课题1　金属材料教案和学案内容

金属材料

一、教学目标

1.了解常见金属的物理性质，知道物质的性质在很大程度上决定了物质的用途. 认识在金属中加热熔合某些金属或非金属可以制得合金，知道生铁和钢等重要合金，以及合金比纯金属具有更广泛的用途。

2．知道铁、铝、铜等常见金属与氧气的反应。

3．初步认识常见金属与盐酸、硫酸的置换反应，以及与盐溶液的置换反应，能用置换反应解释一些与日常生活有关的化学问题。

4．能用金属活动性顺序对有关的置换反应进行简单的判断，并能利用金属活动性顺序解释一些与日常生活有关的化学问题。

5．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方法。会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关计算。了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法。

二、学习重点与难点

重点是金属的物理性质的通性，金属与盐酸、硫酸的置换反应以及与盐溶液的置换反应。铁矿石中将铁还原出来的方法和金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法。

难点是金属活动性顺序对有关的置换反应进行简单的判断，含有杂质的化学方程式计算和金属锈蚀的条件的探究。

三、教学过程

一、金属材料

纯金属（90多种）

合金（几千种）

（2）大多数呈银白色（铜为紫红色，金为黄色）

（3）有良好的导热性、导电性、延展性

3、金属之最：

（1）铝：地壳中含量最多的金属元素（2）钙：人体中含量最多的金属元素

（3）铁：目前世界年产量最多的金属（铁>铝>铜）

（4）银：导电、导热性最好的金属（银>铜>金>铝）

（5）铬：硬度最高的金属

（6）钨：熔点最高的金属

（7）汞：熔点最低的金属

（8）锇：密度最大的金属

（9）锂

：密度最小的金属

4、金属分类：

黑色金属：通常指铁、锰、铬及它们的合金。

重金属：如铜、锌、铅等

有色金属

轻金属：如钠、镁、铝等；

有色金属：通常是指除黑色金属以外的其他金属。

5、合金：由一种金属跟其他一种或几种金属（或金属与非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质。合金是混合物。

★：一般说来，合金的熔点比各成分低，硬度比各成分大，抗腐蚀性能更好

合金

铁的合金

生铁

钢

铜合金

黄铜

青铜: 焊锡

钛和钛合金

形状记忆金属

2、金属的物理性质：

（1）常温下一般为(固态)（汞为液态），有金属光泽。

1、金属材料

成分

含碳量

2%~4.3% 含碳量

0.03%~2% 铜锌

合金

铜锡

合金

铅锡

合金

熔点低

钛镍合金

备注

不锈钢：含铬、镍的钢

具有抗腐蚀性能

紫铜为纯铜

注：钛和钛合金：被认为是21世纪的重要金属材料，钛合金与人体有很好的“相容性”，

因此可用来制造人造骨等。

（1）熔点高、密度小

优点

（2）可塑性好、易于加工、机械性能好

（3）抗腐蚀性能好

典型例题

1.下列材料属于合金的是（

）

A.纯硅 B.青铜器 C.青花瓷器 D.汉白玉雕塑

2．将少量灰黑色的生铁粉末，投入盛有过量稀硫酸的烧杯中，充分搅拌待完全反应后过滤，滤纸上留有黑色的残渣。该残渣的主要成分是（ ）

A. 铁

B.碳

C.铁、碳的混合物

D.硫酸亚铁

3．下列有关金属和金属材料的说法不正确的是（

）

A. 铁有良好的导热性，常用来制作炊具

B. 铜的化学性质不活泼，在潮湿的空气中不会生锈

C. 废旧电池中汞的回收可减少对环境的污染

D. 铝表面容易形成致密的氧化膜，可阻止铝进一步氧化

4. 人们的日常生活离不开金属，高科技新材料的开发和应用也需要金属，请回答：

(1). 地壳中含量最多的金属元素是（

）. (2). 举例说明金属具有的两点物理性质（

）. (3). 早在春秋战国时期，我国古代人民已经开始炼铁，写出磁铁矿与CO的化学反应方程式（

), 钢铁防腐十分重要！请写出一种防止钢铁生锈的方法（

）。

金属的化学性质

1、大多数金属可与氧气的反应

金属

镁

在空气中

常温下逐渐变暗。点燃，剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成白色的固体

在氧气中

点燃，剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成白色的固体

2Mg + O2

铝

常温下表面变暗，生成一种致密的氧化膜

的固体

4Al + 3O2

铁

持续加热变红

3Fe + 2O2

铜

加热，生成黑色物质；在潮湿的空气中，生成铜绿而被腐蚀

银金

即使在高温时也不与氧气发生反应

点燃

点燃

2MgO

点燃，剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成白色2Al2O3

Fe3O4

加热

点燃，剧烈燃烧，火星四射，生成黑色的固体

点燃

加热生成黑色物质2Cu + O2

2CuO

2、金属

+ 酸

→

盐

+ H2↑

锌和稀硫酸Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑

铁和稀硫酸Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑

镁和稀硫酸Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2↑

铝和稀硫酸2Al +3H2SO4 = Al2(SO4)3 +3H2↑

锌和稀盐酸Zn + 2HCl

=== ZnCl2 + H2↑

铁和稀盐酸Fe + 2HCl

=== FeCl2 + H2↑

镁和稀盐酸Mg+ 2HCl

=== MgCl2 + H2↑

铝和稀盐酸2Al + 6HCl

== 2AlCl3 + 3H2↑

3、金属

+ 盐

→

另一金属

+ 另一盐（条件：“前换后，盐可溶”）

铁与硫酸铜反应：Fe+CuSO4==Cu+FeSO4

现象：铁条表面覆盖一层红色的物质，溶液由蓝色变成浅绿色。

(古代湿法制铜及“曾青得铁则化铜”指的是此反应) 4、铝片放入硫酸铜溶液中：3CuSO4+2Al==Al2(SO4)3+3Cu 现象：铝片表面覆盖一层红色的物质，溶液由蓝色变成无色。

5、铜片放入硝酸银溶液中：2AgNO3+Cu==Cu(NO3)2+2Ag 现象：铜片表面覆盖一层银白色的物质，溶液由无色变成蓝色。

铜和硝酸汞溶液反应：Cu + Hg(NO3)2 === Cu(NO3)2 + Hg 现象：铜片表面覆盖一层银白色的物质，溶液由无色变成蓝色。

常见金属活动性顺序：

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性由强逐渐减弱

在金属活动性顺序里：

（１）金属的位置越靠前，它的活动性就越强

（２）位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢（不可用浓硫酸、硝酸）

（３）位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的盐溶液中置换出来。（除K、Ca、Na）

典型例题

1、写出有关的化学反应方程式，并注明反应类型。

（1）铝很难从矿物中提取出来，因此利用电解氧化铝的方法得到金属铝。

_________________________________________________________，反应类型________ （2）古代湿法炼铜，“曾青的铁则化为铜”

_________________________________________________________，反应类型__________ （3）法医常用锌和盐酸混合在一起，检验是否砒霜中毒，砒霜的主要成分为As2O3，若试样中有砒霜，则反应生成砷化氢（AsH3），氯化锌和水。写出其反应的化学方程式

_____________________________________________________________________________（4）在潮湿的空气中，铜也能与空气中的二氧化碳、氧气、水等发生反应生成铜绿。

_________________________________________________________，反应类型__________ 2．一般情况下，金属越活泼，与酸反应的速度越快。为了探究金属Mg、Zn、Fe与酸反应的快慢，某研究性学习小组设计了如下的实验。

实验步骤：

①取A、B、C三支试管，分别加入2mL浓度相同的盐酸溶液；

②分别加入足量的、大小相等的Mg、Zn、Fe，立即把三个相同的气球分别套在各试管口。

实验预测与分析：

（1）写出铁与稀盐酸反应的化学方程式： __________________。

（2）气球膨胀速度最快的是______________（填试管编号）。

（3）该实验表明，实验室一般选用锌而不选用镁、铁制取氢气的主要原因是：_________________________________________。

3.

往AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入一定量的铁粉，充分反应后过滤，向滤渣中加入稀盐酸，无气泡产生。根据上述现象，你能得出的结论是

A．滤渣中一定有Fe粉

B．滤渣中一定有Cu粉

C．滤液中一定有Fe2+

D．滤液中一定有Ag+、Cu 2+

4. 相同质量的M、N两种活泼金属，分别与足量质量分数为

8%的盐酸反应（M、N在生成物中均为+2价），生成H2质量

氢气和反应时间的关系如右图。下列叙述正确的是

（

）

质量A．金属的活泼性N＞M

B．两个反应生成H2的体积相等

C．相对原子质量N＞M

D．两个反应消耗盐酸的质量一定相等

5.我国约在南北朝时就开始冶炼黄铜，黄铜是铜和锌的合金（Cu-Zn），它可用0MN反应时间来制造电器零件及日用品。小华利用一瓶稀盐酸和相关的仪器，测定黄铜样品的组成（不考虑黄铜中的其他杂质）。将30mL稀盐酸分三次加入到10g黄铜样品粉末中，每次充分反应后，测定生成氢气的质量，实验数据见下表：

连续加入盐酸的体积/mL 生成氢气的质量/g 第一次

10 0.08 第二次

10 0.08 第三次

10 0.04 （1）从上表数据分析，小华用10 g合金粉末总共收集到氢气_______g；

（2）求该合金中铜的质量分数。

1、铁的冶炼

（1）原理：在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。

3CO + Fe2O3高温2Fe + 3CO2

（2）原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气

常见的铁矿石有磁铁矿（主要成分是Fe3O4

）、赤铁矿（主要成分是Fe2O3 ）

2、铁的锈蚀

（1）铁生锈的条件是：铁与O2、水接触。铁锈的主要成分是氧化铁Fe2O3（红棕色）

（铜生铜绿的条件：铜与O2、水、CO2接触。铜绿的化学式：Cu2(OH)2CO3）

（2）防止铁制品生锈的措施：

①保持铁制品表面的清洁、干燥

②表面涂保护膜：如涂油、刷漆、电镀、烤蓝等

③制成不锈钢

（3）铁锈很疏松，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水蒸气反应，因此铁制品可以全部被锈蚀。因而铁锈应及时除去。

（4）而铝与氧气反应生成致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步氧化，因此，铝具有很好的抗腐蚀性能。

3、金属资源的保护和利用:

①防止金属腐蚀

保护金属资源的途径：

②回收利用废旧金属

③合理开采矿物

④寻找金属的代用

如用塑料来代替钢和其它合金制造管道、齿轮和汽车外壳等。

意义：节约金属资源，减少环境污染

典型例题

1.地壳中金属含量非常丰富，除极少数不活泼的金属以 形式存在外，其余都以 形式存在。

2.铁元素在地壳中含量居金属元素的第二位，铁矿石主要有赤铁矿、黄铁矿、菱铁矿等。炼铁的原料有铁矿石、焦炭、石灰石，设备是高炉，炼铁原理是____________________________________ 在实验室模拟该过程的实验中（如图所示），反应现象是玻璃管内的粉末由 ，试管里的澄清石灰水 ，因为尾气中含有有毒一氧化碳会 ，处理的方法是_______

4.

在一定条件下，下列转化不能由一步反应实现的是

．．A．Fe2O3→FeCl2

B．H2CO3→CO2

C．CuCl2→Cu

D．Mg→MgO

5.铁制品锈蚀的过程，实际上是铁与空气中的 等发生反应的过程，铁锈的主要成份是：（ ）。

6.防止铁生锈的方法：除保持铁制品表面的洁净、干燥外，常采用在铁制品表面 、改变铁的 制成 等方法

典题2.钢铁是人类生活和生产中非常重要的材料，但全世界每年都有约四分之一的钢铁因生锈而损失。某化学课外活动小组，对钢铁制品锈蚀的条件进行如下探究，设计了如图所示的实验，据此回答下列问题：干燥的空气洁净的铁钉水洁净的铁钉植物油洁净的铁钉水A B C（1）一周后，观察到编号为的试管中的铁钉锈蚀严重；（2）常温下，铁生锈是铁跟等物质相互作用的结果，铁锈的主要成分；（3）欲除去铁锈，同学们提出了三种不同的实验方法：①用砂布擦；②用稀盐酸洗；③用稀碱液泡。你认为最有效的方法是_____（4）如何防止家庭中常用的铁制品生锈，简单易行的方法有：。______________________________________________________