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第八单元 金属和金属材料单元备课 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 • 铁、铝、铜等金属和合金的重要性质和用途； • 金属活动性顺序 • 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 • 合理利用金属资源的意识
三、本单元的教学难点 • 对金属活动性顺序的初步探究 • 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。
五、单元课时分配 课题1、一课时 课题2、两课时 课题3、两课时
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 1、中国古代金属冶炼的成就和当代金属材料的开发利用 2、制造潜艇、宇宙飞船的合金材料 3、我国重要的金属矿物及其分布 4、丰富多彩的金属矿物标本和图片 5、金属的切割与焊接 6、制造自来水管材料的变迁
在多角度多层次的运用中巩固提高 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。
8.1知识结构透视 物理性质 化学性质 金 属 材 料 金 属 资 源 1、存在 与氧气反应 与酸反应 与硫酸铜反应 纯金属 合金 金属的锈蚀条件 置换反应 金属活动 顺序 2、回收利用 3、冶炼 性能 用途 4、有关含 杂质 的计算问题
8.2从金属与氧气反应的角度认识金属活动性顺序 1.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。 ⑴ 钠为什么要保存在煤油中？ ⑵ 镁在空气中燃烧。 ⑶ 铝在氧气中燃烧。 ⑷ 铁丝在氧气中燃烧。 ⑸ 铜在空气中加热。 ⑹ 水银在空气中加热。 2.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？
金属活动性：Na；Mg、Al、Fe；Cu、Hg。 3.为什么出土文物中铜器比铁器多呢？ 4.⑴为什么铁器易生锈，而铝制品不易锈蚀呢？ ⑵为什么不宜用钢刷、沙等来擦洗铝制品呢？
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 5.⑴请推测K与O2 反应的条件是。 ⑵镁（填：能、不能）制成锅。 6.⑴请推测Zn与O2 反应的条件是。 ⑵“白铁皮”是铁锌合金，其制品为什么不易锈蚀呢？ 7.⑴为什么说“真金不怕火炼”？ ⑵铁矿与金矿有什么不同？
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： 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。 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。 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。
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 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。
【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。【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。
方案 所选药品 有关化学方程式 1 2 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
【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。
+2 +3 FeSO4 Fe2(SO4)3 铁与铁的化合物关系网 溶液浅绿色 溶液黄色 H2SO4 Zn H2SO4 CuSO4 +3 +3 +3 0 潮湿的空气 NaOH HCl Fe Fe2O3 FeCl3 Fe(OH)3 CO C H2 HCl 粉末黑色 固体银白色 溶液黄色 红色固体 红褐色沉淀 CO C H2 O2 Fe3O4 黑色固体
溶液蓝色 铜与铜的化合物关系网 Cu(NO3)2 溶液蓝色 CuCl2 溶液绿色 Fe AgNO3 HCl O2 H2SO4 NaOH Cu CuO CuSO4 Cu(OH)2 H2COC H2SO4 红色固体 黑色固体 溶液蓝色 蓝色沉淀 Fe
8.5以金属为主线的若干特征性物质 添加文本 合金 Fe Cu 金 属 K Ca Zn Na Mg Al Hg Ag Au Ti Sn Mn … …
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
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
8.6工业炼铁 高温 化学方程式 ： 3CO+Fe2O3 ===2Fe+3CO2 高温 4CO+Fe3O4 ===3Fe+4CO2 1、炼铁的原理 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？ 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。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。 赤铁矿 氧化铁 铁元素 铁单质 生铁 112 高温 1000tX80%X =m(生铁)X96% 3CO+Fe2O3 ===2Fe+3CO2 160 160 800t 160 800t 112 X 112 X = 【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 1000tX80%X w(Fe) = m(生铁)X96% 设800t氧化铁理论上可以炼出纯铁的质量为X 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？ m (生铁)=583t 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. 纯物质的质量=不纯物质的质量×物质的质量分数
