第二节 金属材料教学设计高中化学人教版2019必修第一册-人教版2019

第二节金属材料教学设计高中化学人教版2019必修第一册-人教版2019授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间教学内容一、教学内容人教版2019必修第一册第二节“金属材料”，内容包括：金属的物理性质（颜色、密度、熔点、导电导热性，如铁银白色、铝导电性强）；合金的定义（金属与金属或非金属熔合而成）及特性（硬度大、熔点低、耐腐蚀，如钢比生铁韧性好）；常见合金（铁合金：生铁、钢；铝合金：硬铝；铜合金：黄铜）；金属材料的选择与应用（考虑性质、用途、资源、环境等因素）。核心素养目标分析二、核心素养目标分析通过金属物理性质与合金特性的探究，发展宏观辨识与微观探析能力，建立物质性质与结构的联系；基于常见合金成分与性能的关系，提升证据推理与模型认知水平，理解材料改性的原理；结合金属材料选择与应用实例，强化科学态度与社会责任意识，认识化学在材料可持续发展中的作用。教学难点与重点三、教学难点与重点1.教学重点：金属的物理性质（颜色、密度、熔点、导电导热性）及应用实例，如铝的导电性用于导线；合金的定义（金属与金属或非金属熔合而成）及其特性（硬度大、熔点低、耐腐蚀），如钢比生铁韧性好；常见合金的分类（铁合金、铝合金、铜合金）及典型应用，如硬铝用于飞机机身。2.教学难点：合金成分与性能的关系，如不锈钢中加入铬、镍元素如何提升耐腐蚀性，学生难以理解微观原子排列对宏观性能的影响；金属材料选择的综合因素，如从性质、用途、资源、环境等多角度分析为何选用钛合金作为航天材料，学生易忽略多因素协同作用。教学方法与手段四、教学方法与手段1.讲授法，系统讲解金属物理性质及合金定义与特性；2.讨论法，围绕常见合金应用案例（如钢与生铁性能差异）开展小组讨论；3.实验法，演示纯铝与硬铝硬度对比实验，直观感受合金改性效果。1.多媒体播放合金在航空航天、建筑领域的应用视频；2.互动课件动态展示合金成分与性能的关系模型；3.实物展示铁合金、铜合金样品，增强感性认识。教学过程1.导入（约5分钟）

激发兴趣：展示高铁列车车体图片，提问：“为什么高铁车体不用纯铁而用铝合金？”引发学生对金属材料选择的思考。

回顾旧知：回顾金属的物理通性（导电性、导热性、延展性）及金属活动性顺序，强调金属在工业中的基础作用。

2.新课呈现（约25分钟）

讲解新知：

（1）金属的物理性质：结合教材表格，系统讲解金属的颜色（如铁银白色、铜紫红色）、密度（铝轻、铅重）、熔点（钨高、汞低）、导电导热性（银最优）及延展性（金展性最好），强调性质差异是材料选择的基础。

（2）合金的定义与特性：明确合金是金属与金属（或非金属）熔合而成的具有金属特性的物质，对比纯铁与钢（含碳量不同）的硬度、韧性差异，解释合金“硬度大、熔点低、耐腐蚀”的特性（如不锈钢中铬元素抗锈蚀）。

（3）常见合金分类：按成分分类讲解铁合金（生铁含碳2%~4.3%、钢含碳0.03%~2%）、铝合金（硬铝含铜镁硅）、铜合金（黄铜含锌锡），结合教材图示说明其典型应用（如硬铝用于飞机、黄铜用于乐器）。

举例说明：

①比较纯铝与硬铝的硬度：展示铝箔可折叠变形，而硬铝制品不易弯折，说明合金改性原理。

②分析自行车链条材料：解释为何选用钢而非纯铁（钢的强度高、耐磨性好）。

互动探究：

①小组讨论：“为何炊具常用铝合金而非纯铝？”引导学生结合熔点、耐腐蚀性分析。

②模拟实验：用砂纸打磨生铁和钢样品，观察铁屑脱落量差异，理解含碳量对脆性的影响。

3.巩固练习（约10分钟）

学生活动：

①完成教材P80“思考与讨论”：分析钛合金作为航天材料的原因（轻质、高强度、耐高温），从性质、资源、环境三方面撰写简答。

②辨析题：判断“合金中一定含金属元素”“合金熔点必低于组分金属”等说法的正误，说明理由。

教师指导：巡视学生答题情况，针对“合金成分与性能关系”的误区（如认为合金硬度一定高于纯金属）进行点拨，强调成分比例决定性能。

4.课堂小结（约3分钟）

师生共同梳理知识框架：金属物理性质→合金特性→常见合金应用→材料选择原则，强调化学学科视角下“结构决定性质，性质决定用途”的核心思想。

5.作业布置

（1）绘制思维导图：对比生铁、钢、硬铝的成分、性能及用途。

（2）实践调研：记录家中三种金属材料制品（如不锈钢锅、铝合金门窗、铜制水龙头），分析其选用原因。

（3）拓展阅读：查阅“形状记忆合金”在医疗领域的应用，撰写100字简报。教学资源拓展1.拓展资源

（1）金属材料的分类与发展：按金属元素性质分为黑色金属（铁、锰、铬及合金）和有色金属（除铁锰铬外的金属及其合金），有色金属又轻金属（铝、镁）、重金属（铜、铅）、贵金属（金、银）、稀有金属（钛、钨）等。人类使用金属的历史从青铜时代（铜锡合金）到铁器时代，再到现代合金材料，体现了材料科学的进步。

（2）金属物理性质的深入数据：常见金属熔点（钨3410℃、铁1538℃、铝660℃、汞-39℃）、密度（金19.3g/cm³、铅11.3g/cm³、铝2.7g/cm³）、导电性（银100%、铜97%、铝61%，以银为100%基准），这些数据解释了为何钨用于灯丝、铝用于导线。

（3）合金成分与性能的精确关系：铁合金中含碳量决定性能，生铁（2%~4.3%C）硬而脆，钢（0.03%~2%C）韧性好；不锈钢含18%Cr、8%Ni，形成致密氧化膜抗锈蚀；硬铝含Cu2.2%~5.3%、Mg0.2%~0.8%、Si≤0.5%，通过固溶强化提高强度，密度仅2.8g/cm³，适用于飞机机身。

（4）特殊合金的应用案例：钛合金（Ti-6Al-4V）具有高强度（比钢高）、耐腐蚀、生物相容性，用于航空发动机叶片、人工关节；非晶合金（铁基、锆基）无原子序，硬度高、耐腐蚀，用于变压器铁芯降低能耗；高温合金（镍基、钴基）在1000℃以上保持强度，用于燃气轮机叶片。

（5）金属材料与环境的关系：钢铁回收利用可减少90%能耗，铝回收节能95%，全球每年回收钢5亿吨、铝3000万吨；金属腐蚀与防护（如镀锌、牺牲阳极法）结合教材“耐腐蚀”特性，解释延长金属材料寿命的方法。

2.拓展建议

（1）实验探究活动：用砂纸打磨纯铝片和硬铝片，观察划痕差异，感受合金硬度变化；用酒精灯加热铝箔和铁丝，对比熔点（铝熔化后表面形成氧化膜不滴落，铁熔化成球），理解金属物理性质差异；用食醋浸泡铁钉和不锈钢钉，24小时后观察锈蚀情况，验证不锈钢的耐腐蚀性。

（2）生活调查实践：记录家中5种金属材料制品（如不锈钢锅、铝合金门窗、铜制水龙头、铁质衣架、锌干电池外壳），查阅资料或观察标识确定材质，分析其选用原因（如锅具用不锈钢因耐腐蚀、易清洁；门窗用铝合金因轻质、耐候）；走访五金店，观察不同规格的铁钉（含碳量不同）的硬度差异，用手弯折感受生铁脆、钢韧的特点。

（3）科普阅读与资料整理：阅读《金属的世界》《材料与人》等书籍，梳理金属材料从天然金属到合金的发展历程，撰写“金属材料改变人类生活”小报告；收集“中国天眼”FAST反射面（铝合金）、“复兴号”车身（铝合金）、蛟龙号耐压壳（钛合金）等案例，分析金属材料在国家重大工程中的作用，结合教材“材料选择因素”撰写分析短文。

（4）跨学科知识链接：结合物理中的“导电性”知识，设计实验比较铜、铝、铁的导电能力（用同样长度、粗细的导线连接相同电路，观察灯泡亮度差异）；结合地理中的“矿产资源分布”，了解中国铁、铝、铜矿的储量与分布，讨论“资源稀缺性对金属材料选择的影响”，强化“社会责任”素养。

（5）创新思维训练：假设你是材料工程师，为“南极科考站”设计建筑材料，需考虑低温（-50℃）、强风、耐腐蚀等因素，从铁合金、铝合金、钛合金中选择并说明理由；设计实验方案验证“合金熔点低于组分金属”（用纯锡和焊锡（锡铅合金）加热，观察熔化温度差异），培养“科学探究”能力。课堂小结，当堂检测课堂小结：本节课系统学习了金属的物理性质（颜色、密度、熔点、导电导热性）及其应用差异，重点掌握合金的定义（金属与非金属熔合而成）及特性（硬度大、熔点低、耐腐蚀），通过生铁与钢、硬铝等典型合金的成分对比，理解合金改性的原理。明确常见合金分类（铁合金、铝合金、铜合金）及典型用途，建立“结构决定性质，性质决定用途”的学科思维，强化材料选择需综合考量性质、资源、环境等因素的实践意识。

当堂检测：

1.选择题

（1）下列关于金属物理性质的描述，正确的是（）

A.所有金属均为银白色

B.铝的导电性优于铜

C.钨的熔点高于铁

D.汞的密度大于金

（2）钢比生铁韧性好的主要原因是（）

A.含碳量更低（0.03%~2%）

B.添加了铬、镍元素

C.原子排列更规整

D.含有更多非金属杂质

2.简答题

（1）为何炊具常用铝合金而非纯铝？请结合熔点、耐腐蚀性分析。

（2）钛合金作为航天材料，需满足哪些性质要求？从课本知识角度列举两点。

3.辨析题

判断下列说法是否正确，并说明理由：

“合金熔点一定低于其组分金属的熔点。”板书设计①金属的物理性质

颜色：铁银白色、铜紫红色、金黄色

密度：铝（2.7g/cm³）轻、铅（11.3g/cm³）重

熔点：钨（3410℃）高、汞（-39℃）低

导电导热性：银最优、铝次之、铁较差

延展性：金最好、铁次之

②合金定义与特性

定义：金