1、第三章 金属及其化合物本章说明一、教学目标1.了解钠、铝、铁、铜等金属及其重要化合物的主要性质。2.初步认识金属材料在国民经济中的重要作用和与人们日常生活的密切联系，以及合理使用金属材料的重要意义。3.通过金属及其化合物性质的实验，提高学生对“化学是一门以实验为基础的科学”的认识，培养学生的实验意识、操作技能、观察能力和分析问题的能力等。4.以金属知识的学习为线索，通过阅读、查阅资料、讨论和概括等，培养学生获取知识及信息加工的能力。通过比较、归纳等，让学生逐步掌握学习元素化合物知识的一般方法。5.通过金属及其化合物、金属材料在生产和生活中的应用等的学习，提高学生学习化学的兴趣，增强学好化学、服
2、务社会的责任感和使命感。6.通过多种多样的活动，鼓励学生积极提出问题，培养学生敢于质疑、勇于创新的精神和合作精神等。二、内容分析1.地位和功能在第一章从实验学化学和第二章化学物质及其变化的基础上，本章开始介绍具体的元素化合物知识。这一章介绍金属及其化合物，下一章介绍非金属及其化合物。金属元素、非金属元素及其化合物构成了许许多多的物质，形成丰富多彩的世界。要想了解物质世界，了解化学，就要从构成常见物质的元素知识开始。元素化合物知识是中学化学的基础知识，也是学生今后在工作和生活中经常要接触、需要了解和应用的基本知识。这些知识既可以为前面的实验和理论知识补充感性认识的材料，又可以为化学2介绍的物质结
3、构、元素周期律、化学反应与能量等理论知识打下重要的基础；也可以帮助学生逐步掌握学习化学的一些基本方法；还能使学生真正认识化学在促进社会发展、改善人类的生活条件等方面所起到的重要作用。2.内容结构本章的元素化合物知识内容可分为单质、化合物和金属材料三大块。对于单质及化合物的化学性质，并没有按下页图所示逐条介绍，而是采取不同的方式来呈现：有的用回忆与复习、讨论的方式，有的用实验、观察的方式，有的用科学探究的方式，有的则让学生通过实践活动自己去研究和探索，从而使学生巩固和丰富化学反应的有关知识。教科书之所以这样编排，是根据课程标准而设计，既考虑到必修课程中两个模块的内容，又考虑到高中化学学科知识的连
4、贯性和学生的认知规律。在金属元素的选择上，考虑到镁是重要的金属，而其化学性质在初中已经介绍过，且在合金部分也涉及到，因此没有专门介绍。铜是大家熟知的金属，所以以“资料卡片”的形式介绍了铜。为了使学生对金属及其化合物有一个整体的了解，本章钠、铝、铁、铜的知识采用横向对比的写法，这既是一种尝试，也是当前比较理想的编排方案。3.内容特点本章知识内容多而广，但要求有所降低学生在初中化学中已学过一些金属及其化合物的知识，在平时的生活接触中也已有较多了解，现在进一步学习一些有关金属的新知识容易接受。受教学课时和教学要求的限制，金属及其化合物知识不可能分章详细介绍，只能相对集中。本章内容多而广，但受到课时限
5、制，教学要求并不高。按单质、氧化物、氢氧化物的性质分块介绍在过去的教科书中，经常以某元素为线索，按照“金属单质金属氧化物氢氧化物盐”的纵向知识结构进行编排，还采取先典型、后扩展到一般的方法，如学习一种典型金属元素及其化合物的性质，再学习同族元素性质的相似性和递变性。但本章没有按这一思路编排，而是按单质、氧化物、氢氧化物和盐来分类，重新整合，横向分块，集中介绍。突出了个别物质的特性反应对每种物质并没有全面介绍，对物质的化学性质的介绍也不求面面俱到，而是突出重点，强调物质的一些特性反应。如钠与水的反应、铝的两性、三价铁和二价铁的氧化还原性等。金属知识的内容提前教科书将有关金属的知识安排在“物质结构
6、”“化学反应与能量”之前，集中学习。因此，元素的原子核外电子排布、周期表等相关知识只能立足于初中化学和前两章的基础之上，而不能在此得到更多地扩展，这也是本章内容的一个新情况。三、课时建议第一节 金属的化学性质 3 课时第二节 几种重要的金属化合物 3 课时第三节 用途广泛的金属材料 1 课时复习1 课时第一节 金属的化学性质一、教学设计课程标准要求“根据生产、生活中的应用实例或通过实验探究，了解钠、铝、铁、铜等金属及其重要化合物的主要性质，能列举合金材料的重要应用”。金属单质的性质是金属元素性质的反映，是了解金属化合物性质的基础。由于受模块内容和课时的限制，本节的设计不像以往教科书按一种金属一
7、节进行描述，而是将几种重要的金属列为一节进行介绍。本节要介绍的金属，也仅是课程标准所确定的几种常见金属。初中化学中介绍的金属主要是铝、铁和铜，金属的性质以物理性质为主，化学性质只提及铝与氧的反应，同时介绍了金属活动性顺序，使学生初步了解金属与酸或盐溶液反应的规律。本节“金属的化学性质”是在初中介绍的金属和金属材料的基础上，进一步加深和提高。金属种类选了“钠、铝、铁、铜”，具有代表性：两种主族元素、两种副族元素；一种非常活泼的金属，两种较活泼金属，一种不活泼金属；除钠外，其他三种金属都是常见金属，学生有感性的认识，能与日常生活中金属的应用相结合。学生对金属的化学性质主要通过实验、图画和讨论等途径
8、获得。教科书中安排的实验有：钠在空气里缓慢氧化，钠加热时氧化，钠与水的反应，铝与盐酸或NaOH溶液的反应，铝箔在酒精灯上加热和铁跟水蒸气的反应等。实验操作与图片展示相结合，可以加深实验的印象，增强实验的效果。实验过程中有些现象和结论不是由老师告诉学生，也不在教科书中叙述，而是由学生自己得出，这样有利于学生独立思考，提高学生的分析能力和总结表达能力。几种金属的化学性质集中介绍，有利于金属性质的比较，如钠、铝与氧反应的学习结合生活中铁与氧的反应，可以对金属与氧气反应有一个整体的了解，并能认识到金属与氧气的反应情况与金属的活泼性有关。如钠与水的实验，现象比较多，为了更好地观察实验现象，教科书设计了“
9、观察提示”，引导学生得出钠的密度、熔点、反应程度、反应产物及反应过程中的能量变化等相关结论，这样有利于培养学生分析问题的能力和科学态度。教科书里还安排了“思考与交流”“科学探究”和“实践活动”等栏目，不是把知识直接交给学生，而是引导学生以活动的形式获得。例如，铁与水蒸气的反应是通过科学探究，给出思路，引导学生提出设计方案、画出实验装置图等。这样通过科学探究，学生不仅学到了知识，还培养了学习能力，同时也帮助学生树立“结论来自实验”的观点。本节教学重点：钠的氧化和钠与水的反应，铝与NaOH溶液的反应。本节教学难点：钠与水反应、铝与NaOH溶液反应的实验现象观察。教学建议如下：1.复习初中化学中金属
10、的有关知识，做好与新课的衔接可引导学生回忆初中化学中金属的化学性质和金属活动性顺序的有关知识，让学生畅谈日常生活中有关金属性质的所见、所闻。例如，打铁铺里铁熔化锤打时Fe3O4的生成，铁、铝与酸（如醋酸）的反应，CuO、FeCl3等常见化合物的存在等，以此说明金属可与一些非金属反应，然后引入新课。这样，既可以检查学生初中金属内容的掌握情况，为学习新内容奠定基础，同时又可以比较快地形成课堂气氛。2.充分运用实验，突出化学学科的学习特征做好实验是学习化学的重要途径。做好本章实验可以加深学生对金属性质的认识，增强学生观察和分析问题的能力。钠是活泼金属，在自然界中不存在游离态的钠，所以，学生从未见过钠
11、，更谈不上了解它的性质。教科书设计了新切开的银白色钠切口在空气中氧化变暗，钠在坩埚中加热时的逐渐变化及氧化反应的产物，以及钠与水的反应等实验。在教学中应该把这些实验做好，让学生感受到活泼金属的一些反应原来如此精彩，与我们熟悉的铁、铜的化学性质差别如此之大，从而增强学生希望了解更多金属知识的迫切感。同样，对铝在空气中受热熔化，铝与NaOH溶液的反应都应该充分发挥实验的作用，使学生获得感性的认识。在实验中要引导学生注意观察，通过所观察到的现象来分析金属的性质。钠与水的反应、铝与NaOH溶液的反应现象明显，也是经典的实验，教师应尽可能让学生动手完成这些实验，但要强调实验安全。在铁与水蒸气反应的科学探
12、究中，实验本身难度较大，现要求进行几种实验，难度更大。教科书中有关实验设计的内容不多，课程标准有培养学生实验设计能力的要求，应引导学生完成好这一实验。实验是化学知识的联结点，如钠的保存可以在钠的取用时介绍，钠的物理性质可以在做钠与水反应的实验时来介绍等。3.提倡问题式教学，让学生主动参与到学习中去在课堂上不仅要善于用问题启发学生思考，还应该积极调动学生学习的积极性，让学生主动地提出问题。例如，对于金属钠在空气中缓慢氧化与加热时的氧化，可以“你对金属钠与氧气在这两种情况下的反应可以提出哪些问题（包括它们的不同点）？”等来启发学生提出问题，改变以往“教师讲、学生记”或“教师提出问题、学生回答问题”
13、的教学方式。不仅在课堂上提倡问题启发式教学，在一节课快结束时，也可以布置学生课外去思考问题，比一比在下节课谁提出的问题多，提出的问题有价值。然后将学生提出的问题进行汇总、分类，把学习活动推向深入。4.积极开展科学探究活动，让学生体验科学探究的过程科学探究的目的是让学生在获得结论的同时，体验科学探究的过程，了解科学探究的方法。开展科学探究活动时，不要给学生规定框框，不要束缚学生的思维，要让学生动手实践，学会通过实践来解决问题，又从实践中发现新的问题。例如，铁与水蒸气反应的探究，引导学生分析需要解决哪些问题（制水蒸气、在什么条件下反应、产物是什么等），怎样去解决，等。然后让学生去思考，同学间交流探
14、究方案（要告诉学生注意实验安全），在哪些方面还可以作出改进，再根据设计方案画出装置草图。在探究教学中，要注意开放性。既然是探究，各种情况都有可能出现，学生也可能得出不同的、甚至违反常规的结论，在探究中这些都属于正常的。学生提出的方案越多，思考的角度就越广。取众人所长，考虑的问题就越全面，设计的方案就越完美。教师对探究的评价应注意策略，多肯定学生好的方面，对于违反常规的设计，也不要立即否定，要鼓励学生质疑，引导学生分析原因，或重新再试。5.运用比较、归纳的学习方法，帮助学生总结提高在学习了金属与氧气的反应、与水的反应、与NaOH溶液的反应等以后，要运用比较、归纳、分析、综合等方法找出金属的共性。
15、同时也让学生注意钠、铝、铁分别与氧气、与水的反应各不相同，它们之间存在差异。然后可以根据反应程度的差异总结出不同金属与氧气、与水反应的情况与金属活动性的关系，用金属的活动性来说明钠、铝、铁、铜的性质（金属的活泼性与金属的活动性是两个不同的概念，但在某些方面是一致的）。同时还要让学生了解铝能够与NaOH溶液反应，不是所有金属共同具有的性质，而是少数金属的特性。通过比较、归纳，使学生了解金属的一般化学性质和个性，从而对金属的化学性质有一个整体的认识。二、活动建议【实验3-1】切开金属钠前先观察钠的表面，以便与切后进行比较。切割金属钠在玻璃片上进行，切口处可观察到银白色光泽，暴露在空气中很快变暗。这
16、一实验不仅说明钠具有金属光泽，而且还说明钠质软。放置后钠表面变暗或久置生成一层厚的物质是氧化钠。观察钠的金属光泽还可以用以下方法：（1）取两支口径不同而长短适当的试管，一支试管较小，可以紧密地放到另一支试管里而不留下较多空隙。先在口径较大的试管里注入1 mL洁净的煤油，取金属钠一小块（黄豆大小），除去表面已经发生变化的部分，露出金属光泽，放入盛有煤油的试管里。在试管底部缓缓加热，等钠熔化后，插入较小口径的试管，把钠压挤在两个试管之间，成为一个薄层，钠的颜色和光泽就清楚地显现出来。然后在两支试管口间的缝隙涂上石蜡，以隔绝空气。这样可使钠的光泽在较长的时间内不致消失。（2）选取一根管壁较薄的玻璃管
17、，用布包裹着玻璃管像使用钻孔器一样，慢慢地钻入大的钠块里，使管中填有一段银白色的金属钠。用玻璃棒把钠推到管的中央，然后用蜡封好玻璃管的两端，样品可以长期保存和使用。实验现象：取出的金属钠表面有一灰黄色层，切开后的切口处露出银白色光泽。切口在空气中露置一会儿，会逐渐变暗。久置表面还会形成溶液，再变成白色粉末。【实验3-2】1.钠的燃烧实验在坩埚里进行比较规范。在石棉网上或蒸发皿里进行也比较安全，而且现象的能见度较大。如在火焰上方罩一个干燥的小烧杯，还可以看到烧杯壁上附着的淡黄色的Na2O2。2.做此实验时应注意，钠开始燃烧后立即撤掉酒精灯。实验现象：可观察到钠先熔化后燃烧，燃烧时火焰呈黄色，最后
18、留下的固体呈淡黄色。【实验3-3】1.钠与水的反应若在烧杯中进行，可让学生完成，但烧杯口上应盖一张塑料片，以防止钠反应时钠块或液体飞溅伤人。应提示学生观察反应时钠所处的部位、形态、钠球的运动和大小变化情况、周围水雾的产生和发出的响声，以及溶液的颜色变化等。如果教师演示，最好用玻璃水槽代替烧杯，用投影仪投影，以利于学生观察实验现象。2.可补充钠与水反应收集气体的实验，以验证反应生成的气体是氢气。实验现象：钠浮在水面，熔成小球并在液面上迅速游动；钠球周围有水雾，有时可能有火花，或伴有爆鸣声；钠球在反应中逐渐变小，最后消失；加有酚酞的溶液变成红色。【实验3-4】若要检验铝分别与盐酸、NaOH溶液反应
19、放出的气体是氢气，盐酸和NaOH溶液的浓度应稍偏大，如可用6 mol/L的盐酸和30%的NaOH溶液，要保证氢气产生的一定速率和一定数量。将点燃的木条放在试管口可观察到蓝色火焰，但不明亮，用爆鸣的检验方法成功率比较高。铝片不宜太纯。在反应中可观察到开始反应较慢，后来渐渐加快，这是因为开始时是铝表面的氧化膜先发生作用，氧化膜反应完以后才有H2产生，而且随着反应的进行，温度升高，反应速率也加快。实验现象：铝分别放入盐酸、NaOH溶液中有气泡产生，将点燃的木条放在试管口，可观察到蓝色火焰。【科学探究1】首先提出“铝与氧气能否反应”的问题，然后分析若能反应应控制的条件，如选铝块、铝条还是铝箔？需不需要
20、加热？再分别用未打磨的铝箔和已打磨的铝箔在火焰上加热。铝箔厚度要适当。太薄，用砂纸打磨除去氧化膜时难以操作或铝箔破损。打磨时用精细砂纸较易打磨。现象：将未打磨的铝箔在酒精灯火焰上加热，发现铝箔发红卷缩，变暗失去光泽，熔化不落下（表面有氧化膜，因此不能燃烧）。将已打磨的铝箔在酒精灯火焰上加热，发现铝箔也卷缩，变暗失去光泽，熔化不落下（打磨后铝箔表面又很快形成氧化膜，阻止了铝的燃烧）。可让学生讨论若要观察到铝的燃烧应采取哪些措施。例如，增大铝与空气（或火焰）的接触面，将铝粉撒到火焰上；提高反应的温度，即将铝箔略卷，尖端夹一根火柴，然后将火柴引燃，把火柴和铝箔一起伸入到氧气瓶中，均可观察到耀眼的白光
21、。【科学探究2】先让学生用生活中的事例说明铁不能与冷水或热水反应。再提出若继续提高温度能否进行反应等问题展开讨论（如将铁块烧红插入水中，或将铁粉与水蒸气在高温下反应等），逐渐引入到铁粉与水蒸气反应的主题。铁粉与水蒸气反应，应从水蒸气的产生、铁粉与水蒸气反应、反应产物的检验等环节讨论反应装置的设计（即导出原教材“铁与水蒸气反应”的实验装置，如图3-1，左。课堂上若演示一下更能调动学生学习的积极性，演示时反应要在喷灯加热的条件下进行，硬质玻璃管中的铁粉应与石棉绒混合）。在此基础上再提出，用三支试管如何改进反应装置，总结改进后的方案（如图3-1，右）。最后介绍教科书中的实验装置，讨论该装置各部分的作
22、用和装置的优点，然后用此装置进行演示。图 3-1 铁粉与水蒸气的反应装置教科书中介绍的是用一支试管完成铁粉与水蒸气反应的实验，试管底部塞有一团潮湿的棉花，在湿棉花左边放有铁粉，蒸发皿中放肥皂水（或在水中加几滴洗涤剂）。整套装置试管口应低于试管底。铁粉与湿棉花的距离可近一些，加热时用一盏酒精灯先后加热两处。反应产生的气体导入到肥皂水中吹成氢气泡，再用燃着的火柴去点燃，可发出爆鸣声。这一实验所用的时间短且很安全。演示该实验要注意：（1）铁粉不需要与石棉绒混合，因改用酒精灯加热，温度比用喷灯加热时低。（2）酒精灯应先在放湿棉花的位置上加热一会儿，待试管底部温度略高，且有部分水形成蒸气时，再将酒精灯移
23、至放铁粉的位置加热，可防止发生倒吸现象。（3）加热一会儿后再将导管插入到肥皂水中，最初插入时吹起的是空气泡。肥皂水不宜太稀，否则吹起的氢气泡太小，点燃时难以有较大的爆鸣声。（4）实验结束时，应先从肥皂水中撤出导管，再移去燃着的酒精灯。现象：加热时试管内铁粉红热，点燃肥皂泡可听到爆鸣声。【实践活动】1.让学生在课外用卡片的形式把提出的问题收集并汇总，然后分类。2.把学生的分类情况和自己选择研究、调查的问题的结果以书面形式上交。3.把结果张贴或在课堂上交流，教师对学生参加这次活动的情况要作出评价。问题举例： 金属都有光泽吗？铁块上的灰色是光泽吗？ 观察铁粉为什么看不见银白色光泽？ 哪些金属在自然界
24、中以游离态存在？实验室有单质金属钠，可以说钠在自然界以游离态存在吗？ 为什么有的金属只有一种化合价，而有的金属有多种化合价？ 铁有银白色光泽，为什么铁又称为黑色金属？ 铝的导电性比铜的差，为什么电力工业上常用铝做导线？（分类可以有不同的标准，如金属可按存在状态、密度、颜色、活泼性等分类，对学生提出的问题也可以用不同的标准进行分类。）三、问题交流【思考与交流】1.列举金属能发生哪些化学反应。围绕初中化学所学的金属与氧气的反应、金属与酸的反应和金属与一些盐溶液的反应，以及金属活动性顺序等知识，并结合生活中所观察到的现象展开讨论。2.图3-2四幅图分别是：铝丝与CuSO4溶液反应形成铜树、镁条燃烧、
25、铜丝与AgNO3溶液反应形成银树、镁条与盐酸反应。根据图3-2 有关金属化学性质的一些实验让学生讨论：镁条燃烧发生了什么反应？铜树、银树是怎样形成的？这些反应有什么特点？它们各属于什么反应类型？写出相应反应的化学方程式。四、习题参考1.在实验室里，应把金属钠保存在煤油里。这是由于钠很容易与空气或水反应，钠的密度比煤油的大，沉在煤油底部，煤油起到隔绝空气的作用。2Na+O2Na2O2 2Na+2H2O=2NaOH+H22.B3.B4.（1）3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2（2）2Al+6HCl=2AlCl3+3H2 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H25. 1 kg Mg
26、与1 kg Al分别与足量盐酸反应时，1 kg Al放出的H2多。（1 kg Mg与足量盐酸反应可放出83 g H2，1 kg Al 与足量盐酸反应可放出111 g H2。）设体积为1 000 cm3，则Mg的质量为1 738 g，约72.4 mol，反应可产生H2 144.8 g；Al的质量为2 700 g，约100 mol，反应可产生H2 300 g。所以相同体积的Mg、Al分别与足量盐酸反应，Al放出的H2多。（建议学生运用物质的量概念进行计算，并列出计算式。）6.建议从铝的矿产资源、铝的冶炼、铝燃烧放出的热量、铝燃烧的条件、燃烧容器等方面去考虑。7.建议教师帮助学生列表比较几种主要因素，再由学生查阅资料，填表比较、分析，最后得出结论。