3.2 金属材料 教案
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文档简介
人教版（2019） 必修第一册 第三章 铁 金属材料
第二节 金属材料
教学设计
教学目标
1、了解合金的概念，并能联系纯金属与合金的微观结构解释二者性能的差异。
2、以铁合金、铝合金为例，能从元素组成上对合金进行分类。
3、通过实验探究铝和氧化铝的性质及转化，认识两性氧化物。
4、能基于物质的量认识化学变化，运用物质的量及相关物理量根据化学方程式进行简单计算。
教学重难点
重点：合金的特点；铝和氧化铝的性质；物质的量在化学方程式计算中的应用
难点：物质的量在化学方程式计算中的应用
教学过程
一、导入新课
日常生活中的许多器物都是有金属制成，随着科技的进步，人们对金属性能进行完善和加强，制造出更加实用的合金。
二、新课讲授
【师】合金的含义
合金是有两种或两种以上的金属（或金属或非金属）熔合而成的，具有金属特性的混合物。
【提问】合金有什么特性呢？
【学生】性能更优越。
【师】合金的特性：一般情况下，合金比各成分金属的硬度大。多数合金的熔点一般比各成分金属的熔点低。合金具有许多优良的导电性、导热性和延展性。
【提问】同学们知道生活中最常见的哪些合金呢？
【学生】铁合金
【师】铁合金
铁合金
主要组成元素
元素含量
主要特性
用途
生铁
Fe、C
含碳量2%~4.3%
硬而脆，强度大，可铸不可断
钢板、钢丝等
钢
碳素钢
低碳钢
Fe、C
含碳量
低于0.3%
韧性、焊接性好，但强度低
钢板、钢丝等
中碳钢
Fe、C
含碳量
0.3%~0.6%
强度高，韧性和加工性好
钢轨、车轮、建材等
高碳钢
Fe、C
含碳量
低于0.6%
硬而脆，热处理后弹性好
器械、弹簧、刀具等
锰钢
Fe、Mn
____
韧性好，强度高
钢轨、轴承、钢模、坦克装甲等
合金钢（特种钢）
硅钢
Fe、Si
____
导磁性好
医疗器械、容器等
不锈钢
Fe、Cr、Ni
____
抗腐蚀性强
变压器、发电机
超级钢
Fe、Mn、C、Al、V
____
强度高、延展性好
制刀具
【师】我们了解了这么多的铁合金，那么同学们还知道其他的合金吗？
【学生】铝合金
【师】铝的物理性质
颜色
状态
硬度
密度
熔点
沸点
金属性质
银白色，金属光泽
固体
较小
2.7g/cm3
660℃
2467℃
良好的导电性、导热性、延展性
氧化铝的物理性质
颜色
状态
硬度
溶解性
熔点
白色
固体
很大
难溶于水
2050℃
【实验3-4】在一支试管中加入5ml盐酸，再向试管中放入一小块铝片，观察并记录现象。过一段时间后，将点燃的木条放在试管口，观察现象。
实验现象：铝片溶解，试管中有气泡产生。点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声。
反应方程式：Al?O??+ 6HCl = 2AlCl??+ 3H?O 2Al +6HCl = 2AlCl?+ 3H?↑
【实验3-5】在两支试管中分别加入少量的NaOH溶液，然后向其中一支试管中放入一小块铝片，向另一支试管中放入用砂纸仔细打磨过（除去表面的氧化膜）的一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条分别放在两支试管口，观察现象。
实验现象：第一支试管中开始没有气泡，一段时间后才产生气泡，铝片溶解，点燃的木条放
在试管口时发出爆鸣声。
第二支试管中立即产生气泡，铝片溶解，点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声。
反应方程式：Al?O? + 2NaOH = 2NaAlO?（偏铝酸钠）+ H?O。
2Al + 2H?O + 2NaOH =2NaAlO?+ 3H?↑
总结：像Al2O3这类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，叫做两性氧化物。
【注意】酸碱能侵蚀铝的保护膜，铝能与酸或碱反应，用铝锅长期存放酸性或碱性食物，会造成铝锅腐蚀，更不利于健康。
【师】氢氧化铝
（1）物理性质：Al(OH)3白色固体，几乎不溶于水，能凝聚水中的悬浮物，并能吸附色素。
（2）化学性质：
① Al(OH)3与盐酸：Al(OH)3+3H+ == Al3+ +3H2O
Al(OH)3与氢氧化钠溶液：Al(OH)3 + OH- ==AlO2- +2H2O
Al(OH)3既能与酸反应，又能有碱反应生成盐和水，所以氢氧化铝是两性氢氧化物。
②氢氧化物的热稳定性
2 Al(OH)3 Al2O3 + H2O
【提问】学过氢氧化铝的性质后，同学们我们怎样制备氢氧化铝呢？
【学生】讨论回答
【师】① 实验室制法：取一支试管，加入10mL 0.5 mol ? L-1 Al2(SO4)3溶液，然后滴加氨水至过量
现象：生成白色胶状沉淀，当氨水过量时，沉淀不减少。
反应方程式：?Al2(SO4)3 + 6NH3·H2O = 2Al(OH)3↓ + 3(NH4)2SO4
② 工业制法：向NaAlO2 溶液中通入过量CO2:
NaAlO2 + CO2(过量）+2H2O = NaHCO3+Al(OH)3 ↓
【师】氢氧化铝的用途
①净水，氢氧化铝能与水中的悬浮物形成絮状不溶物沉降下来，并吸附色素。
②中和胃酸，氢氧化铝碱性不强，且可以与酸反应，使胃液酸度降低。
【师】常见的铝合金
(1)铝合金中，常会有的合金元素： Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等。
(2)硬铝中含有的合金元素： Cu、Mg、Mn、Si。
铝合金的性质及用途：铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉等特点。主要用于建筑业、容器制造、交通运输及电子行业。
【过渡】除了铁合金、铝合金，现在还有许多新型合金应用在各个领域。
【师】
【过渡】在生产生活中我们经常会遇到关于合金含量的计算问题，下面我们来学习物质的量在计算中的应用。
根据化学方程式计算的基本步骤
例： 2Na ＋ 2H2O===2NaOH ＋ H2↑
化学计量数之比 2 ?: 2 :? 2 ?: 1
扩大NA倍 2NA : 2NA :? 2NA : NA
物质的量之比 2 mol : 2 mol : 2 mol : 1 mol
【拓展】化学计算中常用的三种方法
(1)关系式法
当已知物和未知物之间是靠多个反应来联系时，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系，即“关系式”。如把CO还原Fe2O3生成的CO2通入澄清石灰水中，求生成沉淀的量，根据化学方程式知3CO~3CO2~3CaCO3，即CO~CaCO3。
(2)守恒法
①质量守恒
宏观特征:反应前后元素的质量守恒。
微观守恒:反应前后各元素的原子个数守恒。
②得失电子守恒
氧化还原反应中，氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数。
③电荷守恒
ⅰ.电解质溶液中，阴离子所带负电荷总数等于阳离子所带正电荷总数。
ⅱ.离子方程式中，反应物所带电荷总数与生成物所带电荷总数相等且电性相同。
(3)差量法
根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化，找出所谓“理论差量”，如反应前后的质量差、物质的量差、气体体积差等。该差量的大小与反应物的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系，解决一定量变的计算题。
板书设计
金属材料
1.合金的定义、性质
2.铁合金
3.铝和氧化铝的性质
4. 铝合金、新型合金
5.物质的量在化学方程式计算中的应用
第二节 金属材料
教学设计
教学目标
1、了解合金的概念，并能联系纯金属与合金的微观结构解释二者性能的差异。
2、以铁合金、铝合金为例，能从元素组成上对合金进行分类。
3、通过实验探究铝和氧化铝的性质及转化，认识两性氧化物。
4、能基于物质的量认识化学变化，运用物质的量及相关物理量根据化学方程式进行简单计算。
教学重难点
重点：合金的特点；铝和氧化铝的性质；物质的量在化学方程式计算中的应用
难点：物质的量在化学方程式计算中的应用
教学过程
一、导入新课
日常生活中的许多器物都是有金属制成，随着科技的进步，人们对金属性能进行完善和加强，制造出更加实用的合金。
二、新课讲授
【师】合金的含义
合金是有两种或两种以上的金属（或金属或非金属）熔合而成的，具有金属特性的混合物。
【提问】合金有什么特性呢？
【学生】性能更优越。
【师】合金的特性：一般情况下，合金比各成分金属的硬度大。多数合金的熔点一般比各成分金属的熔点低。合金具有许多优良的导电性、导热性和延展性。
【提问】同学们知道生活中最常见的哪些合金呢？
【学生】铁合金
【师】铁合金
铁合金
主要组成元素
元素含量
主要特性
用途
生铁
Fe、C
含碳量2%~4.3%
硬而脆，强度大，可铸不可断
钢板、钢丝等
钢
碳素钢
低碳钢
Fe、C
含碳量
低于0.3%
韧性、焊接性好，但强度低
钢板、钢丝等
中碳钢
Fe、C
含碳量
0.3%~0.6%
强度高，韧性和加工性好
钢轨、车轮、建材等
高碳钢
Fe、C
含碳量
低于0.6%
硬而脆，热处理后弹性好
器械、弹簧、刀具等
锰钢
Fe、Mn
____
韧性好，强度高
钢轨、轴承、钢模、坦克装甲等
合金钢（特种钢）
硅钢
Fe、Si
____
导磁性好
医疗器械、容器等
不锈钢
Fe、Cr、Ni
____
抗腐蚀性强
变压器、发电机
超级钢
Fe、Mn、C、Al、V
____
强度高、延展性好
制刀具
【师】我们了解了这么多的铁合金，那么同学们还知道其他的合金吗？
【学生】铝合金
【师】铝的物理性质
颜色
状态
硬度
密度
熔点
沸点
金属性质
银白色，金属光泽
固体
较小
2.7g/cm3
660℃
2467℃
良好的导电性、导热性、延展性
氧化铝的物理性质
颜色
状态
硬度
溶解性
熔点
白色
固体
很大
难溶于水
2050℃
【实验3-4】在一支试管中加入5ml盐酸，再向试管中放入一小块铝片，观察并记录现象。过一段时间后，将点燃的木条放在试管口，观察现象。
实验现象：铝片溶解，试管中有气泡产生。点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声。
反应方程式：Al?O??+ 6HCl = 2AlCl??+ 3H?O 2Al +6HCl = 2AlCl?+ 3H?↑
【实验3-5】在两支试管中分别加入少量的NaOH溶液，然后向其中一支试管中放入一小块铝片，向另一支试管中放入用砂纸仔细打磨过（除去表面的氧化膜）的一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条分别放在两支试管口，观察现象。
实验现象：第一支试管中开始没有气泡，一段时间后才产生气泡，铝片溶解，点燃的木条放
在试管口时发出爆鸣声。
第二支试管中立即产生气泡，铝片溶解，点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声。
反应方程式：Al?O? + 2NaOH = 2NaAlO?（偏铝酸钠）+ H?O。
2Al + 2H?O + 2NaOH =2NaAlO?+ 3H?↑
总结：像Al2O3这类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，叫做两性氧化物。
【注意】酸碱能侵蚀铝的保护膜，铝能与酸或碱反应，用铝锅长期存放酸性或碱性食物，会造成铝锅腐蚀，更不利于健康。
【师】氢氧化铝
（1）物理性质：Al(OH)3白色固体，几乎不溶于水，能凝聚水中的悬浮物，并能吸附色素。
（2）化学性质：
① Al(OH)3与盐酸：Al(OH)3+3H+ == Al3+ +3H2O
Al(OH)3与氢氧化钠溶液：Al(OH)3 + OH- ==AlO2- +2H2O
Al(OH)3既能与酸反应，又能有碱反应生成盐和水，所以氢氧化铝是两性氢氧化物。
②氢氧化物的热稳定性
2 Al(OH)3 Al2O3 + H2O
【提问】学过氢氧化铝的性质后，同学们我们怎样制备氢氧化铝呢？
【学生】讨论回答
【师】① 实验室制法：取一支试管，加入10mL 0.5 mol ? L-1 Al2(SO4)3溶液，然后滴加氨水至过量
现象：生成白色胶状沉淀，当氨水过量时，沉淀不减少。
反应方程式：?Al2(SO4)3 + 6NH3·H2O = 2Al(OH)3↓ + 3(NH4)2SO4
② 工业制法：向NaAlO2 溶液中通入过量CO2:
NaAlO2 + CO2(过量）+2H2O = NaHCO3+Al(OH)3 ↓
【师】氢氧化铝的用途
①净水，氢氧化铝能与水中的悬浮物形成絮状不溶物沉降下来，并吸附色素。
②中和胃酸，氢氧化铝碱性不强，且可以与酸反应，使胃液酸度降低。
【师】常见的铝合金
(1)铝合金中，常会有的合金元素： Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等。
(2)硬铝中含有的合金元素： Cu、Mg、Mn、Si。
铝合金的性质及用途：铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉等特点。主要用于建筑业、容器制造、交通运输及电子行业。
【过渡】除了铁合金、铝合金，现在还有许多新型合金应用在各个领域。
【师】
【过渡】在生产生活中我们经常会遇到关于合金含量的计算问题，下面我们来学习物质的量在计算中的应用。
根据化学方程式计算的基本步骤
例： 2Na ＋ 2H2O===2NaOH ＋ H2↑
化学计量数之比 2 ?: 2 :? 2 ?: 1
扩大NA倍 2NA : 2NA :? 2NA : NA
物质的量之比 2 mol : 2 mol : 2 mol : 1 mol
【拓展】化学计算中常用的三种方法
(1)关系式法
当已知物和未知物之间是靠多个反应来联系时，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系，即“关系式”。如把CO还原Fe2O3生成的CO2通入澄清石灰水中，求生成沉淀的量，根据化学方程式知3CO~3CO2~3CaCO3，即CO~CaCO3。
(2)守恒法
①质量守恒
宏观特征:反应前后元素的质量守恒。
微观守恒:反应前后各元素的原子个数守恒。
②得失电子守恒
氧化还原反应中，氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数。
③电荷守恒
ⅰ.电解质溶液中，阴离子所带负电荷总数等于阳离子所带正电荷总数。
ⅱ.离子方程式中，反应物所带电荷总数与生成物所带电荷总数相等且电性相同。
(3)差量法
根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化，找出所谓“理论差量”，如反应前后的质量差、物质的量差、气体体积差等。该差量的大小与反应物的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系，解决一定量变的计算题。
板书设计
金属材料
1.合金的定义、性质
2.铁合金
3.铝和氧化铝的性质
4. 铝合金、新型合金
5.物质的量在化学方程式计算中的应用