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化学必修 第一册第二节 金属材料第1课时教案设计
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这是一份化学必修 第一册第二节 金属材料第1课时教案设计，共8页。教案主要包含了教学重点，教学难点，新课讲解，思维启迪，思考讨论等内容，欢迎下载使用。
《金属材料》教案
第1课时
教材教材分析
本节教学内容是人教版高中化学必修1第三章《铁 金属材料》第二节《金属材料》的第1课时。该部分的教学内容涉及到金属材料中铁、铝合金的类型、特点，本节安排了“铁合金”和“物铝和铝合金”这两部分内容，是第三章第二节中开篇的知识点，引入了有关合金的相关概念和知识点。通过学习这部分知识，学生将熟练掌握区分单一金属和合金的方法；学习并掌握不同铁合金的种类及相关特性；学习并掌握单一金属铝以及不同铝合金的种类及相关特性；学习两性氧化物的概念及相关特性。通过本节内容的学习，学生将明确从单一金属到合金，金属性质的改变，由此得到启发：合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。
教学目标
宏观辨识与微观探析：从宏观上学习不同合金的类型、用途，从微观上辨析单一金属、合金的区别与共同点，体会微观粒子的变化对宏观物质的性质的影响。
证据推理与模型认知：通过物质分类的基本模型，理解通单一金属、合金的异同，通过结合理论与实际感知化学学习的魅力，为后续的化学知识的学习奠定坚实的方法基础。
科学探究与创新意识：熟悉不同铁合金、铝合金的类型和用途，了解两性氧化物的概念，熟练掌握合金性能的调节方法，体会化学研究过程中的科学方法。
科学精神与社会责任：通过对不同合金性能调节方法的理解，掌握合金与单一金属的异同，建立高效学习的科学精神。
重点难点
【教学重点】
1.熟悉不同铁合金的相关特性；
2.熟悉金属铝以及不同铝合金的相关特性；
3.分析单一金属到合金性能的调节方法；
4.学习两性氧化物的基本概念和相关特性。
【教学难点】
学习两性氧化物的基本概念和相关特性。
教学过程
一、导入新课
【讲述】金属材料包括纯金属和它们的合金。日常使用的金属材料，大多属于合金。这是为什么？（展示图片：钛合金移动门和铝合金落水管）
【提问】合金具有优良的物理、化学和机械性能，如合金的硬度、熔点不同于其成分金属，可以满足不同的需要。为什么合金的性能和纯金属有很大差异？（展示图片）
【讲解】合金的性能与纯金属有很大的差异是因为在纯金属内加入其他元素形成合金以后，结构发生了变化。
在纯金属内，所有原子的大小和形状都是相同的，原子的排列十分规整；加入或大或小的其他元素的原子后，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，导致合金的硬度变大。
纯金属与合金的结构比较：
纯金属内原子的排列十分规整
合金内原子层之间的相对滑动变得困难
【讲解】合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。因此，尽管目前已经制得的纯金属只有80多种，但由这些纯金属（或金属与非金属）制得的合金已达数千种，大大扩展了金属材料的使用范围和价值。（展示图片）
二、讲授新课
【新课讲解】铁合金
【讲解】铁合金分为生铁和钢。生铁的含碳量为2%~4.3%，硬度大、抗压、性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料；钢的含碳量为0.03%~2%，延展性好、机械性能好、可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具。
【讲解】由于含碳量不同，钢和生铁在性能上有很大差异，用途也有很大差别。例如：防盗门是钢做的，如果是铁制的就会边软，一碰就碎，还容易生锈。
【新课讲解】钢
【讲解】钢是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分可以分为两类：碳素钢和合金钢。
碳素钢根据含碳量高低可以分为低碳钢（含碳量低于0.3%）、中碳钢（含碳量介于0.3%—0.6%）和高碳钢（含碳量高于0.6%）。其中低碳钢的韧性、焊接性好，强度低，常用于制造钢板、铁丝和钢管等；中碳钢的强度高，韧性和加工性好，常用于制造钢轨、车轮和建材等；高碳钢的硬而脆，热处理后弹性好，常用于制造器械、弹簧和刀具等。
【新课讲解】合金钢
【讲解】合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量加入一种或多种合金元素，使钢的组织结构发生变化。合金钢具有各种特殊性能，如强度，硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等。
不锈钢是最常见的一种合金钢，它的合金元素主要是铬(Cr)和镍(Ni)。常用的不锈钢中含Cr 18%、含Ni 8%。不锈钢在大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力。生活中常见的医疗器材、厨房用具和餐具等，很多都是用不锈钢制造的；有些地铁列车的车体材质也是不锈钢。
【思维启迪】钢中合金元素的主要作用
【思考讨论】在碳素钢中，由于含碳量不同，高碳钢、中碳钢和低碳钢的性能有很大差异；向碳素钢中加入不同的合金元素，可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示？
答案：启示1：合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节；启示2：科学研究需要以大量的实验为依据，通过实验研究，研制出具有不同性能的合金材料，制成不同的产品，为生活增添便利；启示3：科学研究需要有热爱科学的思想和奉献科学的精神。
【新课讲解】2017年8月24日，我国宣布已经成功完成某种性能优异的超级钢的研制。我国研制的这种超级钢具有优异的强度和延展性的结合。这种超级钢中含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%，这种合金配方低廉，强度很大。可运用于汽车、航空和航天等领域的轻量化发展，不仅可以节约材料，还可以降低能源消耗和减少环境污染等。
【新课讲解】铝
【讲解】铝是地壳中含量最多的金属元素。铝是一种活泼金属，在常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜。人们日常用的铝制品通常都是由铝合金制造的，其表面总是覆盖着致密的氧化铝薄膜，这层膜起着保护内部金属的作用。
空气中，铝的表面自然形成的氧化膜很薄，耐磨性和抗蚀性还不够强。为了使铝制品适应于不同的用途，常采用化学方法对铝的表面进行处理，如增加膜的厚度，对氧化膜进行着色等。例如，化学氧化（用铬酸作氧化剂）可以使氧化膜产生美丽的颜色。
【思考讨论】在一支试管中加入5mL盐酸，再向试管中放入一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到什么现象？
答案：试管内有大量的气泡生成，用燃着的木条放在试管口，有爆鸣声（说明有氢气生成）。
【思考讨论】教师：其中涉及到的化学方程式有哪些？
答案：Al2O3 + 6HCl —— 2AlCl3 + 3H2O
2Al + 6HCl —— 2AlCl3 + 3H2↑
【思考讨论】教师：在两支试管中分别加入少量的NaOH溶液，然后向其中一支试管放入一小块铝片，向另一支试管中放入用砂纸仔细打磨过的一小块铝片。
过一段时间后，将点燃的木条分别放在两支试管口，你观察到什么现象？
答案：可以看到，放入打磨过铝片的试管中立即产生气泡；而放入未打磨的铝片的试管中开始没有气泡，一段时间后才产生气泡。两支试管均放出一种可燃性气体——氢气。
【思考讨论】其中涉及到的化学方程式有哪些？注：NaAlO2名为偏铝酸钠
答案：2Al + 2NaOH + 2H2O —— 2NaAlO2 + 3H2↑
Al2O3 + 2NaOH —— 2NaAlO2 + H2O
【新课讲解】两性氧化物
【讲解】像Al2O3这类既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，叫做两性氧化物。
和酸反应：Al2O3 + 6HCl —— 2AlCl3 + 3H2O
和碱反应：Al2O3 + 2NaOH —— 2NaAlO2 + H2O
注：由于Al和Al2O3均能与酸、碱反应，因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物。
【思维启迪】纯铝的硬度和强度较小，不适合制造机器零件等。向铝中加入少量的合金元素，如Cu、Mg、Si、Mn及稀土元素等，可制成铝合金。
铝合金是目前用途广泛的合金之一。例如，硬铝中含Cu 4%、Mg 0.5%、Mn 0.5%、Si 0.7%，它的密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
三、课堂练习
1.填写下列横线
生铁和钢是含碳量不同的两种________。_____的含碳量为2%~4.3%，____的含碳量为0.03%~2%。______硬度大、抗压，性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料；____具有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具。
____是地壳中含量最多的金属元素。铝是一种活泼金属，常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的___________ 。
【解析】生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。生铁的含碳量为2%-4.3%，钢的含碳量为0.03%-2%。生铁硬度大、抗压，性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料；钢具有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具。
铝是地壳中含量最多的金属元素。铝是一种活泼金属，常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜。
2.铁是人类较早使用的金属之一。根据相关报道，当前已经能冶炼出纯度较高的铁。你估计这种“纯铁”不会具有的性质是( )
A.硬度比生铁低
B.熔沸点比生铁高
C.能与Fe2(SO4)3溶液反应
D.不能与盐酸反应
【解析】依据题目描述，可以认为“纯铁”为纯净物，与生铁(合金)相比，硬度小，熔沸点高。同时它具有单质铁的化学性质，可以和3价铁离子反应发生氧化还原反应，可以和盐酸发生置换反应。选项A中，硬度比生铁低，故A错误；选项B中，熔沸点比生铁高，故B错误；选项C中，能与Fe2(SO4)3溶液反应 ，故C错误；选项D中，不能与盐酸反应，故D正确。因此选D。
3.下列关于合金的说法中，正确的是( )
A．合金的熔点一定比各成分金属的低
B．在我国使用最早的合金是钢
C．生铁的含碳量为0.03%-2%
D．Al2O3是两性氧化物
【解析】选项A中，合金的熔点一般比组成合金的各成分金属低，但不是一定比各成分金属低，故A错误；选项B中，我国最早使用的合金是青铜器，故B错误；选项C中，生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。生铁的含碳量为2%~4.3%，钢的含碳量为0.03%~2%，故C错误；选项D中，像Al2O3这类既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，叫做两性氧化物，故D正确。因此选D。
4.只含有下列成分的物质一定不是合金的是( )
A．Fe、C
B．Cu、Zn
C．Al、Cu
D．C、Si
【解析】合金中至少有一种成分为金属，其他成分可以是金属，也可以是非金属，D选项中的两种成分都是非金属，因此选D。
四、课堂小结
铁合金：铁合金分为生铁和钢。生铁的含碳量为2%~4.3%，硬度大、抗压、性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料；钢的含碳量为0.03%~2%，延展性好、机械性能好、可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具。
钢的分类：钢是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分可以分为两类：碳素钢和合金钢。
铝：铝是地壳中含量最多的金属元素。铝是一种活泼金属，在常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜。
两性氧化物：像Al2O3这类既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，叫做两性氧化物。
板书设计
《金属材料》教案
第1课时
教材教材分析
本节教学内容是人教版高中化学必修1第三章《铁 金属材料》第二节《金属材料》的第1课时。该部分的教学内容涉及到金属材料中铁、铝合金的类型、特点，本节安排了“铁合金”和“物铝和铝合金”这两部分内容，是第三章第二节中开篇的知识点，引入了有关合金的相关概念和知识点。通过学习这部分知识，学生将熟练掌握区分单一金属和合金的方法；学习并掌握不同铁合金的种类及相关特性；学习并掌握单一金属铝以及不同铝合金的种类及相关特性；学习两性氧化物的概念及相关特性。通过本节内容的学习，学生将明确从单一金属到合金，金属性质的改变，由此得到启发：合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。
教学目标
宏观辨识与微观探析：从宏观上学习不同合金的类型、用途，从微观上辨析单一金属、合金的区别与共同点，体会微观粒子的变化对宏观物质的性质的影响。
证据推理与模型认知：通过物质分类的基本模型，理解通单一金属、合金的异同，通过结合理论与实际感知化学学习的魅力，为后续的化学知识的学习奠定坚实的方法基础。
科学探究与创新意识：熟悉不同铁合金、铝合金的类型和用途，了解两性氧化物的概念，熟练掌握合金性能的调节方法，体会化学研究过程中的科学方法。
科学精神与社会责任：通过对不同合金性能调节方法的理解，掌握合金与单一金属的异同，建立高效学习的科学精神。
重点难点
【教学重点】
1.熟悉不同铁合金的相关特性；
2.熟悉金属铝以及不同铝合金的相关特性；
3.分析单一金属到合金性能的调节方法；
4.学习两性氧化物的基本概念和相关特性。
【教学难点】
学习两性氧化物的基本概念和相关特性。
教学过程
一、导入新课
【讲述】金属材料包括纯金属和它们的合金。日常使用的金属材料，大多属于合金。这是为什么？（展示图片：钛合金移动门和铝合金落水管）
【提问】合金具有优良的物理、化学和机械性能，如合金的硬度、熔点不同于其成分金属，可以满足不同的需要。为什么合金的性能和纯金属有很大差异？（展示图片）
【讲解】合金的性能与纯金属有很大的差异是因为在纯金属内加入其他元素形成合金以后，结构发生了变化。
在纯金属内，所有原子的大小和形状都是相同的，原子的排列十分规整；加入或大或小的其他元素的原子后，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，导致合金的硬度变大。
纯金属与合金的结构比较：
纯金属内原子的排列十分规整
合金内原子层之间的相对滑动变得困难
【讲解】合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。因此，尽管目前已经制得的纯金属只有80多种，但由这些纯金属（或金属与非金属）制得的合金已达数千种，大大扩展了金属材料的使用范围和价值。（展示图片）
二、讲授新课
【新课讲解】铁合金
【讲解】铁合金分为生铁和钢。生铁的含碳量为2%~4.3%，硬度大、抗压、性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料；钢的含碳量为0.03%~2%，延展性好、机械性能好、可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具。
【讲解】由于含碳量不同，钢和生铁在性能上有很大差异，用途也有很大差别。例如：防盗门是钢做的，如果是铁制的就会边软，一碰就碎，还容易生锈。
【新课讲解】钢
【讲解】钢是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分可以分为两类：碳素钢和合金钢。
碳素钢根据含碳量高低可以分为低碳钢（含碳量低于0.3%）、中碳钢（含碳量介于0.3%—0.6%）和高碳钢（含碳量高于0.6%）。其中低碳钢的韧性、焊接性好，强度低，常用于制造钢板、铁丝和钢管等；中碳钢的强度高，韧性和加工性好，常用于制造钢轨、车轮和建材等；高碳钢的硬而脆，热处理后弹性好，常用于制造器械、弹簧和刀具等。
【新课讲解】合金钢
【讲解】合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量加入一种或多种合金元素，使钢的组织结构发生变化。合金钢具有各种特殊性能，如强度，硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等。
不锈钢是最常见的一种合金钢，它的合金元素主要是铬(Cr)和镍(Ni)。常用的不锈钢中含Cr 18%、含Ni 8%。不锈钢在大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力。生活中常见的医疗器材、厨房用具和餐具等，很多都是用不锈钢制造的；有些地铁列车的车体材质也是不锈钢。
【思维启迪】钢中合金元素的主要作用
【思考讨论】在碳素钢中，由于含碳量不同，高碳钢、中碳钢和低碳钢的性能有很大差异；向碳素钢中加入不同的合金元素，可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示？
答案：启示1：合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节；启示2：科学研究需要以大量的实验为依据，通过实验研究，研制出具有不同性能的合金材料，制成不同的产品，为生活增添便利；启示3：科学研究需要有热爱科学的思想和奉献科学的精神。
【新课讲解】2017年8月24日，我国宣布已经成功完成某种性能优异的超级钢的研制。我国研制的这种超级钢具有优异的强度和延展性的结合。这种超级钢中含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%，这种合金配方低廉，强度很大。可运用于汽车、航空和航天等领域的轻量化发展，不仅可以节约材料，还可以降低能源消耗和减少环境污染等。
【新课讲解】铝
【讲解】铝是地壳中含量最多的金属元素。铝是一种活泼金属，在常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜。人们日常用的铝制品通常都是由铝合金制造的，其表面总是覆盖着致密的氧化铝薄膜，这层膜起着保护内部金属的作用。
空气中，铝的表面自然形成的氧化膜很薄，耐磨性和抗蚀性还不够强。为了使铝制品适应于不同的用途，常采用化学方法对铝的表面进行处理，如增加膜的厚度，对氧化膜进行着色等。例如，化学氧化（用铬酸作氧化剂）可以使氧化膜产生美丽的颜色。
【思考讨论】在一支试管中加入5mL盐酸，再向试管中放入一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到什么现象？
答案：试管内有大量的气泡生成，用燃着的木条放在试管口，有爆鸣声（说明有氢气生成）。
【思考讨论】教师：其中涉及到的化学方程式有哪些？
答案：Al2O3 + 6HCl —— 2AlCl3 + 3H2O
2Al + 6HCl —— 2AlCl3 + 3H2↑
【思考讨论】教师：在两支试管中分别加入少量的NaOH溶液，然后向其中一支试管放入一小块铝片，向另一支试管中放入用砂纸仔细打磨过的一小块铝片。
过一段时间后，将点燃的木条分别放在两支试管口，你观察到什么现象？
答案：可以看到，放入打磨过铝片的试管中立即产生气泡；而放入未打磨的铝片的试管中开始没有气泡，一段时间后才产生气泡。两支试管均放出一种可燃性气体——氢气。
【思考讨论】其中涉及到的化学方程式有哪些？注：NaAlO2名为偏铝酸钠
答案：2Al + 2NaOH + 2H2O —— 2NaAlO2 + 3H2↑
Al2O3 + 2NaOH —— 2NaAlO2 + H2O
【新课讲解】两性氧化物
【讲解】像Al2O3这类既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，叫做两性氧化物。
和酸反应：Al2O3 + 6HCl —— 2AlCl3 + 3H2O
和碱反应：Al2O3 + 2NaOH —— 2NaAlO2 + H2O
注：由于Al和Al2O3均能与酸、碱反应，因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物。
【思维启迪】纯铝的硬度和强度较小，不适合制造机器零件等。向铝中加入少量的合金元素，如Cu、Mg、Si、Mn及稀土元素等，可制成铝合金。
铝合金是目前用途广泛的合金之一。例如，硬铝中含Cu 4%、Mg 0.5%、Mn 0.5%、Si 0.7%，它的密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
三、课堂练习
1.填写下列横线
生铁和钢是含碳量不同的两种________。_____的含碳量为2%~4.3%，____的含碳量为0.03%~2%。______硬度大、抗压，性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料；____具有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具。
____是地壳中含量最多的金属元素。铝是一种活泼金属，常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的___________ 。
【解析】生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。生铁的含碳量为2%-4.3%，钢的含碳量为0.03%-2%。生铁硬度大、抗压，性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料；钢具有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具。
铝是地壳中含量最多的金属元素。铝是一种活泼金属，常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜。
2.铁是人类较早使用的金属之一。根据相关报道，当前已经能冶炼出纯度较高的铁。你估计这种“纯铁”不会具有的性质是( )
A.硬度比生铁低
B.熔沸点比生铁高
C.能与Fe2(SO4)3溶液反应
D.不能与盐酸反应
【解析】依据题目描述，可以认为“纯铁”为纯净物，与生铁(合金)相比，硬度小，熔沸点高。同时它具有单质铁的化学性质，可以和3价铁离子反应发生氧化还原反应，可以和盐酸发生置换反应。选项A中，硬度比生铁低，故A错误；选项B中，熔沸点比生铁高，故B错误；选项C中，能与Fe2(SO4)3溶液反应 ，故C错误；选项D中，不能与盐酸反应，故D正确。因此选D。
3.下列关于合金的说法中，正确的是( )
A．合金的熔点一定比各成分金属的低
B．在我国使用最早的合金是钢
C．生铁的含碳量为0.03%-2%
D．Al2O3是两性氧化物
【解析】选项A中，合金的熔点一般比组成合金的各成分金属低，但不是一定比各成分金属低，故A错误；选项B中，我国最早使用的合金是青铜器，故B错误；选项C中，生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。生铁的含碳量为2%~4.3%，钢的含碳量为0.03%~2%，故C错误；选项D中，像Al2O3这类既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，叫做两性氧化物，故D正确。因此选D。
4.只含有下列成分的物质一定不是合金的是( )
A．Fe、C
B．Cu、Zn
C．Al、Cu
D．C、Si
【解析】合金中至少有一种成分为金属，其他成分可以是金属，也可以是非金属，D选项中的两种成分都是非金属，因此选D。
四、课堂小结
铁合金：铁合金分为生铁和钢。生铁的含碳量为2%~4.3%，硬度大、抗压、性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料；钢的含碳量为0.03%~2%，延展性好、机械性能好、可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具。
钢的分类：钢是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分可以分为两类：碳素钢和合金钢。
铝：铝是地壳中含量最多的金属元素。铝是一种活泼金属，在常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜。
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