造微型電機、各種微波設備、航空和宇宙航行的儀器等。 現(xiàn)在，一些工業(yè)先進國家正在致力于釹鐵硼永磁材料的科研與生產(chǎn)。 [投影范例] 3.金屬多孔材料 這類材料是采用事先加工好的球狀或不規(guī)則的金屬(Ti、Mo、W等)粉末，經(jīng)過壓型、燒結(jié)等工藝，使金屬顆粒既能熔接起來，又能保持由表及里、縱橫交錯、相互貫通的眾多小空隙。這類材料除具有一般金屬的性能外，最突出的是透過性強，過濾性能高，經(jīng)久耐用。適用于制過濾器、流體分布和滲透裝置等，也適于作消音和減震材料。隨著科學技術的發(fā)展，孔徑為0.1 μm以下的金屬多孔材料過濾膜，已普遍用于同位素分離技術、原子反應堆的排氣技術、消音器、減震器、催化劑、熱交換器、燃料電池的電極等方面。 [投影范例] 4.貴金屬 人們常把化學性質(zhì)極不活潑的金屬稱為貴金屬。它們集中在元素周期表中第Ⅷ族、第ⅠB族的下部，包括釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)、銀(Ag)、金(Au)等。貴金屬的特點是密度大、熔點高、化學性質(zhì)穩(wěn)定。塊狀貴金屬在常溫下都不與氧反應，它們對酸的化學穩(wěn)定性特別高。由于貴金屬顯示出化學惰性，在地殼中它們可以游離態(tài)存在，所以金和銀成為人類最早認識的貴金屬。 貴金屬主要用于化學工業(yè)及電氣工業(yè)方面。例如，制造各種反應容器、蒸發(fā)皿、坩堝、電極、鉑網(wǎng)等；鉑和鉑銠合金制成熱電偶常用于高溫的測定；鉑銥合金可用來制造儀器零件、鋼筆等。金和銀還經(jīng)常被制成金幣、銀幣、紀念幣和首飾等；黃金儲備量還能表示出一個國家的經(jīng)濟實力。 過渡：我們了解了金屬及合金的性質(zhì)，那么在實際生活中如何使用呢？ [板書]（二）正確使用金屬材料 思考與交流：如何選用材料？ ［例題剖析］ （例1）某家庭準備裝修窗戶，可使用的材料有：木材、鋼鐵、鋁合金、塑鋼等，請你調(diào)查每種材料的性能、價格、制造或安裝成本、利弊，進行分析。你認為選用哪種材料比較好？說說你的理由。 提示：選材需要考慮以下幾個方面： （1）主要用途 （2）外觀 （3）物理性質(zhì)（密度、硬度、強度、導電性） （4）化學性質(zhì)（對水的作用、耐腐蝕性） （5）價格 （6）加工難度 （7）日常維修等 可以讓學生對自己家庭或某一單位的裝潢根據(jù)以上提示的幾個方面進行調(diào)查，寫出調(diào)查報告，再讓學生對學校某會議室提出裝潢意見。比一比誰的裝潢設計最合理、最美觀、最有創(chuàng)意。 [實踐活動] 針對是否應該停止使用鋁制飲料罐的問題，讓學生自選扮演角色，準備好表達自己看法的材料，開一次辯論會。角色扮演要求學生轉(zhuǎn)變角色，真正從所扮演角色的角度去考慮問題，并參加辯論。這可以使學生逐步學會站在他人的立場思考問題，對于培養(yǎng)學生傾聽別人的意見，尊重、關心和愛護他人的情感是很有利的。 ［多媒體投影］ [科學視野] 稀土元素及其應用 在元素周期表中，第ⅢB族第六周期57號元素的位置上，包括從鑭到镥15種元素，稱為鑭系元素。鑭系元素和釔稱為稀土元素(廣義的稀土也包括鈧)，這是18世紀沿用下來的名稱，因為當時認為這些元素稀有，它們的氧化物既難溶又難熔，因而得名。稀土元素性質(zhì)相似，并在礦物中共生，難以分離。 稀土元素具有特殊的物質(zhì)結(jié)構，因而具有優(yōu)異的物理、化學、磁、光、電學性能，有著極為廣泛的用途。 (1)結(jié)構材料 在鋼鐵中加入適量稀土金屬或稀土金屬的化合物，可以使鋼得到良好的塑性、韌性、耐磨性、耐熱性、抗氧化性、抗腐蝕性等等。 (2)磁性材料 稀土金屬可制成永磁材料，稀土永磁材料是20世紀60年代發(fā)展迅速的新型功能材料。如SmCO5、Sm2CO17、Sm2Fe 17N x等磁性能優(yōu)良的材料。 稀土金屬能制成磁光存儲記錄材料，用于生產(chǎn)磁光盤等。 (3)發(fā)光材料 稀土金屬的氧化物可作發(fā)光材料，如彩色電視機顯像管中使用的稀土熒光粉，使畫面亮度和色彩的鮮艷度都提高許多。金屬鹵化物發(fā)光材料能制成節(jié)能光源。稀土金屬還能制成固體激光材料、電致發(fā)光材料等，電致發(fā)光材料可用于大面積超薄型顯示屏。 (4)貯氫材料 用稀土金屬制成的貯氫材料廣泛用于高容量充電電池的電極。 (5)催化劑 在石油化工中，稀土金屬主要用于作催化活性高、壽命長的分子篩型的催化劑，可以用于石油裂化、合成橡膠等工業(yè)。近來，科學家正致力于研究用稀土金屬作為汽車尾氣凈化的催化劑。 (6)超導材料 北京有色金屬研究總院發(fā)明的“混合稀土鋇銅氧超導體”為高溫超導體的研究和應用開拓一種新的途徑，榮獲第23屆國際發(fā)明展覽會金獎。 (7)特種玻璃 在石英光導纖維中摻入某些稀土金屬，可大大增強光纖的傳輸能力。 在玻璃工業(yè)中，用稀土金屬作澄清劑、著色劑，可以使玻璃長期保持良好的透明度。玻璃中若加入某些稀土金屬的氧化物可使玻璃染成黃綠色、紫紅色、橙紅色、粉紅色等。稀土金屬化合物也常用于陶瓷的顏料。 (8)精密陶瓷 在陶瓷電容器的材料中加入某些稀土金屬，可提高電容器的穩(wěn)定性、延長使用壽命。 (9)在農(nóng)、林、牧、醫(yī)等方面的應用 稀土金屬元素可制成微量元素肥料，促進作物對氮、磷、鉀等的吸收。施用混合稀土肥料后，小麥、水稻、棉花、玉米、高粱、油菜等可增產(chǎn)10％左右，紅薯、大豆等可增產(chǎn)50％左右。稀土金屬可制成植物生長調(diào)節(jié)劑、礦物飼料添加劑等。但是，稀土金屬對作物作用機制，以及長期使用對環(huán)境、生理等的影響還需作更深入的研究。 (10)在環(huán)境保護方面的應用 最近，硝酸鑭在環(huán)境保護方面得到應用，它可以很有效地除去污水中的磷酸鹽。含磷酸鹽的污水如果被排放到自然水中去，會促使水藻增殖，使水質(zhì)惡化。 (11)引火合金 稀土金屬可以用來作引火合金，例如，作民用打火石和炮彈引信。打火石一般含稀土金屬70%左右，而其中鈰又占了40%，以鈰為主的混合輕稀土金屬與粗糙表面摩擦時，其粉末就會自燃。 ［例題剖析］ （例2）鋁與氫氧化鈉等強堿溶液反應生成氫氣，鎂卻不能，為什么？ 分析：鎂和鋁都是比較活潑的金屬，在一定條件下，它們都可以和水反應，置換出水中的氫，鎂跟冷水便能緩慢地反應，加熱時反應更加顯著，鋁和沸水也能微弱地反應，但現(xiàn)象不甚明顯，這一方面是因為鎂的金屬活動性較鋁相對較強，另一不可忽略的原因是它們的氫氧化物雖然都難溶于水，但Mg(OH)2較Al(OH)3的溶解性較大，所以與水反應時生成的Mg(OH)2在鎂條表面的覆蓋面要小，尤其是在加熱的條件下但（加熱時水的電離程度較大）在像氫氧化鈉等強堿條件下，情況就不一樣了，在強堿溶液中Mg(OH)2的溶解度大為減小了，水中的H+濃度也減小了，因此鎂和強堿溶液不反應，而鋁則不然。由于Al(OH)3是典型的兩性氫氧化物，它可溶解于強堿溶液，即Al(OH)3+OH－====+2H2O，所以在強堿溶液中，Al始終處于和H2O直接接觸的化學環(huán)境中，盡管強堿溶液中H+濃度較水中小，但我們看到，Al在氫氧化鈉溶液中，其表面產(chǎn)生H2的現(xiàn)象較為明顯，反應速率較快，這也從一個側(cè)面反映出Al具有兩性。 （例3）某無色透明溶液，可能由H+，Ba2+，Mg2+，OH－，，Cl－，，的若干離子組合而成，它能與鋁作用，且只有氫氣產(chǎn)生，請?zhí)顚懸韵驴瞻祝? （1）若原溶液呈明顯的堿性，則除OH－外，溶液中還可能大量存在的離子有___________________________。 （2）若原溶液呈明顯的酸性，則除H+外，溶液中還可能大量存在的離子有___________________________。 教師精講：Al和強酸(H+)溶液及強堿(OH－)溶液都可反應產(chǎn)生H2： 2Al+6H+====2Al3++3H2↑ 2Al+2H2O+2OH-2====+3H2↑ 若原溶液呈“明顯堿性”，首先H+不可能大量存在；由于Mg(OH)2為難溶氫氧化物，所以Mg2+也不可能大量存在，因為溶液一定呈電中性，所以溶液中一定存在Ba2+，因BaSO3和BaCO3都是難溶于水的物質(zhì)，所以和也不可能大量存在?？赡艽罅看嬖诘碾x子是：Ba2+、Cl-、。 若原溶液呈“明顯酸性”則首先OH－不可能大量存在；其次是弱酸根離子和不能大量存在（+2H+====H2O+SO2↑ +2H+====H2O+CO2↑）；最為隱蔽的是，若大量存在，則原溶液和Al反應產(chǎn)生的氣體中至少還有氮的氧化物氣體(NOx)，這與題設“只放出H2”抵觸，因此也不能大量存在?？赡艽罅看嬖诘碾x子是Mg2+、Ba2+、Cl-。 ［課堂小結(jié)］ 本節(jié)討論了合金的特點、組成和性質(zhì)，通過銅合金、合金鋼的學習加深了學生對合金的認識，同時通過對我國合金的發(fā)展和現(xiàn)狀的了解培養(yǎng)學生的社會責任感，明確了自己努力的方向，可以鼓勵學生奮發(fā)學習，將來去承擔更大的社會責任。積極開展社會調(diào)查活動，提高學生對金屬材料的認識，增強其社會活動能力，開展多種形式的交流活動，培養(yǎng)學生的互助合作精神。 板書設計 第三節(jié) 用途廣泛的金屬材料 （一）用途廣泛的金屬材料 常見合金的重要應用 （二）正確選用金屬材料 1.用途 2.物理性質(zhì) 3.化學性質(zhì) 活動與探究 1.保險絲是電工工具箱中一種必備的物品,請你調(diào)查一下保險絲的組成及性能,并完成下表。 品名 保險絲 種類 規(guī)格 性能 組成 正確使用方法 2.利用家中的常用物品，設計實驗方案，比較普通的菜刀和不銹鋼菜刀的耐腐蝕性能。 普通菜刀 不銹鋼菜刀 合金組成 放到水中 1天 2天 3天 …… 放到食鹽水中 1天 2天 3天 …… 放到食醋中 5分鐘 10分鐘 20分鐘 結(jié)論 習題詳解 1.答案：物理 化學 機械 大 低 原料 配比 工藝 2.答案：青銅 3.答案：鋼 碳素鋼 合金鋼 4.提示：從外觀、物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、價格、加工難度、日常維護、對環(huán)境的影響等方面分析作答。 點撥：某種金屬能否成為一種應用廣泛的材料，主要取決于其物理性質(zhì)和化學性質(zhì)。物理性質(zhì)如外觀、密度、硬度、導電性、導熱性、延展性等，化學性質(zhì)如與水的作用，耐腐蝕性等，當然除此之外還要考慮到其價格、加工難度、日常維護、對環(huán)境的影響等諸多方面。 5.提示：從導電性、密度、價格等方面分析作答 點撥：高壓電纜材料如銅線、鋁線、鋼芯鋁線等的選取主要考慮到其導電性能、密度、價格等因素。 7.答案：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 氧化劑：Fe2O3 還原劑：CO 8.答案：汽車外殼、發(fā)動機：Fe;鋼筋：Fe；電線：Cu或Al;廣告牌骨架：Fe；易拉罐：Al。 這些產(chǎn)品用這些金屬制造，也主要是考慮到其物理性質(zhì)與化學性質(zhì)、價格、加工難度等方面的影響。 9.答案：鋁合金窗：Mg\,Al;電風扇：鐵（Fe)；太陽能底座：Fe;炒勺：Fe(或Al)暖氣片：Fe;水龍頭：Fe;斧頭、鉗子：Fe。 主要成分為Fe的制品如暖氣片、水龍頭等腐蝕較快，使用壽命較短；而其他斧頭、鉗子、電風扇等鐵制品腐蝕相對慢一些，使用壽命較長；另外一些鋁制品及不銹鋼制品，腐蝕更慢，其使用壽命相對來說很長。 一般失去使用價值的廢舊金屬制品采取回收處理，再將其熔化，并摻入其他元素或物質(zhì)，改善其內(nèi)部結(jié)構，又可以重新利用。 10.答案：設有100 g磁鐵礦石， 則Fe的質(zhì)量分數(shù)為：100%=55% 100 t55%96%360=20 625 t 答：這種礦石中鐵的質(zhì)量分數(shù)為55%，理論上96%的生鐵年產(chǎn)量為20 625噸。 復習課 整體設計 從容說課 本章在初中介紹的金屬和金屬材料的基礎上，較深入地探討了三個方面的內(nèi)容：（1）金屬的化學性質(zhì)；（2）幾種重要的金屬化合物；（3）用途廣泛的金屬材料。在金屬的化學性質(zhì)一節(jié)中充分利用：鈉在空氣里緩慢氧化，鈉加熱時氧化，鈉與水的反應，鋁與鹽酸或NaOH溶液的反應，鋁箔在酒精燈上加熱和鐵跟水蒸氣的反應等實驗，將實驗操作與圖片展示相結(jié)合，加深實驗的印象，增強實驗的效果。實驗過程中的現(xiàn)象和結(jié)論不是由老師告訴學生，也不在教科書中敘述，而是由學生自己得出，這樣充分調(diào)動學生學習的積極性，提高學生的分析能力和總結(jié)表達能力。鈉、鋁、鐵、銅四種重要金屬的化合物的性質(zhì)按氧化物、氫氧化物和相應鹽的順序逐一介紹，重點掌握鋁氧化物、氫氧化物的兩性，鐵的兩種氫氧化物的相互轉(zhuǎn)化。通過金屬材料發(fā)展史及有關的知識，初步認識合理使用金屬材料的意義，激發(fā)學生的社會責任感。通過積極開展社會調(diào)查活動，提高學生對金屬材料的認識，增強其社會活動能力。 教學重點 金屬單質(zhì)（鈉、鎂、鋁、鐵）及其化合物的化學性質(zhì) 教學難點 化合物之間的相互轉(zhuǎn)化關系及應用 課時安排 2課時 第1課時 教學設計 三維目標 知識和技能 （1）掌握金屬單質(zhì)（鈉、鎂、鋁、鐵）的化學性質(zhì)。 （2）掌握鈉、鎂、鋁、鐵等金屬化合物的性質(zhì)。 過程和方法 采用圖表、比較、討論、歸納、綜合的方法。 情感、態(tài)度和價值觀 （1）培養(yǎng)學生分析、歸納、綜合的能力。 （2）通過教學培養(yǎng)學生的社會責任感、社會活動能力和互相合作能力。 教學重點 金屬單質(zhì)（鈉、鎂、鋁、鐵）及其化合物的化學性質(zhì) 教學難點 化合物之間的相互轉(zhuǎn)化關系及應用 教學過程 導入新課 思考：（1）通過對金屬鈉、鎂、鋁、鐵的學習，你認為它們有什么共同的物理性質(zhì)？ （2）化學性質(zhì)有什么共同點和不同點？ 推進新課 板書：一、金屬的通性 1.金屬的物理通性：有金屬光澤、有延展性、導電、導熱。但不同金屬在密度、硬度、熔、沸點等方面差別較大，這也是金屬單質(zhì)的一大特點。 2.金屬的化學通性：還原性，可表示為M-ne－Mn+，金屬的還原性主要表現(xiàn)在金屬能與非金屬、水、酸、某些鹽發(fā)生反應。金屬的還原性有很大差別，其還原性強弱與金屬原子的結(jié)構密切相關，一般說來，金屬原子的半徑越大，最外層電子越少，金屬的還原性越強。 思考：初中我們學習了金屬活動性順序表，請說明其含義。 生：金屬活動性順序表中金屬的金屬性從左到右依次減弱；可以判斷金屬失電子的難易；可以判斷金屬離子得到電子的能力…… [教師小結(jié)]由金屬活動順序表分析金屬知識的規(guī)律： 金屬活動順序表 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 金屬原子失去電子的能力(或其還原性) 從左到右失電子能力由強逐漸減弱 金屬陽離子得電子有力(或其氧化性) 從左到右得電子能力由習逐漸增強 與氧氣化合 常溫下易被氧化 常溫下緩慢被氧化 加熱被氧化不能 置換水中H+ 能置換 加熱時能置換 不能置換 置換酸中H+ 常溫能置換 不能置換 與鹽溶液反應先 與H2O反應 前面的金屬置換出后面金屬 自然界中存在 化合態(tài) 化合態(tài)和游離態(tài) 游離態(tài) 冶煉方法 電解熔融物 還原劑還原 加熱法 富集 板書：二、知識點歸納 1.鈉的化合物 （2）氧化鈉與過氧化鈉的比較 氧化鈉(Na2O) 過氧化鈉(Na2O2) 化合價 氧的化合價為-2價 氧的化合價為-1價 類 別 堿性氧化物 過氧化物，不是堿性氧化物 顏 色 白色固體 淡黃色固體 與H2O反應 Na2O+H2O====2NaOH 2Na2O2+2H2O====4NaOH+O2↑ 與CO2反應 Na2O+CO2====Na2CO3 2Na2O2+2CO2====2Na2CO3+O2 與酸反應 Na2O+2HCl====2NaCl+H2O 2Na2O2+4HCl====4NaCl+2H2O+O2↑ 漂白作用 無 有 用途 制NaOH 作生氧劑，漂白劑 保存 密封 密封 轉(zhuǎn)化 （3）碳酸鈉與碳酸氫鈉的比較 Na2CO3 NaHCO3 俗稱 純堿、蘇打 小蘇打 溶解性 易溶于水 易溶于水，但溶解度比Na2CO3小 狀態(tài) 白色固體 白色晶體 熱穩(wěn)定性 加熱難分解 2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O 與酸反應 +2H+====CO2↑+H2O H++====CO2↑+H2O 與CaCl2反應 Ca2++====CaCO3↓ 不反應 與NaOH反應 不反應 +OH-====+H2O 與Ca(OH)2反應 Ca2++====CaCO3↓ 2(過量)+Ca2++2OH-====CaCO3↓++2H2O 相互轉(zhuǎn)化 +CO2+H2O====2 NaHCO3+NaOH====Na2CO3+H2O 2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O ［例題剖析］ （例1）下列化合物與小蘇打溶液反應時，沒有氣體或沉淀生成的是（ ） A.燒堿 B.硫酸氫鈉 C.氫氧化鋇 D.過氧化鈉 生：燒堿和小蘇打可以發(fā)生反應生成碳酸鈉和水：NaOH+NaHCO3====Na2CO3+H2O,硫酸氫鈉電離出的氫離子可以與碳酸氫根離子反應生成二氧化碳氣體：NaHSO4+NaHCO3====Na2SO4+CO2↑+H2O；氫氧化鋇電離出的氫氧根離子與碳酸氫根離子反應生成碳酸根離子，碳酸根離子與氫氧化鋇電離出的鋇離子反應生成碳酸鋇沉淀：Ba(OH)2+NaHCO3====BaCO3↓+NaOH+H2O；過氧化鈉與水反應生成氫氧化鈉和氧氣，氫氧化鈉和小蘇打反應生成碳酸鈉和水:2Na2O2+4NaHCO3====4Na2CO3+2H2O+O2↑。 教師精講：碳酸氫根離子是一種酸式酸根離子，它可以與強酸或強酸的酸式鹽反應生成氣體，也可以與強堿反應生成離子，再觀察離子與陽離子反應是否生成不溶性鹽（沉淀）即可得到答案。本題答案為A。 隨堂練習 1.一定量的NaOH溶液（含酚酞）分別加入足量的下列物質(zhì)，一段時間后，紅色一定消失的是（ ） ①H2O2 ②HCl ③SO2 ④Na2O2 ⑤NaHCO3 A.僅有① B.②⑤ C.②③④⑤ D.①②③④ 簡析： Na2O2、H2O2均有漂白性，HCl、SO2可以與NaOH反應使溶液堿性減弱，紅色消失。 答案：D 2.某溶液中含有Cl-、、、OH等四種陰離子，加入足量的Na2O2固體后，溶液中離子濃度基本保持不變的是（假設溶液體積無變化）（ ） A.OH- B. C. D.Cl- 簡析：加入足量的Na2O2固體后，Na2O2與水反應生成氫氧化鈉，氫氧化鈉與反應生成，故OH-濃度、濃度增加，濃度減小，Cl-濃度不變。 答案：D 3.可以肯定溶液中存在大量的理由是（ ） A.加入AgNO3溶液有白色沉淀生成 B.加入稀鹽酸有無色、無味的氣體產(chǎn)生 C.加入MgCl2溶液時有白色沉淀產(chǎn)生，再加入酸沉淀溶解，產(chǎn)生可使澄清石灰水變渾濁的無色、無味的氣體 D.加入Ba（OH）2溶液時有白色沉淀產(chǎn)生，再加入稀鹽酸，沉淀溶解，產(chǎn)生可使澄清石灰水變渾濁的無色、無味的氣體 簡析：加入AgNO3溶液有白色沉淀生成，溶液中可能有Cl-；加入稀鹽酸有無色、無味的氣體產(chǎn)生，溶液中可能有；加入Ba（OH）2溶液時有白色沉淀產(chǎn)生，再加入稀鹽酸，沉淀溶解，產(chǎn)生可使澄清石灰水變渾濁的無色、無味的氣體，溶液中可能有。故本題答案為C。 答案：C 4.下列各組物質(zhì)的溶液相互反應時，無論是前者逐滴滴入后者，還是后者逐滴滴入前者，反應現(xiàn)象均相同的是（ ） A.HCl和NaAlO2 B.Ca(HCO3)2和Ca(OH)2 C.AlCl3和NaOH D.NaHCO3和H2SO4 簡析：HCl滴入NaAlO2中現(xiàn)象為生成沉淀，沉淀逐漸增加然后逐漸減少；NaAlO2滴入HCl中生成沉淀，沉淀迅速消失，繼續(xù)滴入后生成沉淀，沉淀不再減少；NaOH溶液滴入AlCl3溶液中，產(chǎn)生白色沉淀，隨著NaOH溶液的不斷滴入，出現(xiàn)沉淀先逐漸增多，后來又逐漸減少直至沉淀完全溶解的現(xiàn)象。將AlCl3溶液滴入NaOH溶液，開始無沉淀出現(xiàn)，滴至一定量時才開始出現(xiàn)沉淀，然后隨著AlCl3溶液的不斷滴入，沉淀漸多，直至最多。B中只生成沉淀，D中只生成氣體。 答案：BD 2.鎂和鋁 元素符號 Mg Al 化合價 +2 +3 原子半徑 r(Mg) ＞ r(Al) 還原性 Mg ＞ Al 高價氧化物 對應水化物 Mg(OH)2(堿性) ＞ Al(OH)3(兩性) 化學性質(zhì) 反應物 Mg Al 相似 非金屬 2Mg+O22MgO Mg+I2MgI2 Mg+SMgS 3Mg+N2Mg3N2 4Al+3O22Al2O3 2Al+3I22AlI3 2Al+3SAl2S3 水 Mg+2H2O(g)Mg(OH)2+H2 2Al+6H2O====2Al(OH)3+3H2↑ 非氧化性酸 Mg+2H2SO4====MgSO4+H2↑ 2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2↑ 差異 強氧化性酸 Mg+2H2SO4(濃)====MgSO4+SO2↑+2H2O Mg+4HNO4(濃)====Mg(NO3)2+2NO2↑+2H2O AlAl反應 氧化物 2Mg+CO22MgO+C 2Mg+SO22MgO+S 8Al+3Fe3O49Fe+4Al2O3 2Al+WO3Al2O3+W 堿 不反應 2Al+2H2O+2NaOH====2NaAlO2+3H2↑ ［例題剖析］ （例2）下列物質(zhì)中既能與稀硫酸反應又能與氫氧化鈉溶液反應的是（ ） ①NaHCO3 ②Al2O3 ③Al(OH)3 ④Al A.②③ B.②③④ C.①②③ D.全部 ［分析］ 生：Al可以，因為Al具有兩性，同時Al2O3、Al(OH)3可以，它們分別為兩性氧化物和兩性氫氧化物;NaHCO3為揮發(fā)性酸的酸式鹽，它可以與堿反應生成正鹽，可以與酸反應生成揮發(fā)性酸。 師：同學們分析得非常好。 ［課堂小結(jié)］ 本節(jié)課我們討論了鎂、鋁的單質(zhì)及化合物的性質(zhì)，請大家課后完成有關反應方程式。 板書設計 第三章 金屬及其化合物 一、金屬的通性 二、知識點歸納 1.鈉的化合物 2.鎂和鋁 活動與探究 1.通過實驗比較濃鹽酸、稀鹽酸與Na2CO3、NaHCO3兩種溶液反應速率的大小。 Na2CO3 NaHCO3 逐滴加入濃鹽酸 現(xiàn)象： 解釋： 現(xiàn)象： 解釋： 逐滴加入稀鹽酸 現(xiàn)象： 解釋： 現(xiàn)象： 解釋： 結(jié)論 2.只用水、濃鹽酸兩種試劑鑒別Na2CO3、NaHCO3兩種溶液。