4.2.1 金属单质（教学设计）-【中职专用】高中化学

主题四常见无机物及其应用第二节第1课时金属单质教案（教学设计）一．课程标准了解钠、铝、铁金属单质的主要性质，了解这些物质在生产、生活中的应用。二．教学目标1.通过辨识钠、铝、铁元素原子的核外电子排布情况，从微观角度出发：预测钠单质、铝单质、铁单质的化学性质，进一步强化“结构决定性质、性质反映结构”的观念；通过解析元素周期表中金属元素与非金属元素的分布图，从宏观角度出发，梳理金属单质的通性，构建“类别——价态”二维图模型，掌握钠单质、铝单质、铁单质的性质，初步构建研究物质性质的一般思路，发展宏观辨识与微观探析等化学学科核心素养。2.通过观察实验现象认识钠与水的反应、铝的两性，体会实验探究过程，初步养成利用实验研究物质性质的思路方法，丰富对物质特性的认识，完整掌握铝、铁单质的性质，完善研究物质性质的一般思路，感受全面科学看待问题的哲学观点，发展现象观察与规律认知的学科核心素养。3.结合生活实际，了解过氧化钠在制氧气方面的应用，铝及其合金材料的广泛应用，生活中常见常用的铁制品；了解金属材料对于人类生产生活的重大意义，理解资源循环利用的重要意义，增强环保意识，提高化学服务社会的责任意识，体会化学在人类社会文明进步中的巨大推动作用，发展科学态度与社会责任等化学学科核心素养。三．教学过程【导入新课】观察元素周期表中金属与非金属元素分布图，有哪些发现？金属元素占据元素周期表大约五分之四的比例【新课讲授】一.金属的通性1.金属的物理性质金属晶体中包含着中性原子、带有正电荷的金属阳离子和从金属原子上脱落下来的自由电子。这些电子不是固定在某一金属离子的附近，而是在晶体中自由地移动。依靠流动的自由电子，金属原子和金属阳离子相互连接在一起而形成金属晶体。金属的晶体结构（1）金属的颜色和光泽大多数金属呈银白色，少数金属呈其他颜色。例如，金呈黄色，铜呈紫红色。（2）金属的延展性金属具有不同程度的延展性，可以抽成细丝也可以压成薄片，例如，最细的白金丝直径不到0.2μm；最薄的金箔，厚度只有0.1μm。（3）金属的导电性和导热性大多数金属具有良好的导电性和导热性,导电性好的金属通常导热性也好，常见的几种金属按照导电和导热能力由大到小排列如下：

银、铜、金、铝、锌、铁、铂、锡、铅（4）金属的密度、硬度和熔点大多数金属的密度、硬度较大，熔点较高，但差别也较大。几种金属的的密度、硬度和熔点见下表金属铂金铜铁铝密度/(g·cm-3

)

21.4519.38.927.862.70硬度4.32.5342.9熔点/℃1774106210831535660（5）金属的分类黑色金属和有色金属：黑色金属通常是指铁、铬、锰及其合金，主要是铁碳合金；有色金属是指除去铁、铬、锰之外的所有金属重金属和轻金属：密度小于4.5g/cm3的叫轻金属（如钾、钠、钙、镁等）；密度大于4.5g/cm3的叫重金属（如锌、铅、镍等）常见金属和稀有金属：常见金属如铝、铁、铜等。自然界存在量较少的金属叫稀有金属（如锆、铌、钼等）2.金属的化学性质下图为钠、镁、铝的原子结构示意图，运用学过的原子结构知识，小组合作推测它们在化学反应中的电子得失情况、化学键形成及基本化学性质。钠、镁、铝原子结构示意图金属原子失去电子形成阳离子的性质称为金属性。多数金属元素在发生化学反应时，较容易失去电子。金属最主要的共同化学性质是都易失去电子变成金属阳离子而表现出还原性。由于金属失去电子的难易程度不同，因而其还原性的强弱也不相同，化学活动性因此会有较大差别。金属活动性由强到弱的顺序为：KCaNaMgAlMnZnCrFeCoNiSnPb（H）CuHgAgPtAu二.碱金属元素的代表——钠（一）钠的原子结构从钠的原子结构来看，原子最外电子层上只有1个电子，在化学反应中该电子很容易失去。因此钠的化学性质非常活泼，表现出很强的还原性。（结构决定性质）（二）钠的物理性质银白色，有金属光泽的固体，质地柔软，熔点低(小于100℃)，密度比水的小但比煤油的大。用镊子取一小块钠，用滤纸吸干表面的煤油，用小刀切去一端的外皮，观察钠的光泽和颜色，并注意新切开的钠表面发生的变化。现象：钠质地柔软，能用小刀切割，新切面呈银白色金属光泽，但很快变暗，原因是钠与氧气反应，在表面生成一薄层氧化物——氧化钠（Na2O）（三）钠的化学性质1.与非金属单质的反应（1）与O2反应=1\*GB3①常温，4Na＋O2=2Na2O=2\*GB3②加热，2Na＋O2eq\o(=,\s\up7(△))Na2O2（过氧化钠）切取绿豆大小的钠，在坩埚中加热，观察现象。先熔化成小球，后燃烧产生黄色火焰，生成淡黄色固体（过氧化钠）（2）与Cl2反应2Na＋Cl2eq\o(=,\s\up7(△))2NaCl(现象：剧烈燃烧，产生白烟)2.与水的反应实验探究：钠与水的反应烧杯中加入一些水，滴入几滴酚酞，加入绿豆大小的钠，观察现象。现象：浮——钠的密度比水小熔——钠的熔点低，该反应放热游——生成了气体，推动钠粒游动响——反应剧烈，产生气体红——生成了碱（NaOH）反应方程式：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑离子方程式：2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑【注意】金属钠着火时不能用水，也不能用泡沫灭火器，应用沙土盖灭。3.与酸的反应如和盐酸反应，2Na＋2HCl=2NaCl＋H2↑离子方程式：2Na＋2H＋=2Na＋＋H2↑【注意】钠和酸的反应比水更剧烈，在酸溶液中，钠先和酸反应，酸反应完后，过量的钠会和水继续反应。4.与盐溶液的反应与盐溶液反应时先与水反应，生成的碱与盐可能发生复分解反应。如CuSO4溶液，2Na＋2H2O＋CuSO4=Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑【注意】千万不能误解为钠更活泼，而置换出铜单质。（四）钠单质的制备和保存1.制备钠非常活泼，工业中通常采用电解法来制备，2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑2.保存钠易与空气中的O2、H2O反应，且钠的密度比煤油的密度大，不与煤油反应，故通常将钠保存在煤油中。（五）用途1．钠钾合金(液态)可用于原子反应堆的导热剂。2．用作电光源，制作高压钠灯。3．冶炼某些金属：金属钠具有强还原性，熔融状态下可以用于制取某些金属。如4Na＋TiCl4eq\o(=,\s\up7(熔融))4NaCl＋Ti。三.地壳中含量最多的金属元素——铝铝在地壳中的含量仅次于氧和硅，是地壳中含量最多的金属元素。1.铝是银白色的轻金属，密度为2.7g/cm3，熔点为660℃。延展性好，可以抽成细丝，也可压成薄片成为铝箔，用来包装胶卷、糖果等。铝的导电、导热性强，在工业上常用铝代替钢作导线、热交换器和散热材料等。铝有一定的耐腐蚀能力，且在粉末状态仍能保持原有的金属光泽，因而可用铝粉与某些油漆混合制成银白色的防锈油漆。铝还可以跟许多元素形成合金。因铝合金质轻而坚韧，它们在汽车、飞机、火箭等制造业以及日常生活中具有广泛的用途。2.铝的化学性质铝原子的最外电子层上有3个电子，在化学反应中很容易失去而形成+3价的阳离子，因此，铝具有较强的还原性。实验探究1：铝与氧的反应取一小片铝箔，用砂纸磨去表面的氧化膜，观察表面的颜色；在酒精灯点燃该铝箔，观察现象。磨去表面氧化膜的铝箔呈现银白色金属光泽，点燃时剧烈燃烧，发出耀眼的白光，且铝箔熔化，失去光泽，熔化的铝不滴落。实验探究2：铝与金属氧化物的反应观看铝热反应视频，记录现象，写出对应的反应方程式。铝和某些金属氧化物反应时，剧烈放热。放出的热量，能够把还原出来的金属熔化。通常把用铝从金属氧化物中置换金属的方法称为铝热法。工业上常用铝热法冶炼难熔的金属、焊接钢轨等。实验探究3：铝与酸和碱的反应在2支试管中分别加入5mL2mol/LHCl溶液、2mol/LNaOH溶液，再分别放入一小片铝片，观察现象；片刻后，将燃着的火柴分别放在2支试管口，观察现象。铝既能与酸反应，又能与碱作用，即Al具有两性性质。铝被誉为“带翼的金属”。作为世界上最大的铝生产国和消费国，我国的航空航天、船舶航母、动车组列车、机械制造以及日常生活等诸多领域中都有铝及其合金的身影。四.使用最多的基础金属材料——铁（一）铁的单质1.铁元素在自然界中的存在形态(1)人类最早使用的铁是来自太空的陨铁。陨铁中的铁以单质形态存在。(2)主要是以＋2价和＋3价化合物的形态存在于矿石中；铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位。(3)铁矿石的主要成分是Fe2O3，丹霞地貌的岩层因含Fe2O3而呈红色。2．铁的应用历史(1)我国在__春秋__初年就掌握了冶铁技术。__战国__中期以后，铁制工具在社会生产中发挥了巨大的作用。(2)现代工业炼铁的原理是用还原的方法把铁从铁矿石中提炼出来。化学方程式为3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2。3．物理性质纯净的铁是光亮的银白色金属，密度较大，熔点为1535℃，沸点为2750℃。纯铁的抗蚀力很强，它有良好的延展性、导热性和导电性，导电性比铜、铝差，能被磁铁吸引。（二）铁单质的化学性质1.与非金属单质反应(1)与O2反应点燃(化学方程式)：3Fe＋2O2eq\o(=,\s\up7(点燃))Fe3O4；现象：剧烈燃烧，火星四射。常温：铁在潮湿的空气中易被腐蚀，生成铁锈，其主要成分为Fe2O3·xH2O。(2)与Cl2反应(化学方程式)：2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up7(△))2FeCl3；现象：剧烈燃烧，棕红色烟。注意：铁在氯气中燃烧，只生成FeCl3，与反应物量比无关。(3)与S反应(化学方程式)：Fe＋Seq\o(=,\s\up7(△))FeS。氧化性：Cl2>S，铁与Cl2反应被氧化为＋3价，与S反应被氧化为＋2价。2.与水反应常温下，铁与水是不反应的。但高温下可与水蒸气反应(化学方程式)：3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2。实验装置操作现象用火柴点燃肥皂液，听到__爆鸣__声，证明生成了__H2__实验中湿棉花的作用是提供水蒸气。实验结论在高温下，铁能与水蒸气反应生成H2，化学方程式为__3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2__。3.与酸反应与非氧化性酸，如盐酸、稀硫酸反应的离子方程式：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。4.与盐溶液反应(1)置换反应与CuSO4溶液反应(离子方程式)：Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu。(2)与FeCl3溶液反应(离子方程式)：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋。【总结】在一定条件下，铁作为还原剂能与某些非金属单质、酸和盐溶液反应。(1)铁与氧化性较弱的氧化剂(如盐酸、硫酸铜等)反应，铁原子失去2个电子生成＋2价铁的化合物。(2)铁与氧化性较强的氧化剂(如氯气等)反应，铁原子则失去3个电子生成＋3价铁的化合物。(3)红热的铁能与水蒸气发生反应，生成四氧