沪教版化学教案第五章 金属与矿物

第五章金属与矿物重点难点：重点：1.金属的物理性质和化学性质。2.含杂质物质的化学方程式的计算；铁的两种合金。3.铁生锈的条件及防护。4.石灰石的存在和检验；5.碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙三种物质之间的相互转化。难点：1.铁的化学性质实验探究方案的设计；2.通过和已有化学知识的联系、比较、理解并得出结论“铁的化学性质比较活泼”。3.含杂质物质的化学方程式的计算；4.“一氧化碳与氧化铁反应”的演示实验。5.探究铁生锈的条件。6.碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙三种物质之间的相互转化及相应的化学方程式；7.碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙三种物质及对应的俗称。［知识结构］简要地介绍有关金属及其化合物的性质、制备、存在和用途常识，在教学设计与实施中应注意：①密切联系实际，围绕金属的性质、冶炼、防腐、用途、合金和石灰石的利用等内容，引导学生从生产、生活中发现问题，获取信息。②指导学生运用化学用语描述物质的性质和变化，认识物质和化学反应的简单分类。③帮助学生进一步学习和运用探究性学习的方法，通过实验，对实验事实的归纳获取相关的知识结论。④注意引导学生认识金属的性质和用途间的关系，帮助学生建立“物质的性质决定物质的用途”的观念。通过学习，使学生既掌握了一定的非金属单质和化合物，又接触了一些金属及矿物的知识；一方面使元素化合物知识的内容比较完整，另一方面因为铁是一种化学性质比较活泼的金属元素，具有一定的代表性，也为今后学习金属活动性顺序和酸、碱、盐等物质及其相互关系的学习作准备。第一节金属与金属矿物教材分析：从金属和氧气、水、稀硫酸的作用，认识金属的化学性质特点。铝、铁跟硫酸的反应是由一种单质跟一种化合物作用生成另一种单质和另一种化合物，这样的反应叫做置换反应。学习目标：1、初步比较常见金属的活泼性的强弱，为今后学习金属活动性顺序打下基础。2、了解金属的物理特征，能区分常见的金属和非金属；3、知道常见的金属与氧气、酸溶液的反应，铁与硫酸铜之间的反应，置换反应的概念；4、了解一些常见金属矿物（铁矿、铝矿等）的主要成分。过程与方法：通过对金属性质的实验探究，学习利用实验认识物质的性质和变化的方法；初步形成物质的性质决定物质用途的观念。教学重点：金属化学性质的探究，置换反应的概念。教学方法：启发式、探究式、引导式、讲解式等。教学过程常见金属化学性质的探究：在学习氧气的性质时，我们做过铁丝在氧气中燃烧的实验，请回忆一下铁丝在氧气中燃烧的实验现象、化学反应方程式。现象：铁在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成一种黑色固体。方程式：3Fe+2O2点燃Fe3O4一、金属的物理性质探究金属物理性质时，除了课本上的探究实验外，可以适当引导、补充一些日常生活中的事例，如造房子用的钢筋、在氧气中燃烧的铁丝、封防盗门的铁皮，说明铁具有延展性。锅、铲、勺的把柄为木材或塑料，家用电线、电工工具的把手用橡胶或塑料将金属包裹起来，说明金属具有良好的导电、导热性。根据金属的物理性质来谈金属的应用时，充分调动学生的积极性，以学生为主体，教师做适当的引导。二、常见金属的化学性质学习化学性质时，可增加金属镁，引导学生观察四种金属（镁、铝、铁和铜）与氧气、酸反应的快慢，为今后学习金属的活动性顺序作准备。做铁和硫酸铜溶液的反应时，可适当补充我国古代湿法炼铜的历史。置换反应是一种重要的基本反应类型，应与化合反应、分解反应、氧化反应结合起来学习，并强调氧化反应不属于基本反应类型。三、常见的金属矿物本节在本章中的地位与作用：金属与金属矿物，在工农业生产、科学技术和日常生活都有广泛的用途，与人类的生存和发展密不可分。本节从常见金属的用途引入，通过金属性质的探究性实验，分析、归纳出金属的性质。初步形成物质的性质决定物质的用途的观点。通过对常见金属性质的探究和学习，使学生逐步学会用归纳、概括等方法对获取的信息进行加工，并能准确表述有关信息。通过符合认知规律的教学过程，对学生进行科学方法的教育。了解金属矿物资源的价值，认识合理开发与利用的重要性。四、参考资料1、金属通常可分为黑色金属和有色金属两大类，黑色金属包括铁、锰和铬以及它们的合金，主要是铁碳合金（钢铁），有色金属是指除去铁、锰和铬之外的所有金属。有色金属大致上按其密度、价格、在地壳中的储量和分布情况、被人们发现以及使用的早晚等分为五大类：①轻有色金属：一般指密度在4.5g/cm3以下的有色金属，包括铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。这类金属共同点是：密度小（0.53~4.5g/cm3），化学性质活泼，与氧、硫、碳和卤素的化合物都相当稳定。②重有色金属：一般指密度在4.5g/cm3以上的有色金属，其中有铜、镍、铅、锌、钴、锡、锑、汞、镉、铋等。③贵金属：这类金属包括金、银和铂族元素（铂、铱、锇、钌、钯、铑。）由于它们对氧和其它试剂的稳定性，而且在地壳中含量少，开采和提取比较困难，故价格比一般金属贵，因而得名贵金属。它们的特点是密度大（10.4~22.4g/cm3）；熔点高（1189~3273K）；化学性质稳定。④准金属：一般指硅、锗、硒、碲、钋、砷、锑、硼、其物理化学性质介于金属与非金属之间。⑤稀有金属：通常是指在自然界中含量很少，分布稀散、发现较晚，难以从原料中提取的或在工业上制备和应用较晚的金属。这类金属包括：锂、铷、铯、铍、钨、钼、钛、镓、铟、铊等稀土元素和人造超铀元素。金属的导电性和导热性：大多数金属有良好的导电性和导热性。善于导电的金属也善于导热，按照导电和导热能力由大到小的顺序，将常见的几种金属排列如下：AgCuAuAlZnPtSnFePbHg。金属的延展性：金属有延性，可以抽成细丝。例如最细的白金丝直径不过（1/5000）mm。金属又有展性，可以压成薄片，例如最薄的金箔，只有（1/10000）mm厚。金属的密度：锂、钠、钾比水轻，大多数其它金属密度较大。金属的硬度：金属的硬度一般较大，但它们之间有很大差别。有的坚硬如铬、钨等；有些软如蜡，可用小刀切割如钠、钾等。金属的熔点：金属的熔点一般较高，但高低差别较大。最难熔的是钨，最易熔的是汞和铯、镓。汞在常温下是液体，铯和镓在手上受热就能熔化。2、金属之最展性最强的金属——金。延性最好的金属——铂。导电性性最强的金属——银。地壳中含量最高的金属——铝。熔点最低的金属——汞。熔点最高的金属——钨。制造新型高速飞机最重要的金属——钛，也被科学家称为“21世纪的金属”，或被称为未来的钢铁。最硬的金属——铬。密度最大的金属——锇。密度最小的金属——锂。光照下最易产生电流的金属——铯。最能吸收气体的金属——钯。最易应用的超导元素——铌。价格最高的金属——锎。海水中储量最大最大的放射性元素——铀。1克锎的价格为10亿美元。第二节铁的冶炼合金教学目标：1、了解从铁矿石中将铁还原出来的方法；2、知道生铁和钢等重要的合金，认识加入其他元素可以改善金属特性的重要作用；3、认识金属材料在生产生活和社会发展中的重要作用。过程与方法：1、通过对工业上铁的冶炼原理的探讨与研究，培养学生运用知识于实际生活的能力；2、提高学生分析和解决实际问题的能力及创新思维能力。情感态度与价值观：1、通过对钢铁、青铜等合金知识的介绍，培养学生的爱国主义情感；2、通过对冶铁原理的分析，培养学生安全操作意识和良好的环保意识。重点难点：铁的冶炼原理；合金及合金的物理特性；工业炼铁的化学原理。【教学设计思路】：一、铁的冶炼呈现学习情景提出问题讨论与探究知识运用【教学过程】：1、地壳中铁的含量在金属中居于第几位？自然界中铁元素以何种形式存在？2、你知道的铁矿石有哪些？我国的铁矿主要分布在哪些地区？3、就你所知的历史知识，你知道我国劳动人民早在什么时期就发明了炼铁和使用铁器了？4、人类冶炼最多、在生产生活中应用最广泛的金属是什么？引导学生从地壳中铁的含量，自然界中铁元素的存在形式，我国铁矿的类型及基地分布情况等方面进行讨论。既然铁在日常生活和国民生产中的地位如此重要，那么，我们有必要了解和掌握以铁矿石为原料冶炼出铁的反应原理及过程。【教师引导】今天我们以主要成分为Fe2O3的赤铁矿为例，来学习研究如何实现铁的冶炼。对比Fe2O3与Fe组成上的区别，请大胆假设，如何实现从Fe2O3到Fe的转变。Fe2O3与Fe的组成上均含有Fe元素，不同之处在于Fe少了O元素，要使Fe2O3转变为Fe，可从下列方面入手：（1）可在一定条件下，使Fe2O3直接失氧，转变为铁；（2）可加入某类物质，让其与Fe2O3中的O元素结合，主动夺取Fe2O3中的“O”元素，使Fe2O3转变为金属Fe。评析：（1）对于活动性比较活泼的金属（如Na、K、Mg、Al等）很难从其矿物中提取出来，为了得到它们，可采用电解的方式直接将它们分解，引读P120“拓宽视野”。金属Fe的活动性不是很强，一般不采用这种方式。（2）冶炼金属铁，可选择加入其他易得氧的物质与Fe2O3反应，以夺氧的方式还原Fe2O3。引导：我们以前所学过和接触的物质中，哪些可以和“O”结合，形成新的物质？Mg、H2、C、CO、P、Cu等物质可实现以上变化。MgOMgOH2OH2OCOCO2POP2O5CuOCuOCOOCO2引导：从理论上讲,这些物质都可以实现所需转变,但从经济效益、环境保护、人体健康及安全角度出发，我们一般选择C或CO。现以CO为例，探讨铁的冶炼过程。阅读P119“观察与思考”中CO与Fe2O3的反应——工业炼铁的反应原理。并思考下列问题：（1）实验中为什么要先通一段时间CO，再加热Fe2O3？（2）澄清石灰水的作用是什么？实验中会出现什么现象？（3）点燃从尖嘴管口排出气体的目的是什么？（4）实验结束前应如何操作，才能保证得到较纯净的铁粉？从你所了解的钢铁知识入手如何从铁矿石中提取铁？CO还原Fe2O3的化学原理工业炼铁的设备及过程（5）如何验证实验中产生了铁？引导：书写CO和Fe2O3反应的化学方程式。Fe2O3+3CO高温Fe+3CO2引导学生阅读P120文字及展示炼铁高炉的模型。（展示实物模型及光盘上关于高炉炼铁的演示过程）归纳：工业上炼铁设备：高炉原料：铁矿石、焦炭、石灰石主要反应：2C+O2点燃2CO3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2CaCO3高温CaO+CO2↑CaO+SiO2==CaSiO3（炉渣——可用于制水泥）尾气主要成分：CO和CO2（需经处理后再排放）二、生铁和钢引导：生铁和钢均为铁的合金。它们在生产生活中有着广泛的用途。钢铁的生产和使用是人类文明和社会进步的一个重要标志。阅读P120-121归纳：生铁：含碳量在2﹪—4.3﹪之间的铁的合金钢：含碳量在0.03﹪—2﹪之间的铁的合金从生铁炼成钢的实质为：降碳、除硫磷、调硅锰三、合金引导：作为“金属材料”之一的合金在生产生活中起着越来越重要的作用，合金的出现大大拓宽了金属材料的范围和使用价值。阅读：P122有关文字。归纳：合金是一种金属跟其他金属（或非金属）熔合形成的具有金属特性的物质。人类历史上使用最早的合金是青铜；世界上最常见、应用最广的合金是钢。引导学生阅读P122活动与探究：某种保险丝是用武德合金制成的，熔点约为69℃。其组成金属及其熔点分别为鉍（271℃）、铅（327℃）、锡（232℃）、镉（321℃）。比较武德合金和其组成金属的熔点差异，归纳出合金的优良特性。归纳：合金具有许多良好的物理、化学或机械性能；合金的硬度一般比各成分金属大；多数合金的熔点低于组成它的成分金属。内容：1、在炼铁高炉里用一氧化碳与铁矿石中的氧化铁（或其他铁的氧化物）在高温下反应能生成生铁。2、生铁和钢是重要的铁合金。3、合金是由一种金属跟其他金属(或非金属)熔合形成的有金属特性的物质。如青铜是由铜、锡等元素形成的合金。世界上最常见、应用很广的钢是由铁、碳等元素形成的合金。通常所说的“金属材料”，既包括各种纯金属，也包括各种合金。4、含杂质的化学方程式的计算。本节在本章中的地位与作用：通过铁的冶炼，使学生了解工业炼铁的原理、设备、原料，从而将书本上的化学知识与工业生产相结合。知道生铁