第三章 金属及其化合物

保山曙光学校高三年级化学教学设计2013年9月30日1第三章金属及其化合物第四节用途广泛的金属材料主备教师徐鸿昌一．内容及其解析教学内容：1.合金的概念及其重要应用。2．常见金属的活动性顺序内容解析：本节课要学的内容是合金的概念及其重要应用，指的是常见铁、铜、铝合金的主要性能及应用。其核心是合金的性质特点，即合金具有许多良好的物理、化学或机械性能，硬度一般比它的各成分金属的大，熔点一般比它的各成分金属的低。理解它的关键是知道常见的金属材料—-包括纯金属和合金。我国使用最早的合金是铜合金，常见的铜合金有青铜和黄铜。铝合金常见种类有：硅铝合金、镁铝合金、硬铝(含Al、Cu、Mn、Mg、Si元素)。其性质特征是：强度高、密度小、硬度大、易于加工、成本低廉、表面易形成氧化膜而具有一定的抗腐蚀能力。其主要用途：建筑业、容器和包装业、交通运输及电子行业。教学重点是比较金属活动性顺序和结合实验推断合金组成或计算合金质量分数。解决重点的关键是在记忆概念和复习铁、铝、铜性质的基础上，应用化学计算中的“列方程组法、电荷守恒法、得失电子守恒法”等进行师生互动。二．目标及其解析教学目标：1．了解合金的概念及其重要应用。2．了解常见金属的活动性顺序。目标解析：了解合金的概念及其重要应用，就是指知道什么是合金、合金比纯金属有何优点；了解常见金属的活动性顺序，就是要求会应用金属活动顺序表来得出以下推论：（1）比较原子的得失电子能力；（2）比较金属阳离子的得电子能力；（3）比较金属和氧气反应的情况；（4）比较金属和水反应的情况；（5）比较金属和酸反应的情况；（6）比较金属和碱反应的情况；（7）比较金属和盐溶液反应的情况；（8）比较金属的冶炼方法。三．问题诊断分析本节课是高中知识的重要组成部分，学生学习时会遇到的问题是涉及合金的计算问题。解决的方法是要熟练掌握关于铁、铝、镁、铜的几个重要反应方程式。四．教学支持条件分析本节课不需教学支持条件五．教学过程【问题一】铜及其化合物【设计意图】掌握铜及其化合物的物理性质、化学性质、重要用途【师生活动】【问题1】单质铜(1)物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。(2)化学性质保山曙光学校高三年级化学教学设计2013年9月30日2反应物质化学方程式非金属O2①潮湿的空气_____________________(_____色固体)②在空气中加热____________________________(____色固体)Cl2S氧化性酸浓H2SO4浓HNO3稀HNO3盐AgNO3FeCl3（答案：①2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3绿色②2Cu＋O2=====△2CuO黑色Cu＋Cl2=====点燃CuCl2；2Cu＋S=====△Cu2SCu＋2H2SO4(浓)=====△CuSO4＋SO2↑＋2H2O；Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2AgCu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2【问题2】.氧化铜和氧化亚铜名称氧化铜氧化亚铜颜色与酸反应(H＋)Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O与H2反应转化关系（答案：(从左至右，从上至下)黑色砖红色CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2OCuO＋H2=====△Cu＋H2OCu2O＋H2=====△2Cu＋H2O4CuO=====高温2Cu2O＋O2↑【问题3】氢氧化铜(1)物理性质：蓝色不溶于水的固体。(2)化学性质：Cu(OH)2属于弱碱，能与酸反应生成盐和水。【问题4】CuSO4·5H2OCuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。无水CuSO4为白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水的检验依据。【例题1】(2010·课标全国卷)物质A～G有下图所示转化关系(部分反应物、生成物没有列出)。其中A为某金属矿的主要成分，经过一系列反应可得到B和C。单质C可与E的浓溶液发生反应，G为砖红色沉淀。保山曙光学校高三年级化学教学设计2013年9月30日3请回答下列问题：(1)写出下列物质的化学式：B________、E__________、G________；(2)利用电解可提纯C物质，在该电解反应中阳极物质是________，阴极物质是________，电解质溶液是________；(3)反应②的化学方程式是____________________________________________________。答案：(1)SO2浓H2SO4Cu2O(2)粗铜精铜CuSO4溶液(3)Cu＋2H2SO4(浓)=====△CuSO4＋SO2↑＋2H2O【变式练习1-A】(2010·北京理综)自然界地表层原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后变成CuSO4溶液，向地下深层渗透，遇到难溶的ZnS或PbS，慢慢转变为铜蓝(CuS)。下列分析正确的是()A．CuS的溶解度大于PbS的溶解度B．原生铜的硫化物具有还原性，而铜蓝没有还原性C．CuSO4与ZnS反应的离子方程式是Cu2＋＋S2－===CuS↓D．整个过程涉及的反应类型有氧化还原反应和复分解反应答案：D【变式练习1-B】某课外活动小组，收集了一种合金进行研究。(1)外观暗灰色，表面光滑；(2)在酒精灯上灼烧，火焰为绿色；合金片熔化，但不滴落；(3)取刮去表皮的金属10.0g，放入足量H2SO4中，收集到标准状况下的H29.96L；(4)另取刮去表皮的金属10.0g，放入足量NaOH溶液中，也收集到标准状况下的H29.96L。试据此判断，合金中一定含有的元素是________(写元素符号)；下列元素可能含有的是________(填选项编号)。a．Agb．Mgc．Nad．Fe如果该合金中，只含2种元素，它们的质量比是________。答案：Cu、Al;a;m(Cu)：m(Al)＝1：4【问题二】合金的概念及其重要应用【设计意图】让学生在掌握铝、铁的基础上了解合金的组成、性能和用途【师生活动】【问题1】合金(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。①熔点：一般比它的各成分金属的低；②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。【问题2】常见金属材料金属材料包括纯金属和它们的合金，可分为黑色金属材料和有色金属材料。保山曙光学校高三年级化学教学设计2013年9月30日4铝及铝合金铝性能：良好的延展性和导电性,用途：制导线铝合金性能：密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉用途：主要用于建筑业、容器和包装业、,交通运输业、电子行业等铜及铜合金铜性能：良好的导电性和导热性用途：主要用于电器和电子工业、建筑业铜合金：青铜是我国使用最早的合金，常见的还有黄铜和白铜性能：良好的导电性和导热性用途：制导线(1)重要的黑色金属材料①黑色金属材料：通常包括铁、铬、锰以及它们的合金。②钢钢是用量最大、用途最广的合金。钢碳素钢：韧性、焊接性好，强度低：强度高，韧性及加工性好：硬而脆，热处理后弹性好：具有各种不同的优良性能，用于制不锈钢及各种特种钢（答案：②低碳钢中碳钢高碳钢合金钢）(2)几种有色金属材料①有色金属材料：除黑色金属以外的其他各种金属材料及其合金。②几种有色金属材料【例题2】铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。下列与这些用途无关的性质是()A．不易生锈B．导电性好C．密度小D．强度高答案：B【变式练习2-A】某化学兴趣小组对奥运会金牌成分提出猜想：甲认为金牌是由纯金制成；乙认为金牌是由金银合金制成；丙认为金牌是由黄铜(铜锌合金)制成。为了验证他们的猜想，请你选择一种试剂来证明甲、乙、丙猜想的正误()A．硫酸铜溶液B．稀硝酸C．盐酸D．硝酸银溶液答案：B【变式练习2--B】某不纯铁片可能含有Mg、Al、Cu等金属杂质，取这种铁片5.6g与足量的稀盐酸反应，得到0.2g氢气，则该铁片中()A．一定不含杂质B．一定含金属铝C．一定含有金属铜D．一定同时含有四种金属答案：C【问题三】金属活动顺序表及其应用保山曙光学校高三年级化学教学设计2013年9月30日5【设计意图】总结金属活动顺序表的应用【师生活动】金属活动性顺序表KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu原子失电子能力由大到小，还原性由强到弱阳离子得电子能力由小到大，氧化性由弱到强和O2反应常温易被氧化常温能被氧化常温干燥空气中不易被氧化加热时能被氧化不能被氧化和H2O反应常温置换出氢加热或与水蒸气反应置换出氢不能置换出水中的氢和酸反应剧烈反应并置换出酸中的氢能置换出酸中的氢，Fe、Al常温在浓HNO3、浓硫酸中钝化不能置换稀酸中的氢与强氧化性酸反应只与王水反应和碱反应仅Al、Zn能跟强碱水溶液反应和盐反应先与水反应排在前面的金属能从盐溶液中置换出后边的金属冶炼方法电解法热还原法加热分解法物理方法【例题3】某同学用回收的镁铝合金制取氢气。现有10.8g镁铝合金，下列说法正确的是()A．常温下与足量18mol/LH2SO4反应，最多可放出0.6molH2B．常温下与足量2mol/LHNO3反应，最少可放出0.45molH2C．常温下与足量2mol/LH2SO4反应，放出H2的物质的量在0.45mol～0.6mol之间D．常温下与足量2mol/LNaOH反应，放出H2的物质的量在0.45mol～0.6mol之间答案C【变式练习3】（2013广东卷）银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：（相对原子质量：CU—63.5）（注：Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450℃和80℃）（1）电解精炼银时，阴极反应式为；滤渣A与稀HNO3反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，该气体变色的化学方程式为。（2）固体混合物B的组成为；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为。(3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式：CuO+Al2O3高温CuAlO2+↑（4）若银铜合金中铜的质量分数为63.5%，理论上5.0kg废料中的铜可完全转化为molCuAlO2，至少需要1.0mol·L-1的Al2(SO4)3溶液L。(5)CuSO4溶液也可用于制备胆矾，其基本操作是、过滤、洗涤和干燥。保山曙光学校高三年级化学教学设计2013年9月30日6答案：（1）Ag++e—＝Ag，2NO+O2＝2NO2；（2）CuO和Al(OH)3；Al(OH)3+OH—＝AlO2—+2H2O（3）4CuO+2Al2O3高温4CuAlO2+O2↑（4）50；25.0L（5）蒸发浓缩、冷却结晶【问题四】金属矿物的开发和利用【设计意图】了解金属的冶炼方法【师生活动】【问题1】金属在自然界中存在的形态除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。【问题2】金属冶炼的实质使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。【问题3】金属冶炼的一般步骤如右图【问题4】金属冶炼方法(1)热分解法例如：2HgO=====△2Hg＋O2↑，2Ag2O=====△4Ag＋O2↑。用热分解冶炼法冶炼金属的特点是：金属元素的金属性____，金属元素的原子________失去电子，其金属离子________得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性________。(2)热还原法冶炼金属①焦炭还原法。例如：C还原ZnO、CuO；②一氧化碳还原法。例如：CO还原Fe2O3、CuO；③氢气还原法。例如：H2还原WO3、Fe3O4；④活泼金属还原法。例如：Al还原Cr2O3、V2O5；(3)电解法冶炼金属。【例题4】(2011·山东理综)Al、Fe、Cu都是重