第八单元 第八单元 金属和金属材料金属和金属材料

单元备课单元备课

第八单元 第八单元 金属和金属材料金属和金属材料

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育英二外 冯彦成

2009.12.15

一、本单元说明 本单元主要介绍了铁、铝、铜等重要金属和合金。内容包括金属的物理性质（如导电性、导热性等）金属的化学性质（如与氧气、盐酸等反应）以及反应规律性知识（如金属活动性顺序），金属资源的利用（如铁的冶炼以及冶炼时有关杂质问题的计算），金属资源的保护（如金属的腐蚀和防护、废旧金属的回收利用）等。从教学目标来讲，涉及到铁、铝、铜等纯金属以及合金的基础知识，金属活动性顺序和金属腐蚀条件初步探究活动的过程、方法和技能，以及合理利用金属资源、金属材料与人类进步和社会发展的关系等情感、态度和价值观方面的教育。

二、本单元教学重点二、本单元教学重点 铁、铝、铜等金属和合金的重要性质和用铁、铝、铜等金属和合金的重要性质和用

途；途； 金属活动性顺序金属活动性顺序 有关化学方程式计算中的杂质问题计算有关化学方程式计算中的杂质问题计算 铁锈蚀的条件和防护铁锈蚀的条件和防护 合理利用金属资源的意识合理利用金属资源的意识

三、本单元的教学难点三、本单元的教学难点 对金属活动性顺序的初步探究对金属活动性顺序的初步探究 对铁锈蚀条件的初步探究对铁锈蚀条件的初步探究 有关化学方程式计算中的杂质问题的计算。有关化学方程式计算中的杂质问题的计算。

四、教学建议目标要求四、教学建议目标要求

课题一 金属材料

基本要求基本要求

11 、知道金属具有很多共同的物理性质。、知道金属具有很多共同的物理性质。22 、知道金属材料包括铁、铝、铜等金属和、知道金属材料包括铁、铝、铜等金属和生铁、钢等合金，了解部分金属材料的特生铁、钢等合金，了解部分金属材料的特性和用途性和用途33 、认识金属材料与人类生活和社会发展的、认识金属材料与人类生活和社会发展的密切关系。密切关系。44 、知道物质的组成的改变会使其性能发生、知道物质的组成的改变会使其性能发生改变。改变。55 、了解影响金属材料的用途的多种因素。、了解影响金属材料的用途的多种因素。

弹性要求弹性要求 了解回火和淬火了解回火和淬火

发展要求发展要求 识别合金属于混合物；通过比较认识运用识别合金属于混合物；通过比较认识运用合金的优越性。合金的优越性。

课题二 金属的化学性质

基本要基本要求求

11 、知道铁铝铜等常见金属与氧气的反应。、知道铁铝铜等常见金属与氧气的反应。22 、初步认识常见金属与盐酸、硫酸以及与盐溶、初步认识常见金属与盐酸、硫酸以及与盐溶液的置换反应。液的置换反应。33 、知道并记住常见金属的活动性顺序。、知道并记住常见金属的活动性顺序。44 、能用金属的活动性顺序对有关的置换反应发、能用金属的活动性顺序对有关的置换反应发生进行简单的判断。生进行简单的判断。55 、认识置换反应。、认识置换反应。

弹性要弹性要求求 碱金属等活泼金属某些重要的性质。碱金属等活泼金属某些重要的性质。

发展要发展要求求

能设计简单的实验比较不同金属在溶液中的活动能设计简单的实验比较不同金属在溶液中的活动性。性。

课题三 金属资源的利用和保护

基本要求基本要求

11 、知道一些常见金属如铁、铝、铜等、知道一些常见金属如铁、铝、铜等的矿物，了解从铁矿石中将铁还原出来的矿物，了解从铁矿石中将铁还原出来的方法和化学原理。的方法和化学原理。22 、掌握根据化学方程式对含有某些杂、掌握根据化学方程式对含有某些杂质的反应物和生成物进行有关计算。质的反应物和生成物进行有关计算。33 、知道金属锈蚀的条件以及防止金属、知道金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法。锈蚀的简单方法。44 、知道废弃金属对环境的污染，认识、知道废弃金属对环境的污染，认识金属回收利用等资源保护的重要性。金属回收利用等资源保护的重要性。

弹性要求弹性要求 从氧化还原的角度认识炼铁的原理从氧化还原的角度认识炼铁的原理

发展要求发展要求 设计实验探究铁制品锈蚀的条件，对身设计实验探究铁制品锈蚀的条件，对身边的金属材料提出合理的防锈蚀方案。边的金属材料提出合理的防锈蚀方案。

课题 1 、一课时

课题 2 、两课时

课题 3 、两课时

五、单元课时分配五、单元课时分配

六、单元评价建议六、单元评价建议本单元从以下几方面评价学生：

1 、完成课内外的作业、单元检测。

2 、学生学习过程中的参与意识、实验操作技能、观察 能力、合作精神、收集整理资料的能力。

3 、学生在探究实验过程中表现出来的分析、归纳能力，表述能力和思维能力。

4 、能否用简单明了语言归纳和描述金属的物理性质和化学性质，及对性质知识的理解和应用程度。

5 、 猜测氧化铁与一氧化碳反应产物，并进行检验。

6 、学生对金属防护和回收利用废弃金属的认识。

7 、学生对金属锈蚀和防护方法知识的掌握和理解程度。

8 、 结合日常生活如何保护金属制品。

七、本单元可供选择的学习情景素材七、本单元可供选择的学习情景素材

11 、中国古代金属冶炼的成就和当代金、中国古代金属冶炼的成就和当代金属材料的开发利用属材料的开发利用

22 、制造潜艇、宇宙飞船的合金材料、制造潜艇、宇宙飞船的合金材料33 、我国重要的金属矿物及其分布、我国重要的金属矿物及其分布44 、丰富多彩的金属矿物标本和图片、丰富多彩的金属矿物标本和图片55 、金属的切割与焊接、金属的切割与焊接66 、制造自来水管材料的变迁、制造自来水管材料的变迁

八、本单元学习策略八、本单元学习策略

关于金属的知识链，一方面保持以金属活动性顺序为主干；另一方面以几种特征性金属知识作学习“母体”的知识框架呈现，利于进行对比归纳。 复习时，不仅要探究金属与非金属、氧化物、酸、碱、盐等化学知识体系内的相互关系；更重要的是要通过探究金属与生产生活相关联的实际问题，去发展学生学习能力与创新意识。后者才是新课程大量充实有关金属知识的真实意图。如果这样设计教学才能有效保证知识、能力、创新三方面的巩固提高。

关于金属的知识链，一方面保持以金属活动性顺序为主干；另一方面以几种特征性金属知识作学习“母体”的知识框架呈现，利于进行对比归纳。 复习时，不仅要探究金属与非金属、氧化物、酸、碱、盐等化学知识体系内的相互关系；更重要的是要通过探究金属与生产生活相关联的实际问题，去发展学生学习能力与创新意识。后者才是新课程大量充实有关金属知识的真实意图。如果这样设计教学才能有效保证知识、能力、创新三方面的巩固提高。

在多角度多层次的运用中巩固提高在多角度多层次的运用中巩固提高 在多角度多层次的运用中巩固提高在多角度多层次的运用中巩固提高

8.18.1 知识结构透视知识结构透视

金

属

材

料

纯金属

合金

金属的锈蚀条件

与氧气反应

与酸反应

与硫酸铜反应

置换反应

金属活动

顺序

物理性质

化学性质

性能

用途

金

属

资

源

1 、存在

3 、冶炼

2 、回收利用

4 、有关含 杂质 的计算问题

1.1. 你知道那些金属可以和氧气反应吗？请写出有关反你知道那些金属可以和氧气反应吗？请写出有关反 应的化学方程式。应的化学方程式。

2.2.请根据金属和氧气反应的条件，分析它们化学性质 请根据金属和氧气反应的条件，分析它们化学性质 有什么规律？有什么规律？

⑴ ⑴ 钠为什么要保存在煤油中？钠为什么要保存在煤油中？ ⑵ ⑵ 镁在空气中燃烧。镁在空气中燃烧。

⑶ ⑶ 铝在氧气中燃烧。铝在氧气中燃烧。

⑷ ⑷ 铁丝在氧气中燃烧。铁丝在氧气中燃烧。

⑸ ⑸ 铜在空气中加热。铜在空气中加热。 ⑹ ⑹ 水银在空气中加热。水银在空气中加热。

8.28.2 从金属与氧气反应的角度认识金属活动性顺从金属与氧气反应的角度认识金属活动性顺序序

3.3.为什么出土文物为什么出土文物中铜器比铁器多中铜器比铁器多呢？呢？

金属活动性：金属活动性： NaNa；； MgMg、、 AlAl、、 FeFe；； CuCu、、HgHg。。

4.⑴4.⑴为什么铁器易生锈，而铝制品不易为什么铁器易生锈，而铝制品不易锈蚀呢？锈蚀呢？⑵⑵为什么不宜用钢刷、沙等来擦洗为什么不宜用钢刷、沙等来擦洗

铝制品呢？铝制品呢？

5.⑴5.⑴请推测请推测 KK 与与 OO2 2 反应的条件是反应的条件是 。。 ⑵⑵镁（填：能、不能）镁（填：能、不能） 制成锅。制成锅。

6.⑴6.⑴请推测请推测 ZnZn 与与 OO2 2 反应的条件是反应的条件是 。。 ⑵⑵““白铁皮”是铁锌合金，其制品为什么不易锈蚀呢？白铁皮”是铁锌合金，其制品为什么不易锈蚀呢？

7.⑴7.⑴为什么说“真金不怕火炼”？为什么说“真金不怕火炼”？

⑵⑵铁矿与金矿有什么不同？铁矿与金矿有什么不同？

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn PbK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H)(H)Cu Hg Ag Pt AuCu Hg Ag Pt Au。。 金 属 活 动 性 由 强 逐 渐 减 弱金 属 活 动 性 由 强 逐 渐 减 弱

8.38.3难点研讨：难点研讨：金属活动性顺序的应用金属活动性顺序的应用

主要应用：一 判断金属跟酸能否发生置换反应及其反应的快慢。一 判断金属跟酸能否发生置换反应及其反应的快慢。

二 判断金属跟盐溶液能否发生置换反应。 二 判断金属跟盐溶液能否发生置换反应。

三 判断金属跟混合盐溶液反应的次序。 三 判断金属跟混合盐溶液反应的次序。

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H)

Cu Hg Ag Pt Au

金属活动性顺序由强逐渐减弱

金属活动性顺序：

2

1.判断在溶液中的置换反应能否发生

例 1.5角硬币的外观呈金黄色，它是铜和锌的合金，市面上有人用它制成假金元宝行骗，小明同学用一种试剂揭穿了他。小明一定不会用的试剂是 （ ）

A．硫酸铜溶液 B．硝酸银溶液

C．盐酸 D．硝酸钠溶液 【解析】 金属与酸反应有如下规律：①只有排在氢前面的金属能置换出酸中的氢，这里的酸一般指的是稀盐酸和稀硫酸，因为浓硫酸和硝酸具有强氧化性，与金属反应时不生成氢气而生成水，浓盐酸具有强挥发性，使生成的氢气含有氯化氢气体而不纯净；②位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的化合物的溶液里置换出来。 Cu位于 H之后，不能置换出盐酸中的氢，但Cu位于 Ag之前，可与硝酸银溶液反应； Zn位于 H、 Cu、Ag之前，能与 CuSO4 、 AgNO3 和 HCl反应。而Cu和 Zn均不能与 NaNO3 反应， NaNO3溶液无法鉴别。故正确答案为B。

2.根据化学反应判断金属活动性顺序 例 2. 有 X、 Y、 Z三种金属，把 Y分别投入稀硫酸和 Z(NO3)2 溶液中，有气泡产生和固体析出；把 X 投入Z(NO3)2溶液中，没有明显现象。则X、 Y、 Z可能是（ ）

A． Zn、 Cu、 Ag B． Zn、 Fe、 Cu

C． Ag 、 Cu、 Zn D． Ag 、 Zn、 Cu 【解析】 本题考查根据实际反应推导金属活动性顺序。规律：排在前面的金属能把排在后面的金属从它的盐溶液里置换出来，而不管它是氢前还是氢后；排在氢前面的金属能把酸中的氢置换出来。但要注意金属与盐反应时，盐应为可溶性盐。依据题意， Y 能把稀H2SO4 中的氢和Z(NO3)2溶液中的 Z置换出来，说明 Y 在金属活动顺序中排在 H 前和Z前，而X 投入Z(NO3)2溶液中，没有明显现象，说明二者不反应， X排在 Z后，故 X、 Y、 Z 的金属活动性顺序由强到弱的顺序为 :Y＞ Z＞ X。将备选答案与之对照（注意要一一对应）选项Ｄ中 Zn＞ Cu＞Ag符合题意，故正确答案为Ｄ。

3.根据反应图象比较金属活动性强弱和相对原子质量的大小 例 3.将质量相等的 A、 B两种金属，同时分别放入两份溶质质量分数相同且足量的稀盐酸中，反应生成 H2 的质量与反应时间的关系如图所示．根据图中所提供的信息，写出能从中得出的正确结论．（已知： A、 B在生成物中均为＋ 2 价）

【解析】 这是一道图象题。规律：金属活动性越强，越容易发生置换反应，与酸反应生成氢气的速率越快。由图象可知，曲线斜率越大，单位时间内放出氢气质量越多。在开始一段相等的时间内，金属 A产生的氢气比B多，说明 A与酸反应的速率快， A的金属活动性较强比B强， A、 B两种金属在金属活动性顺序中位置均排在 H前。相同价态的不同金属，其相同数目的原子置换生成的氢分子的个数是一样的。而相同质量的不同金属中，相对原子质量小的，所含的原子个数则较多，置换生成的氢气的量自然多一些。当两种金属均反应完时， A生成氢气比B多，则相对原子质量B＞ A。

4. 用于判断置换反应后金属的组成和溶液中溶质的存在

例 4.某金属加工厂生产过程中的废液含有少量硝酸银和硝酸铜，为回收利用资源和防止污染，该厂向废液中加入一定量的铁粉，反应停止后过滤，向滤出的固体中加入少量稀盐酸，无气体产生。则下列有关说法中，正确的是（ ）

A．滤出的固体中一定含有银和铜，一定不含铁

B．滤出的固体中一定含有银，可能含有铜和铁

C．滤液中一定有硝酸亚铁，可能有硝酸银和硝酸铜

D．滤液中一定有硝酸亚铁，一定没有硝酸银和硝酸铜

【解析】 Fe粉加入到 AgNO3 、 Cu(NO3)2 两种物质的混合液中，可能发生的反应为： 2AgNO3＋Fe＝Fe(NO3)2＋ 2Ag Cu(NO3)2＋Fe＝ Fe(NO3)2＋Cu 。根据题意“向滤出的固体中加入少量稀盐酸，无气体产生”，说明 Fe粉不可能过量，滤出的固体中一定不含有 Fe。此时，则有如下两种情况：（ 1 ）若 Fe粉恰好完全反应，则上述两反应已进行完全， AgNO3 、 Cu(N03)2不再有剩余，此时滤出的固体中一定含有 Ag和 Cu，滤液中只有 Fe(NO3)2 ，而没有 AgNO3 、 Cu(NO3)2 。（ 2 ）若 Fe粉量不足，可能置换出部分 Ag或全部 Ag，只有当 Ag被全部置换出来后，才有可能置换出部分 Cu（因Cu比 Ag活泼）。即滤出固体中一定含有 Ag，可能含有 Cu，滤液中可能含有 AgNO3 和 Cu(NO3)2或 Cu(NO3)2 。综合上述分析，正确选项为C。

5. 用于判断置换反应后盐溶液的质量变化 例 5.把铁片分别放入下列物质的溶液中，过一段时间取出，溶液质量增加的是（ ）

A.Al2(SO4) B.CuSO4

C.H2SO4 D.AgNO3

【解析】 本题主要考查金属单质与酸、盐间发生置换反应后溶液质量的变化。总的原则是：反应前后溶剂（水）质量不变，溶液质量的变化取决于溶质质量的变化。解题的一般规律是：反应后溶液质量不变的情况是没有发生置换反应；反应后溶液质量增加的情况是原子量大的金属与原子量小的金属的盐溶液的置换反应（金属同价态）；反应后溶液质量减少的情况是反应后生成了气体或析出另一种金属，脱离溶液体系，且生成气体或固体质量大于反应前固体质量。 Fe 与 Al2(SO4)3 物质不参加反应，溶液质量不变。通过上述比较，只有 C 符合题意。

6. 用于制备金属、盐及物质的提纯 例 6. 从含有大量硫酸亚铁、少量硫酸铜以及不溶性杂质的工业废水中回收金属铜并获得硫酸亚铁晶体，操作步骤和目的如下表，请填出表中未完成部分。

操作步骤 目 的

(1)将废水过滤(2)向滤液中加入过量铁粉(3)(4)在过滤后的固体混合物中加入过量稀硫酸(5)将反应后的混合物过滤(6)

(1)(2)(3)将 Cu和过量的铁粉与 FeSO4溶液分离(4)(5)(6)得到硫酸亚铁晶体

【解析】 这是一道综合性很强的物质提纯题，考查了学生运用金属活动性顺序和提纯原理灵活解决生产、生活中实际问题的能力，以及严谨的实验动手能力和慎密的思维能力，是一道考查学生素质且区分度很好的试题。根据题意，既然要回金属铜和硫酸亚铁，必须选取一种金属将铜离子全部转化为铜单质，该金属一定位于铜之前；同时又不能引入新的金属离子，则选择的金属应该是铁，且应过量。完全反应后，过滤，得沉淀铜和铁（未反应的）的混合物，此时再加入稀硫酸，溶解未反应的铁，再次过滤，即可得到纯净的铜单质；将过滤后的滤液蒸发浓缩，冷却结晶，即可析出硫酸亚铁晶体。

7.设计实验方案探究金属活动性顺序例 7.为探究铁和铜的金属活动性顺序，请根据实验室现有的仪器和药品条件（如下所列），通过填写下表，完成对实验方案的构思。

【实验仪器】试管、胶头滴管、镊子

【实验药品】铁钉、铜片、稀硫酸、硫酸锌溶液、硫酸亚铁溶液、硫酸铜溶液

方案 所选药品 有关化学方程式

1

2

【解析】 测定不同金属的活动性顺序常依据化学反应的现象来判断，金属活动性顺序表中位置靠前的金属能把相对靠后的金属从它的化合物的溶液中置换出来， H前金属能氢酸中的氢置换出来。从实验现象上可知，从溶液中被置换出的金属是活泼性较弱的金属，能与酸反应放出氢气的金属是H前的金属。我们已经知道 Fe比Cu活泼且 Fe位于 H前而Cu位于 H后。据此设计实验方案时所选药品可用 Fe、 Cu分别与酸反应的现象来判断这两种金属活动性强弱；另一种方案则可选金属与盐溶液反应，用较活泼的金属与较不活泼的金属的盐的溶液反应，或用不活泼的金属与较活泼的金属的盐的溶液反应。

8.48.4典型金属知识网络构建典型金属知识网络构建

00

+2+2 +3+3

+3+3 +3+3 +3+3FeFe

FeFe33OO

44

FeFe22OO

33

CuSCuSOO44

FeSOFeSO44

CC

HH22

COCO

潮湿的空气潮湿的空气

COCO C C HH22

OO22

HH22SOSO

44 ZnZn

FeClFeCl

33

HClHClFe(OHFe(OH))33

NaONaOHH

HClHCl粉末黑色粉末黑色

固体银白色固体银白色

溶液浅绿色溶液浅绿色 溶液黄色溶液黄色

红色固体红色固体

黑色固体黑色固体

红褐色沉淀红褐色沉淀

FeFe22(SO(SO44

))33

HH22SOSO

44

溶液黄色溶液黄色

铁与铁的化合物关系网

CuCu CuOCuO Cu(OHCu(OH))22

Cu(NOCu(NO33))

22

CuSOCuSO44

OO22

HH22 COCO CC

AgNOAgNO

33 HH22SOSO

44

FFee

FFee

HH22SOSO

44

NaOHNaOH

红色固体红色固体 黑色固体黑色固体 溶液蓝色溶液蓝色 蓝色沉淀蓝色沉淀

溶液蓝色溶液蓝色

HCl

CuCl2溶液绿色

铜与铜的化合物关系网

CuCu

合金合金FeFe

ZnZn

AlAl

金 属金 属

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8.58.5以金属为主线的若干特征性物质以金属为主线的若干特征性物质8.58.5以金属为主线的若干特征性物质以金属为主线的若干特征性物质

NaNa MgMg

HgHg AgAg AuAu

TiTi

KK CaCa

SnSn MnMn … …

Cu 活动性（与 O2 、酸液、盐溶液）Cu 的物理特性Cu 的分类及合金Cu 的用途及资源Cu 元素与人体健康Cu 盐的性质湿法冶金原理

Cu 活动性（与 O2 、酸液、盐溶液）Cu 的物理特性Cu 的分类及合金Cu 的用途及资源Cu 元素与人体健康Cu 盐的性质湿法冶金原理

Al 活动性（与 O2 、酸液、盐溶液）Al 的物理特性Al 合金的优势Al 的用途及资源Al 制品的回收Al 元素与人体健康

Al 活动性（与 O2 、酸液、盐溶液）Al 的物理特性Al 合金的优势Al 的用途及资源Al 制品的回收Al 元素与人体健康

Zn 活动性（与 O2 、酸液、盐溶液）Zn 的物理特性Zn 表面的保护膜及镀锌Zn 的用途Zn 元素与人体健康

Zn 活动性（与 O2 、酸液、盐溶液）Zn 的物理特性Zn 表面的保护膜及镀锌Zn 的用途Zn 元素与人体健康

Fe 活动性（与 O2 、酸液、盐溶液）Fe 的物理特性Fe 的锈蚀与防锈原理和措施钢铁的冶炼原理及原料钢铁的用途铁矿资源及分类Fe 元素与人体健康Fe 盐的性质

Fe 活动性（与 O2 、酸液、盐溶液）Fe 的物理特性Fe 的锈蚀与防锈原理和措施钢铁的冶炼原理及原料钢铁的用途铁矿资源及分类Fe 元素与人体健康Fe 盐的性质

8.6工业炼铁1 、炼铁的原理

化学方程式 ： 3CO+Fe2O3 ===2Fe+3CO2

高温

现象：红色粉末变成黑色，生成的气体能使澄清石灰水变浑浊。

思考：对比CO还原CuO实验，这个实验应该注意哪些问题？如果以 Fe3O4为原料，化学方程式应该如何书写？4CO+Fe3O4 ===3Fe+4CO2

高温

2 、工业炼铁的原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气

在实际生产中，所用的原料或产品一般都有一定的杂质，在计算用料和产量时应该考虑到杂质问题。【例题】 1000t 含 80%氧化铁的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁 96%的生铁的质量是多少？

注意：带入化学方程式中计算的质量必须是纯净

物的质量

解： 1000t赤铁矿中含氧化铁的质量为

1000tX80%=800t

设 800t 氧化铁理论上可以炼出纯铁的质量为 X

纯物质的质量 =不纯物质的质量×物质的质量分数

3CO+Fe2O3 ===2Fe+3CO2

高温

160

800t

112

X

160

800t

112

X= X=560t

则含铁 96% 的生铁的质量为 ： 560t/96%=583t

答：理论上可以炼出含铁 96% 的生铁 583t.

思考：根据已学过的化学式的计算，你能想出另一种方法解决这道题吗？

赤铁矿 氧化铁 铁元素 铁单质 生铁1000tX80%X w(Fe) = m( 生铁 )X96%

1000tX80%X112

160=m( 生铁 )X96%

m ( 生铁 )=583t

谢谢指导！谢谢指导！