人教版化学选修6《实验化学》实验4-2 《金属镁、铝、锌化学性质的探究》教学设计

人教版《化学选修6 实验化学》第四单元 研究型实验
课题一 物质性质的研究
实验4-2 《金属镁、铝、锌化学性质的探究》教学设计
教学目标：
知识与技能：
1、学习综合运用已有知识、技能进行实验探究的一般思路和方法
2、巩固金属及化合物性质，掌握研究金属及其化合物方法
3、掌握实验基本操作和技能
过程与方法：
1、培养通过科学实验获取新知的意识和基本能力
2、在研究过程中获取化学知识、发展解决化学问题的能力
情感态度与价值观：
1、启发、培养创造性思维和实践的灵感和兴趣，促进学生的个性发展
2、感受自我提升的快乐，培养诚信的实验品质
教学重点：锌的两性及实验设计
教学用品：镁、锌、铜、铁、氯化锌、硫酸锌、氧化锌、氢氧化钠、氨水（浓）、盐酸
教学过程：
【阅读】阅读P56总结实验探究的步骤：
实验目的：要探究的问题，想知道或证明什么？
实验方法：反应原理、仪器、条件，设计实验步骤。
实验过程：记录数据、现象
实验结论：整理、讨论、分析、得出结论
【思考、交流】
物质的性质有哪些？
物理性质：颜色、气味、状态、熔点、沸点、密度、溶解性、导电性等
化学性质：通性、特性、氧化性、还原性
2.我们通常从哪些方面研究某一类物质(金属、非金属,有机物、无机物等)的性质？
类 别：通性（相同）
化合价：氧化性、还原性
特 性：（特殊性）
【过渡】下面我们首先回顾常见的金属的性质。
【复习】我们已经学习钠、铝、镁、铁的性质，请根据你掌握的内容完成下列表格：
金属
Na
Mg
Al
Fe
与非金属反应
Cl2
S
O2
与水反应
与H＋反应
与强氧化性酸反应
与盐溶液反应
冶炼方法
重点研究：能否反应？反应条件？反应产物？还有没有特殊性？
【过渡】不仅要知道能否发生，还要掌握用化学语言表示反应，试写出下列反应的方程式。
2.写出下列反应的化学方程式：
（1）铁粉溶于盐酸：
（2）钠与硫酸铜溶液反应：
（3）铝与Fe2O3发生铝热反应：
（4）铝与氢氧化钠溶液反应：
（5）写出硫与铁的反应：
（6）电解制备铝：
【总结】
金属共性：与活泼非金属，与水，酸的反应，与盐反应
金属特性：与氧化物反应，与碱的反应
金属活泼性差异：
1、理论：（金属活动顺序表，原子结构，周期表，周期律）
2、实验：（置换反应，最高价氧化物对应水化物的碱性，与酸或水反应置换出氢气的难易程度，相同浓度盐溶液的PH，原电池电极，电解等）
【过渡】通过以上分析，我们基本上掌握了金属及化合物的性质，了解研究的一般方法。下面我们将利用这些方法探究另一种常见的金属—锌
【探究】锌及其化合物性质的探究
金属锌是常见金属，锌元素是人体必需的微量元素之一，是人体多种蛋白质的核心组成部分。锌及其化合物有多种用途。锌被人称为智慧元素，是人体内重要的微量元素，对脑的发育和功能成熟起重要作用。缺少锌会引起部分疾病。如免疫功能下降，神经功能障碍。过多会引起恶心、呕吐等。现在我们将探究锌及其化合物的性质。
【活动】1、各成员小组共同写出所有锌、及其化合物（越多越好）各小组进行展示
【活动】2、把你们写出含锌物质进行分类（越系统越好）（小组展示，并说出分组依据）
【设问】：利用你所掌握的知识，每组选出一个典型的代表物，试预测其化学性质（初中，必修1，必修2，选修4）。并设计实验进行有验证。
物质
类别
可能的性质
锌
金属（与铝相似）
与活泼非金属反应在（氯气，氧气，硫）、与酸，与碱，与盐（铜盐，铁盐）
氧化锌
氧化物（两性）
与强酸、强碱反应
硫酸锌
盐（强碱弱酸盐）
水溶液显酸性，复分解，氧化还原
氢氧化锌
碱（弱碱）
两性氢氧化物，与氨水反应
【探究】试设计证明上述物质的性质：

项目
实验步骤
实验现象
实验结论（用方程式表示）
(1)探究锌的化学性质
①取混合均匀的锌粉与硫粉的混合物适量，放在石棉网上，用酒精灯加热
剧烈反应，生成白色物质
加热条件下能发生反应
②分别取少量锌粉(或锌粒)放入两支试管中，各倒入适量硫酸、NaOH溶液。然后分别用拇指堵住管口，一段时间后移近酒精灯点火
都能产生气体，有爆鸣声
锌可以和强酸、强碱反应
③取一粒锌粒装入两支试管中，分另倒入1～2 mL CuSO4、Fe2(SO4)3溶液,观察颜色变化
褪色，有固体物质析出
可发生氧化还原反应
(2)探究Zn(OH)2和ZnSO4的化学性质
①取1 mL ZnSO4溶液倒入试管中，用pH试纸测其pH
pH＜7
Zn2+溶液水解显酸性
②向两支试管中分别倒入1～2 mL Zn SO4溶液，然后用胶头滴管逐滴分别滴入几滴NaOH溶液、氨水

两支试管中均产生白色沉淀
盐溶液能 与碱溶液反应， Zn(OH)2是弱碱
③将②得到的Zn(OH)2浊液倒入三支试管中，然后分别向试管中滴加硫酸、NaOH溶液、氨水

三支试管中的白色沉淀均溶解
Zn(OH)2能与硫酸、NaOH
溶液、氨水反应
【总结】 1、用方程式表示反应表示上述反应：
2、总结出锌及其化合物的性质
(1)锌：位于元素周期表中第4周期第IIB族，最外电子层上有2个电子，在化学反应中 电子表现出还原性；同时，在金属活动性顺序表中锌位于氢前铝后，属于活泼的金属，因此应具有金属的一般性质。锌可与强碱反应。
(2)ZnO：属于金属氧化物，ZnO中锌元素化合价为＋2价，因此ZnO应该具有金属氧化物 的一般性质，ZnO能与强碱反应。
(3)Zn(OH)2：属于碱，具备碱的通性，是两性氢氧化物，还能溶于氨水发生络合反应。
(4)ZnSO4：属于盐，具备盐的一般性质，从反应类型上看，可发生得分解反应和氧化还原 反应。

【归纳总结】
锌及其化合物性质的探究实验的关键
（1）对锌及其化合物正确分类，并根据类别进行正确预测。
（2）选择正确的试剂并注意试剂的用量及实验条件
（3）正确记录现象，总结锌及其化合物的性质，并与铝及其化合物性质进行比较。



【应用】
1、实验：由粗锌ZnO（或闪锌矿焙烧的矿粉,含有氧化亚铁，NiO 等杂质）制备ZnSO4·7H2O
流程：
（1） ZnSO4·7H2O溶液制备：称取市售粗ZnO（闪锌矿焙烧所得的矿粉）30g放在200mL烧杯中,加入2 mol·L-1H2SO4 150～180mL,在不断搅拌下,加热至90℃,并保持该温度下使之溶解,同时用ZnO调节溶液的pH≈4,趁热减压过滤,滤液置于200mL烧杯中.
（2） 氧化除Fe2+,Mn2+杂质：将上述滤液加热至80～90℃后,滴加0.5 mol·L-1KMnO4至呈微红时停止加入,继续加热至溶液为无色,并控制溶液pH=4,趁热减压过滤,弃去残渣.滤液置于200mL烧杯中.
（3） 置换除Ni2+,Cd2+杂质：将除去Fe2+,Mn2+杂质的滤液加热至80℃左右,在不断搅拌下分批加入1g纯锌粉,反应10min后,检查溶液中Cd2+,Ni2+是否除尽（如何检查?）,如未除尽,可补加少量锌粉,直至Cd2+,Ni2+等杂质除尽为止,冷却减压过滤,滤液置于200mL烧杯中.
（4） ZnSO4·7H2O结晶：量取精制后的ZnSO4母液 于100mL烧杯中,滴加3 mol·L-1H2SO4调节至溶液的pH≈1,将溶液转移至洁净的蒸发皿中,水浴加热蒸发至液面出现晶膜后,停止加热,冷却结晶,减压过滤,晶体用滤纸吸干后称量,计算产率
根据上述流程，自己设计画出程图。
注：1、Ni2+的检验：加入二乙酰二肟，若出现红色，则有Ni2+
2、Cd2+的检验：加入10%的碘化钾，再加放2滴β-蔡喹啉，摇匀后，若出现乳白色或黄色沉淀出现，则有Cd2+


2、以炼锌烟尘（主要成份为ZnO，含少量CuO和FeO）为原料，可以制取氧化锌和金属锌。
Ⅰ.制取氧化锌主要工艺如下：
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为l.0mol/L计算）。
金属离子
开始沉淀的pH
沉淀完全的pH
Fe3+
1.1
3.2
Zn2+
5.2
6.4
Fe2+
5.8
8.8
（1）为了加快反应，“酸溶”需要适当加热，但温度不宜太高，原因是 。
（2）流程图中，为了降低溶液的酸度，调节pH范围为 ；若试剂X为Zn2(OH)2CO3，加入X除杂质的离子方程式为 。
（3）已知，室温下，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，当pH=3时，溶液中c(Fe3+)为 。从ZnCl2溶液中提取无水ZnCl2的方法是 .
Ⅱ.制取金属锌采用碱溶解ZnO(s)+2NaOH (aq)+H2O=Na2[Zn(OH)4](aq),然后电解浸取液。
（4）炼锌烟尘采用碱溶，而不采用酸溶后电解，主要原因是 。
（4）以石墨作电极电解时，阳极产生的气体为 ；阴极的电极反应为 。
2.（1）减少盐酸挥发（1分） （2）2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O（2分）
（3）3.2≤PH<5.2（2分） 3Zn2(OH)2CO3+4Fe3++3H2O=4Fe(OH)3↓+6Zn2++3CO2↑（2分）
（4）4.0×10-5（2分） 在氯化氢气体，蒸干氯化锌溶液并加热至失去结晶水（1分）
（5）氧化铜、氧化亚铁不溶于碱溶液中（1分）
（6）O2（或氧气）（1分） [Zn(OH)4]2-+2e-=Zn+4OH-（2分）
3.工业上用闪锌矿（主要成分为ZnS，还含有Fe2O3等杂质）为原料生产ZnSO4·7H2O的工艺流程如下：
（1）从滤渣A中可获得一种淡黄色非金属单质的副产品，其化学式为????????。
（2）浸取过程中Fe2(SO4)3的作用是???????????????，浸取时Fe2(SO4)3与ZnS发生反应的化学方程式为????????????????????????????????????????????。
（3）除铁过程控制溶液的pH在5.4左右，该反应的离子方程式为?????????????????????。该过程在空气入口处设计了一个类似淋浴喷头的装置，其目的是?????????????????????????????????????????。
（4）置换法除重金属离子所用物质C为?????????。
（5）硫酸锌的溶解度与温度之间的关系如下表：
温度/℃
0
20
40
60
80
100
溶解度/g
41.8
54.1
70.4
74.8
67.2
60.5
?
从除重金属后的硫酸锌溶液中获得硫酸锌晶体的实验操作为???????????、????????????、过滤、干燥。
3.（1）S （2）做氧化剂 ?? Fe2(SO4)3＋ZnS＝ZnSO4＋2FeSO4＋S
（3）4Fe2+＋O2＋6H2O＝4FeOOH＋8H+
增大空气与溶液的接触面积，加快反应速率
（4）Zn（锌）
（5）60℃条件下蒸发浓缩、降温结晶