高中化学 第三单元 化学与材料的发展 课题2 金属材料教案2 新人教版选修.doc

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1、金属材料一、教材分析和建议社会生产力的发展在一定程度上取决于所采用的材料，其中，金属材料的使用对人类社会发展的影响就是一个典型例子。根据元素周期表，金属元素的种类远远超过非金属元素，不同金属元素的单质及其合金（如铁及其合金）可以提供生产、生活所需要的多种性能的材料。 除了少数金属外，在自然界中金属元素大多以化合物形式存在，这是由于金属元素的活泼性决定的。获取金属材料的问题主要包括两个方面，一是资源的分布、勘探和开发，二是开发的成本。金属资源在使用过程中，呈分散的趋势，使得回收与提炼的成本越来越高，因此，要从矿石中获得某种金属，使呈化合态形式的金属元素转化为游离态单质，往往要经过复杂的化学过程，

2、需要消耗大量的能量，所以，冶金工业是一个高能耗的工业，其间所产生的矿渣、炉气、粉尘以及生产噪音等又使得它们成为潜在的污染源。 教学建议如下： 1.对于学生来说，金属化学冶炼的基本原理就是氧化还原反应，这是最基本的核心概念。为了实现金属由化合物还原为单质这一过程，应该根据金属的活动性不同，采用不同的还原剂或还原手段，这是金属化学冶炼的基本原理。例如，一般的高温碳还原法可用于冶炼中等活泼的金属（如铁、锌、锡等），置换反应不仅可用于冶炼铜、银，还可用于提炼稀土金属；电解法是目前人类生产中掌握和使用的一种最强的氧化还原手段，可以用于冶炼活泼金属（如钠、钾、铝、镁等）。抓住这些基本概念和原理，学生对如何

3、获得和使用金属材料就从化学角度有了一个基本的把握。 2.教科书中，仅以钢铁和铝的冶炼为例介绍了金属化学冶炼原理和过程。对于钢铁冶炼（火法冶炼），重点在于揭示生铁冶炼与炼钢原理的区别，指出作为合金的钢铁材料在冶炼方法、使用性能等方面比生铁有哪些特点和优势；对于铝的冶炼（湿法冶金和电冶金的结合），则可以通过展示铝的生产流程，重点讨论其中的化学反应原理，即氧化铝和氢氧化铝的两性以及电解氧化铝的反应。 3.金属的腐蚀和防止是金属材料使用中的一个不容忽视的问题，其中自发进行的原电池反应是金属腐蚀的主要原因，揭示金属腐蚀的本质，即金属与其接触的其他物质在一定条件下发生氧化还原反应而受到损害，由此帮助学生归

4、纳和理解金属防腐的思路和方法。再通过一些具体实例，引导同学分析和讨论防止金属腐蚀的原理和方法。需要指出的是，金属防腐方法的选择不仅是一科学问题，也是一技术问题，例如，金属腐蚀的防止必须考虑其中的经济成本。同时，教科书中也指出金属腐蚀可以利用来进行金属材料的加工，从而对人们利用科学技术既可以产生正面影响也可以产生负面影响的认识有进一步的提高。教学重点：金属冶炼的原理，金属腐蚀的原理和防腐方法。 教学难点：电解、电镀的原理。 二、活动建议 【实验3-2】（1）电镀时最好使用新铁钉（如使用其他铁制品，应预先把镀件打磨光滑），经水洗、NaOH溶液除油、盐酸清洗等，然后用清水洗净后立即进行电镀。 （2）

5、为了能调节电镀过程的电压和电流，建议在电路上串联一个可变电阻和一个电流表。电镀时建议使用2V电压，调节电流密度在2A/dm2~3A/dm2。电流密度不宜太大，否则由于金属沉积速率太快，镀层不牢固也不光滑。（3）在浓度约为1mol/LCuSO4溶液中，边搅拌边加入浓氨水至溶液全部变为深蓝色的铜氨溶液。此时把洗净的新铁钉放入，几秒钟后取出，没有铜析出。（4）在室温下，用上述铜氨溶液做电镀液，通电10s（通电时可用玻璃棒轻轻搅拌）。在铁钉表面可看到光亮的紫红色。 三、问题交流 【学与问】 1.赤铁矿反应中，氧化铁为氧化剂，一氧化碳为还原剂。 2.3.提示：按照反应原理、生产中原料的选择、反应条件的控

6、制、三废的处理和能量的充分利用等方面考虑生铁冶炼中一些问题。 4.高炉炼铁产生的废气主要是高炉煤气，经除尘后可作为热风炉、加热炉和锅炉等的燃料。废渣的主要成分是硅酸钙等，可用作水泥和矿渣磷肥等的生产原料。由耐火材料做成的高炉内衬一直处于高温状态，为延长高炉的使用寿命，必须用水在外部冷却，这时废热主要转化为热水加以利用。 【思考与交流1】 1.参见化学必修2第82页。2.以氧化物形式存在的金属矿石可直接用还原剂还原，如生铁的冶炼；以碳酸盐形式存在的金属矿则可通过煅烧（在缺少空气条件下加热至高温但不使炉料熔化）分解生成金属氧化物或金属，然后再将金属氧化物还原；以硫化物形式存在的金属矿，由于低价硫的

7、存在，所以，则先要焙烧（在有空气条件下加热至高温但不使炉料熔化）生成金属氧化物或金属，然后再将金属氧化物还原。参考资料：地壳中硅约占28％，氧约占47％，铁、铝、钙、钠、钾、镁等金属约占24％，其余的金属和非金属约占1％。金属元素主要以氧化物、碳酸盐和硫化物形式存在，如铝主要以铝土矿（Al2O3），铜主要以黄铜矿（CuFeS2），铁主要以赤铁矿（Fe2O3）和菱铁矿（FeCO3），铅主要以方铅矿（