高中化学人教版（2019）必修一第三章 3.2 金属材料
文档属性
| 名称 | 高中化学人教版（2019）必修一第三章 3.2 金属材料 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 563.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2021-01-25 12:38:19 | ||
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文档简介
金属材料
【教学目标】
宏观辨识与微观探析：认识合金的特征性质；了解常见合金的分类、组成和用途；掌握铝和氧气反应及铝和氢氧化钠溶液反应的产物和本质；从宏观上学习新型金属的类型、用途，从微观上辨析单一金属、合金、新型金属的区别与共同点，体会微观粒子的变化对宏观物质的性质的影响。
证据推理与模型认知：通过物质分类的基本模型，理解通单一金属、合金和新型合金的异同，通过结合理论与实际感知化学学习的魅力，为后续的化学知识的学习奠定坚实的方法基础。
科学探究与创新意识：熟悉新型合金的类型和用途，了解稀土元素的概念，熟练掌握物质的量在化学方程式计算中的应用，体会化学研究过程中的科学方法。
科学精神与社会责任：通过对物质的量在化学方程式计算中应用的理解，掌握求解相关应用问题的方法，建立高效学习的科学精神。
【教学重难点】
认识合金的特征性质；了解常见合金的分类、组成和用途；正确认识氧化铝的两性；熟悉新型合金的类型和用途，了解稀土元素的概念以及稀土金属的应用场景和在我国的地位，熟练掌握物质的量在化学方程式计算中的应用，根据题意列出方程并求解出答案。
【教学过程】
第一课时
【引入】成都飞机制造厂研制的中国第五代隐身重型歼击机歼-20为我国的国防安全作出了很大的贡献。该战机使用了钛合金、耐热合金等多种特殊性能的合金。你知道什么是合金吗？合金与其成分金属在性质上有何差异？
【新课】
一、合金
1．定义：由两种或两种以上的金属与金属(或非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
2．性质：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。
(1)硬度：合金的硬度一般大于成分金属。
(2)熔点：合金的熔点多数低于成分金属。
为什么合金硬度比成分金属大？
[提示]纯金属所有原子的大小和形状相同，原子排列十分规整；加入或大或小的其他元素的原子后，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，导致合金硬度变大。
3．合金性能的影响因素
元素的种类、元素含量、生产条件。
二、铁合金
三、铝和铝合金
铝是地壳中含量最多的金属。铝性质活泼，铝和铝合金制品比较稳定的原因是表面覆盖着致密的氧化铝薄膜，保护内部金属。
1．铝与酸、碱的反应
(1)金属铝溶于盐酸的化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑。
(2)铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式：2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑，离子方程式：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。
2．氧化铝与酸、碱的反应
(1)两性氧化物：既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，如Al2O3。
3．铝和铝合金的应用
铝合金是目前广泛应用的合金之一。硬铝密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
第二课时
【引入】氢能是人类未来的理想能源之一，氢能利用存在两大难题：制取和储存。
H2是一种易燃易爆的气体，要利用H2，关键要解决H2的安全储存和运输问题。一般情况下，H2采用气态和液态储存，如在更高压下把H2压入钢瓶，但运送笨重的钢瓶既不方便也不安全。储氢合金的发现很好的解决了这个问题。
【讲解】储氢合金是一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。具有使用价值的储氢合金要求储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快。
常见的储氢合金如：Ti-Fe合金和La-Ni合金等。
【讲解】近年来，为了满足某些尖端技术发展的需要，人们设计和合成了许多新型合金。新型储氢合金材料的研究和开发为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。
一、新型合金
【设疑】可用于H2为燃料的汽车的新型合金是？
【投影】以H2为燃料的汽车。
【讲解】新型储氢合金材料可以用于以H2为燃料的汽车。
【设疑】可用于制作我国“蛟龙”号载人潜水器最关键的部件——供人活动的耐压球的新型合金是？
【投影】“蛟龙”号载人潜水器。
【讲解】钛合金可以用于制造耐压球。
【设疑】可用于制作喷气式飞机的发动机叶片的新型合金是？
【投影】喷气式飞机的发动机叶片。
【讲解】由镍、铁、碳、钴组成的镍钴合金可以用于制造发动机叶片，它能承受1100℃的高温。
【板书】1．储氢合金材料可以用于以H2为燃料的汽车；
2．钛合金可以用于制造我国“蛟龙”号载人潜水器最关键的部件——供人活动的耐压球；
3．镍钴合金可以用于制造喷气式飞机的发动机叶片。
【讲解】元素周期表中原子序数从57~71（从镧至镥，称为镧系元素）的15种元素以及钪和钇，共17种元素被称为稀土元素。稀土金属在科技、生产中有广泛的用途，被誉为新材料的宝库。我国是稀土资源大国。到目前为止，我国的稀土储量、稀土产量、稀土用量和稀土出口量均居世界第一位。
【讲解】稀土金属可单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因而稀土元素又被称为“冶金工业的维生素”。
【投影】镝（Dy）制造的硬盘驱动器。
【板书】稀土元素是指原子序数从57~71（从镧至镥，称为镧系元素）的15种元素以及钪和钇，又被称为“冶金工业的维生素”。
【讲解】物质由原子、分子、离子等粒子构成，物质之间的化学反应也是这些粒子按一定数目关系进行的。化学方程式中的化学计量数可以明确表示出化学反应中粒子之间的数目关系。
【投影】化学反应中粒子之间的数目关系。
【设疑】从上例中化学反应中粒子之间的数目关系可以看出什么？
【讲解】化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各个物质的，物质的量之比。
【板书】二、物质的量在化学方程式计算中的应用
化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各个物质的，物质的量之比。
【设疑】250mL 2mol/L的硫酸与足量的铁屑完全反应。计算：
（1）参加反应的铁屑的物质的量
（2）生成H2的体积（标准状况）
【投影】提示：根据硫酸的体积和H2SO4的物质的量浓度，可以计算出参加反应的H2SO4的物质的量。然后根据化学反应中各物质之间的化学计量数之比，计算出参加反应的铁屑的物质的量和生成的H2的体积。
【讲解】（1）计算出参加反应的H2SO4的物质的量：0.25 L×2 mol/L=0.50 mol
反应方程式：Fe+H2SO4====FeSO4+H2↑
1 1
n(Fe) 0.50mol
1 n(Fe)
1 0.50mol
n(Fe)=0.50mol
答：参加反应的铁屑的物质的量为0.5mol。
【讲解】（2）：反应方程式：Fe+H2SO4====FeSO4+H2↑
1mol 22.4L
0.50mol
237172519812017818101987551mol 22.4L
0.50mol V(H2)
V(H2)=22.4L×0.50mol÷1mol=11.2L
答：生成H2的的体积在标准状况下是11.2L。
【投影】物质的量在化学方程式计算中的应用解题步骤。
Step1：写出题目中涉及的反应方程式；
Step2：根据方程式各物质之间的化学计量数之比和已知信息（物质的量或体积或气体摩尔体积或质量等），列出求解未知量的方程式；
Step3：解出方程式，得到答案。
【练习】1．填写下列横线
在金属元素中，有一类性质相似，并在自然界共生在一起的稀土元素，它们是元素周期表中原子序数从________（从镧至镥）的____种元素以及钪和钇，共_____种元素。
稀土元素又被称为“____________________”。
【投影】稀土元素的含义和特性。
【讲解】在金属元素中，有一类性质相似，并在自然界共生在一起的稀土元素，它们是元素周期表中原子序数从57-71（从镧至镥）的15种元素以及钪和钇，共17种元素。稀土金属可单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因而稀土元素又被称为“冶金工业的维生素”。
【练习】2．下列有关合金的说法不正确的是（ ）
A．多数合金比单一金属有更大的硬度
B．多数合金比单一金属有更高的熔点
C．我国早在3000年前就使用合金
D．新型合金有记忆合金、储氢合金
【投影】合金的特点，合金与单一金属的区别，新型合金的种类。
【讲解】合金的性质有，硬度大，熔点低，耐腐蚀。选项A中，合金的硬度一般比各成分金属大，故A正确；合金的熔点一般比各成分金属低，故B错误；我国早在3000多年前就掌握了炼铜技术，可以制造青铜，故C正确；新型合金有记忆合金、储氢合金、轻质合金、超耐热合金等，故D正确。因此选B．
【练习】3．现有FeO和Fe2O3组成的混合物ag，向其中加入2mol/L的硫酸溶液100mL，恰好完全反应；若将ag该混合物与足量的铝热反应，冷却后最终可得铁的质量为( )
A．3.2ag
B．(3.2+a)g
C．(a-3.2)g
D．(a-6.4)g
【投影】掌握物质的量在化学方程式计算中的应用。
【讲解】n（H2SO4）=0.1L×2mol/L=0.2mol，所以FeO和Fe2O3组成的混合物中O的质量为0.2mol×16g/mol=3.2g，若将ag该混合物与足量的铝热反应，使其充分反应，终可得铁的质量为ag-3.2g=（a-3.2）g。
【练习】4．完全溶解28.4g的碳酸铜和氢氧化铜的混合物，需要消耗1mol/L的盐酸500mL，若灼烧相同质量的上述混合物，得到氧化铁的质量为（ ）
A．40g
B．30g
C．20g
D．16g
【投影】物质的量在化学方程式计算中的应用。
【讲解】根据题目计算出盐酸的物质的量为n(HCl)=1mol/L×0.5L=0.5mol，CuCO3和Cu(OH)2恰好与0.5mol HCl完全反应生成CuCl2、H2O和CO2气体，则n(CuCl2)=1/2n(HCl)=0.25mol，根据反应前后铜元素原子不变，则灼烧相同质量的上述混合物时，得到的CuO为0.25mol，m(CuO)=0.25mol×80g/mol=20g，因此选C。
【投影】课堂小结
【教学目标】
宏观辨识与微观探析：认识合金的特征性质；了解常见合金的分类、组成和用途；掌握铝和氧气反应及铝和氢氧化钠溶液反应的产物和本质；从宏观上学习新型金属的类型、用途，从微观上辨析单一金属、合金、新型金属的区别与共同点，体会微观粒子的变化对宏观物质的性质的影响。
证据推理与模型认知：通过物质分类的基本模型，理解通单一金属、合金和新型合金的异同，通过结合理论与实际感知化学学习的魅力，为后续的化学知识的学习奠定坚实的方法基础。
科学探究与创新意识：熟悉新型合金的类型和用途，了解稀土元素的概念，熟练掌握物质的量在化学方程式计算中的应用，体会化学研究过程中的科学方法。
科学精神与社会责任：通过对物质的量在化学方程式计算中应用的理解，掌握求解相关应用问题的方法，建立高效学习的科学精神。
【教学重难点】
认识合金的特征性质；了解常见合金的分类、组成和用途；正确认识氧化铝的两性；熟悉新型合金的类型和用途，了解稀土元素的概念以及稀土金属的应用场景和在我国的地位，熟练掌握物质的量在化学方程式计算中的应用，根据题意列出方程并求解出答案。
【教学过程】
第一课时
【引入】成都飞机制造厂研制的中国第五代隐身重型歼击机歼-20为我国的国防安全作出了很大的贡献。该战机使用了钛合金、耐热合金等多种特殊性能的合金。你知道什么是合金吗？合金与其成分金属在性质上有何差异？
【新课】
一、合金
1．定义：由两种或两种以上的金属与金属(或非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
2．性质：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。
(1)硬度：合金的硬度一般大于成分金属。
(2)熔点：合金的熔点多数低于成分金属。
为什么合金硬度比成分金属大？
[提示]纯金属所有原子的大小和形状相同，原子排列十分规整；加入或大或小的其他元素的原子后，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，导致合金硬度变大。
3．合金性能的影响因素
元素的种类、元素含量、生产条件。
二、铁合金
三、铝和铝合金
铝是地壳中含量最多的金属。铝性质活泼，铝和铝合金制品比较稳定的原因是表面覆盖着致密的氧化铝薄膜，保护内部金属。
1．铝与酸、碱的反应
(1)金属铝溶于盐酸的化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑。
(2)铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式：2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑，离子方程式：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。
2．氧化铝与酸、碱的反应
(1)两性氧化物：既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，如Al2O3。
3．铝和铝合金的应用
铝合金是目前广泛应用的合金之一。硬铝密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
第二课时
【引入】氢能是人类未来的理想能源之一，氢能利用存在两大难题：制取和储存。
H2是一种易燃易爆的气体，要利用H2，关键要解决H2的安全储存和运输问题。一般情况下，H2采用气态和液态储存，如在更高压下把H2压入钢瓶，但运送笨重的钢瓶既不方便也不安全。储氢合金的发现很好的解决了这个问题。
【讲解】储氢合金是一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。具有使用价值的储氢合金要求储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快。
常见的储氢合金如：Ti-Fe合金和La-Ni合金等。
【讲解】近年来，为了满足某些尖端技术发展的需要，人们设计和合成了许多新型合金。新型储氢合金材料的研究和开发为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。
一、新型合金
【设疑】可用于H2为燃料的汽车的新型合金是？
【投影】以H2为燃料的汽车。
【讲解】新型储氢合金材料可以用于以H2为燃料的汽车。
【设疑】可用于制作我国“蛟龙”号载人潜水器最关键的部件——供人活动的耐压球的新型合金是？
【投影】“蛟龙”号载人潜水器。
【讲解】钛合金可以用于制造耐压球。
【设疑】可用于制作喷气式飞机的发动机叶片的新型合金是？
【投影】喷气式飞机的发动机叶片。
【讲解】由镍、铁、碳、钴组成的镍钴合金可以用于制造发动机叶片，它能承受1100℃的高温。
【板书】1．储氢合金材料可以用于以H2为燃料的汽车；
2．钛合金可以用于制造我国“蛟龙”号载人潜水器最关键的部件——供人活动的耐压球；
3．镍钴合金可以用于制造喷气式飞机的发动机叶片。
【讲解】元素周期表中原子序数从57~71（从镧至镥，称为镧系元素）的15种元素以及钪和钇，共17种元素被称为稀土元素。稀土金属在科技、生产中有广泛的用途，被誉为新材料的宝库。我国是稀土资源大国。到目前为止，我国的稀土储量、稀土产量、稀土用量和稀土出口量均居世界第一位。
【讲解】稀土金属可单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因而稀土元素又被称为“冶金工业的维生素”。
【投影】镝（Dy）制造的硬盘驱动器。
【板书】稀土元素是指原子序数从57~71（从镧至镥，称为镧系元素）的15种元素以及钪和钇，又被称为“冶金工业的维生素”。
【讲解】物质由原子、分子、离子等粒子构成，物质之间的化学反应也是这些粒子按一定数目关系进行的。化学方程式中的化学计量数可以明确表示出化学反应中粒子之间的数目关系。
【投影】化学反应中粒子之间的数目关系。
【设疑】从上例中化学反应中粒子之间的数目关系可以看出什么？
【讲解】化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各个物质的，物质的量之比。
【板书】二、物质的量在化学方程式计算中的应用
化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各个物质的，物质的量之比。
【设疑】250mL 2mol/L的硫酸与足量的铁屑完全反应。计算：
（1）参加反应的铁屑的物质的量
（2）生成H2的体积（标准状况）
【投影】提示：根据硫酸的体积和H2SO4的物质的量浓度，可以计算出参加反应的H2SO4的物质的量。然后根据化学反应中各物质之间的化学计量数之比，计算出参加反应的铁屑的物质的量和生成的H2的体积。
【讲解】（1）计算出参加反应的H2SO4的物质的量：0.25 L×2 mol/L=0.50 mol
反应方程式：Fe+H2SO4====FeSO4+H2↑
1 1
n(Fe) 0.50mol
1 n(Fe)
1 0.50mol
n(Fe)=0.50mol
答：参加反应的铁屑的物质的量为0.5mol。
【讲解】（2）：反应方程式：Fe+H2SO4====FeSO4+H2↑
1mol 22.4L
0.50mol
237172519812017818101987551mol 22.4L
0.50mol V(H2)
V(H2)=22.4L×0.50mol÷1mol=11.2L
答：生成H2的的体积在标准状况下是11.2L。
【投影】物质的量在化学方程式计算中的应用解题步骤。
Step1：写出题目中涉及的反应方程式；
Step2：根据方程式各物质之间的化学计量数之比和已知信息（物质的量或体积或气体摩尔体积或质量等），列出求解未知量的方程式；
Step3：解出方程式，得到答案。
【练习】1．填写下列横线
在金属元素中，有一类性质相似，并在自然界共生在一起的稀土元素，它们是元素周期表中原子序数从________（从镧至镥）的____种元素以及钪和钇，共_____种元素。
稀土元素又被称为“____________________”。
【投影】稀土元素的含义和特性。
【讲解】在金属元素中，有一类性质相似，并在自然界共生在一起的稀土元素，它们是元素周期表中原子序数从57-71（从镧至镥）的15种元素以及钪和钇，共17种元素。稀土金属可单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因而稀土元素又被称为“冶金工业的维生素”。
【练习】2．下列有关合金的说法不正确的是（ ）
A．多数合金比单一金属有更大的硬度
B．多数合金比单一金属有更高的熔点
C．我国早在3000年前就使用合金
D．新型合金有记忆合金、储氢合金
【投影】合金的特点，合金与单一金属的区别，新型合金的种类。
【讲解】合金的性质有，硬度大，熔点低，耐腐蚀。选项A中，合金的硬度一般比各成分金属大，故A正确；合金的熔点一般比各成分金属低，故B错误；我国早在3000多年前就掌握了炼铜技术，可以制造青铜，故C正确；新型合金有记忆合金、储氢合金、轻质合金、超耐热合金等，故D正确。因此选B．
【练习】3．现有FeO和Fe2O3组成的混合物ag，向其中加入2mol/L的硫酸溶液100mL，恰好完全反应；若将ag该混合物与足量的铝热反应，冷却后最终可得铁的质量为( )
A．3.2ag
B．(3.2+a)g
C．(a-3.2)g
D．(a-6.4)g
【投影】掌握物质的量在化学方程式计算中的应用。
【讲解】n（H2SO4）=0.1L×2mol/L=0.2mol，所以FeO和Fe2O3组成的混合物中O的质量为0.2mol×16g/mol=3.2g，若将ag该混合物与足量的铝热反应，使其充分反应，终可得铁的质量为ag-3.2g=（a-3.2）g。
【练习】4．完全溶解28.4g的碳酸铜和氢氧化铜的混合物，需要消耗1mol/L的盐酸500mL，若灼烧相同质量的上述混合物，得到氧化铁的质量为（ ）
A．40g
B．30g
C．20g
D．16g
【投影】物质的量在化学方程式计算中的应用。
【讲解】根据题目计算出盐酸的物质的量为n(HCl)=1mol/L×0.5L=0.5mol，CuCO3和Cu(OH)2恰好与0.5mol HCl完全反应生成CuCl2、H2O和CO2气体，则n(CuCl2)=1/2n(HCl)=0.25mol，根据反应前后铜元素原子不变，则灼烧相同质量的上述混合物时，得到的CuO为0.25mol，m(CuO)=0.25mol×80g/mol=20g，因此选C。
【投影】课堂小结