3.2 金属材料 教学设计 2025-2026学年高一上学期化学人教版必修第一册

第二节 金属材料 课程：高中化学 教材：高中化学人教版（2019）必修第一册 章节：第二节 金属材料 教材分析 本节“金属材料——合金”是高中化学必修课程中元素化合物知识的重要组成部分，承接了金属及其化合物的性质学习，为后续过渡到材料科学的应用领域奠定基础。学完钠、铝、铁等单质及其化合物的性质后，学生通过本节内容建立起从“单一金属”到“合金材料”的认知进阶，理解结构决定性质、性质决定用途的化学思想，同时培养宏观辨识与微观探析相结合的思维能力。教材先以日常生活中广泛使用的合金引入，激发兴趣，再从铁合金、铝合金到新型合金层层展开，结合图3-13展示纯金属与合金原子排列差异，直观解释合金硬度增大的原因，帮助学生理解结构与性能的关系。通过实验3-4和3-5对比铝与酸、碱的反应现象，引出氧化铝的两性及铝制品使用限制，强化性质与实际应用的联系。化学方程式如和的书写让学生体会反应本质。学生常在理解合金中“成分与结构变化如何影响性能”上遇到困难，尤其对储氢合金吸放氢的可逆过程和钛合金高温性能的应用背景缺乏直观感受，需借助图3-19至图3-21等真实情境素材增强认知。 学情分析 学生已经学习了金属的物理性质和化学性质，掌握了常见金属如铁、铝的反应特性，并通过离子反应和氧化还原反应的学习，理解了物质变化的微观本质，具备了一定的化学方程式书写与计算能力。本节内容在此基础上引入合金的概念，从结构决定性质的角度解释合金性能优于纯金属的原因，涉及铁合金、铝合金及新型合金的应用，同时结合化学方程式进行物质的量的相关计算。该阶段学生具备初步的逻辑思维和抽象理解能力，能接受微观模型解释，如图3-13所示的原子排列差异对硬度的影响，但在将宏观性能差异与微观结构变化建立联系时仍存在困难，尤其对“原子层滑动受阻”等空间概念理解较为模糊。学生在理解铝的两性性质时，容易混淆与酸、碱反应的产物，对的书写和命名不熟悉，且在物质的量应用于化学方程式的计算中，易忽略计量数之比等于物质的量之比的核心关系，导致计算错误。此外，储氢合金、形状记忆合金等新型材料涉及跨学科知识，学生缺乏背景经验，影响深入理解。 教学目标 知识目标 1. 通过阅读教材和分析实例，解释合金性能与纯金属不同的原因，能列举常见合金的种类及用途。 2. 依据实验现象和化学方程式，掌握铝、氧化铝与酸、碱反应的化学方程式的书写及反应实质。 核心素养 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识不同合金的性能特点及铝、氧化铝与酸、碱反应的现象，从微观角度理解合金性能差异的结构原因以及铝、氧化铝反应的微粒变化。 2. 科学探究与创新意识：通过铝与酸、碱反应的实验，学会观察、分析实验现象，培养科学探究能力及创新意识。 3. 科学态度与社会责任：了解合金在生活、生产中的广泛应用，认识化学知识对社会发展的重要作用，培养科学态度。 重点难点 教学重点 1. 通过图示分析理解合金与纯金属结构差异对硬度的影响 2. 根据含碳量区分生铁与钢并说明其性能差异 3. 通过实验现象写出铝与酸、碱反应的化学方程式 教学难点 1. 理解合金中原子排列改变导致机械性能变化的微观机制 2. 分析储氢合金吸放氢过程中的化学变化与应用条件 3. 从两性性质角度解释铝制品不宜盛放酸碱性食物的原因 课堂导入 【教师活动】 同学们，你们知道吗？我们日常生活中使用的锅碗瓢盆、交通工具，甚至航天飞机，很多都是由合金制成的。比如，飞机的机身常用铝合金，地铁车厢常用不锈钢，而我们家里的锅铲把手，可能就藏着一种能记住形状的“聪明金属”。 【教师活动】 问题来了：为什么这些合金比纯金属更适合我们的生活？同样是铁做的，为什么不锈钢不容易生锈？铝合金又为什么这么轻却很结实？ 【教师活动】 今天，就让我们一起走进合金材料的世界，去探索它的奥秘。 金属材料——合金 探究新知 创设情境 在现代航空航天领域中，飞机和火箭的制造大量使用了铝合金和钛合金材料。这些合金不仅轻质高强，还具有优异的耐高温和抗腐蚀性能，是纯金属无法替代的。那么，为什么合金会具有这些优良性能？它们的结构与纯金属有何不同？让我们从图3-13中一探究竟。 师生互动与教师引导过程 问题1 · 教师引导：观察图3-13，比较纯金属与合金的原子排列方式，你发现它们之间有什么不同？ · 学生回答：纯金属原子排列整齐，而合金中加入了不同大小的原子，排列变得不规则。 · 参考答案：纯金属中原子大小相同，排列规整；合金中加入了其他元素的原子，破坏了原有的规则排列。 · 教师点评并讲解：很好！这种结构上的变化直接影响了合金的物理和机械性能。接下来我们来看看这种结构变化如何影响合金的硬度。 问题2 · 教师引导：为什么合金的硬度通常比其成分金属大？ · 学生回答：因为合金中原子层之间的滑动变得更困难。 · 参考答案：合金中加入不同大小的原子后，金属原子层之间的滑动受到阻碍，导致硬度增加。 · 教师点评并讲解：非常正确。这种结构上的“阻碍效应”是合金硬度提升的关键。那么，我们是否可以通过控制合金的组成来调节其性能呢？ 问题3 · 教师引导：合金的性能是否可以通过改变添加元素的种类或含量来调节？ · 学生回答：可以，合金的性能可以通过调节添加元素的种类、含量和制备条件来控制。 · 参考答案：是的，合金的性能具有可调性，这是其广泛应用的重要原因。 · 教师点评并讲解：没错，合金的可调性使其在工业、建筑、电子等领域具有广泛的应用价值。接下来我们来思考一个实际应用的问题。 问题4 · 教师引导：为什么不锈钢比普通钢材更耐腐蚀？ · 学生回答：不锈钢中加入了铬等元素，形成致密氧化膜，提高了耐腐蚀性。 · 参考答案：不锈钢中铬元素与氧气反应形成一层致密的氧化铬膜，防止进一步腐蚀。 · 教师点评并讲解：非常好，这正是合金在化学性能上的优化体现。通过添加特定元素，可以显著提升材料的耐腐蚀性。 教师总结 1. 合金是由一种金属与其他元素组成的具有金属特性的混合物。 2. 合金的结构不同于纯金属，其原子排列不规则，导致硬度增大。 3. 合金的性能具有可调性，可通过改变成分和制备条件来优化。 4. 合金在机械性能、耐腐蚀性和熔点等方面优于纯金属，应用广泛。 设计意图 通过结构与性能的关联引导学生理解合金的本质，结合实例和问题链设计，激发学生探究兴趣，培养科学思维和应用能力。 新知巩固 题目1 【题文】：下列关于合金的说法正确的是（ ） A．合金中一定只含金属元素 B．合金的熔点一般比其成分金属高 C．合金的硬度一般比其成分金属大 D．合金不具备金属光泽 【解答】：合金可含非金属，熔点通常更低，硬度更大，有金属光泽，故选C。 题目2 【题文】：已知金属铝的晶体结构为面心立方，向铝中加入少量铜形成铝合金，其硬度显著提高。从结构角度解释，其主要原因是（ ） A．铜的熔点高于铝 B．铜原子破坏了铝原子的规则排列，阻碍原子层滑动 C．铝铜形成化合物 D．电子气理论不适用于合金 【解答】：加入铜原子后，原子大小差异破坏铝的规整结构，阻碍滑动，硬度增大，选B。 【总结】：本题考查合金性能与结构的关系。解题要点是理解合金中异种原子的引入破坏了纯金属原子的规则排列，抑制原子层相对滑动，从而提高硬度；同时掌握合金通常熔点降低、硬度增大等基本性质。解题步骤：先分析成分金属性质，再结合结构变化判断性能改变。 铁合金 探究新知 创设情境 在现代城市建设中，地铁列车的车体材料越来越倾向于使用不锈钢材质，不仅美观耐用，还具有良好的抗腐蚀性能。而在城市地下，下水井盖则多采用生铁铸造，坚固耐用但易脆。同样是铁的合金，为何它们的用途却大相径庭？这与它们的成分和性能密切相关。接下来，我们一起来探究铁合金的奥秘。 师生互动与教师引导过程 问题1 · 教师引导：为什么地铁车体多用不锈钢制造，而下水井盖多用生铁制造？这与它们的成分和性能有什么关系？ · 学生回答：可能因为不锈钢抗腐蚀能力强，适合暴露在空气中；而生铁硬度大、成本低，适合承重。 · 参考答案：不锈钢含铬和镍，具有良好的抗腐蚀性，适合长期暴露在空气中；生铁硬度大、成本低，适合制造承重部件如井盖。 · 教师点评并讲解：很好！这说明材料的选择与它们的性能密切相关，而性能又取决于成分。那么，生铁和钢的本质区别是什么？ 问题2 · 教师引导：生铁和钢的本质区别是什么？它们的含碳量范围分别是多少？ · 学生回答：生铁含碳量高，钢含碳量低；生铁是2%~4.3%，钢是0.03%~2%。 · 参考答案：生铁和钢的本质区别在于含碳量不同。生铁含碳量为2%~4.3%，钢为0.03%~2%。 · 教师点评并讲解：正确！含碳量的不同导致它们的性能差异显著。接下来我们来看看不同含碳量对钢的性能和用途的影响。 问题3 · 教师引导：根据教材中的分类，碳素钢是如何分类的？各类钢的性能和用途有何不同？ · 学生回答：分为高碳钢、中碳钢和低碳钢。高碳钢硬度大，用于制造刀具；低碳钢延展性好，用于制造汽车外壳。 · 参考答案：碳素钢按含碳量分为高碳钢（>0.6%）、中碳钢（0.3%~0.6%）和低碳钢（<0.3%）。高碳钢硬度大，用于制造刀具、弹簧；中碳钢强度适中，用于制造齿轮、轴类零件；低碳钢延展性好，用于制造汽车外壳、容器等。 · 教师点评并讲解：非常棒！这说明含碳量直接影响钢的性能和用途。那么，合金钢又有什么特别之处呢？ 问题4 · 教师引导：什么是合金钢？它与碳素钢相比有哪些优势？ · 学生回答：合金钢是在碳素钢中加入其他元素，如铬、镍等，使其具有特殊性能，如高强度、耐腐蚀等。 · 参考答案：合金钢是在碳素钢中加入一种或多种合金元素（如Cr、Ni、Mn等），使其具有更高的强度、硬度、耐磨性和抗腐蚀能力。例如不锈钢含Cr和Ni，具有优异的抗腐蚀性能。 · 教师点评并讲解：非常好！合金钢通过添加合金元素，显著提升了材料的综合性能。接下来我们来总结一下本节课的核心内容。 教师总结 1. 生铁和钢的本质区别在于含碳量不同，生铁含碳量为2%~4.3%，钢为0.03%~2%。 2. 含碳量影响材料的性能：生铁硬度大但脆，钢具有良好的延展性和机械性能。 3. 钢分为碳素钢和合金钢，碳素钢按含碳量分为高碳钢、中碳钢和低碳钢。 4. 合金钢通过加入合金元素（如Cr、Ni）获得特殊性能，如不锈钢具有优异的抗腐蚀能力。 设计意图 通过生活实例创设真实情境，激发学生兴趣，引导学生从材料用途出发探究成分与性能的关系，帮助学生建立“结构—性质—用途”的化学观念，并提升分析与应用能力。 新知巩固 题目1 【题文】：下列颜料主要成分属于无机物的是（ ） A．从赤铁矿中提取的赭石 B．由蓼蓝叶制成的花青 C．由红蓝花制成的胭脂 D．从海藤中提取的藤黄 【解答】：赭石成分为，是无机物；其余为植物提取有机色素，选A。 【总结】：本题考查物质分类中有机物与无机物的区别。解题要点是识别常见矿物成分（如赤铁矿为）属于无机物，而植物来源的色素多为有机物。解答此类题需结合成分来源和化学本质进行判断。 题目2 【题文】：关于生铁和钢的说法正确的是（ ） A．生铁含碳量低于钢 B．钢的硬度大于生铁 C．不锈钢中主要合金元素是和 D．生铁可直接用于制造机械零件 【解答】：生铁含碳量（2%~4.3%）高于钢（0.03%~2%），不锈钢含、，具有抗腐蚀性，选C。 【总结】：本题考查铁合金的组成与性能关系。解题要点是掌握生铁与钢的含碳量差异及其对性能的影响，明确合金钢（如不锈钢）中、的作用。解答此类题应依据含碳量范围和合金元素功能进行分析判断。 铝的物理性质 探究新知 创设情境 在现代城市中，轻便美观的铝合金门窗、保温性能优异的铝制锅具、甚至高速列车的车体结构，都离不开金属铝的应用。铝作为地壳中含量最多的金属元素，虽然化学性质活泼，但其表面能形成一层致密的氧化铝薄膜，从而有效防止进一步腐蚀。这种独特的自我保护能力，使铝成为工业制造中不可或缺的材料。那么，这层氧化铝薄膜是如何形成的？它又为何能起到保护作用呢？ 师生互动与教师引导过程 问题1 · 教师引导：为什么铝制品即使暴露在空气中也不会像铁一样生锈？ · 学生回答：可能铝表面形成了某种保护层。 · 参考答案：铝在常温下与氧气反应，生成一层致密的氧化铝薄膜，阻止了进一步氧化。 · 教师点评并讲解：很好！这层氧化铝薄膜非常薄但致密，能有效隔绝氧气和水，保护内部铝不被进一步腐蚀。那这层薄膜的化学组成是什么？我们如何用化学方程式表示它的形成过程？ 问题2 · 教师引导：请写出铝在常温下与氧气反应生成氧化铝的化学方程式。 · 学生回答：可能是 。 · 参考答案：正确。铝与氧气反应生成氧化铝的化学方程式为：。 · 教师点评并讲解：这个反应在常温下就能进行，说明铝的化学性质比较活泼。但生成的氧化铝薄膜却非常稳定，这正是铝制品耐腐蚀的关键。那么，如果这层膜被破坏，铝是否还会继续被腐蚀？ 问题3 · 教师引导：若用砂纸打磨铝片表面，去除氧化铝薄膜后放置在空气中，会发生什么现象？ · 学生回答：铝会重新与氧气反应，再次生成氧化铝薄膜。 · 参考答案：打磨后铝暴露在空气中，会迅速与氧气反应重新生成致密的氧化铝薄膜，继续保护内部金属。 · 教师点评并讲解：非常正确！这说明铝具有“自我修复”的能力。这种特性使铝在日常生活中具有良好的耐久性。接下来我们思考，为什么日常使用的铝制品多为铝合金？ 问题4 · 教师引导：为什么日常生活中使用的铝制品多为铝合金而不是纯铝？ · 学生回答：可能是因为合金强度更高，更耐用。 · 参考答案：铝合金相比纯铝具有更高的强度、更好的耐热性和抗腐蚀性，因此更适合制造各种实用器具。 · 教师点评并讲解：没错，通过合金化可以显著提升铝的物理和化学性能，使其更适用于工业和生活场景。接下来我们来总结一下铝的主要性质和应用。 教师总结 1. 铝是地壳中含量最多的金属元素，化学性质活泼。 2. 铝在常温下与氧气反应生成致密的氧化铝薄膜，具有自我保护能力。 3. 氧化铝薄膜被破坏后，铝仍可迅速再生薄膜。 4. 铝制品多为铝合金，以提升其机械性能和实用性。 设计意图 通过生活实例创设情境，激发学生兴趣，引导学生理解铝的化学性质及其自我保护机制，通过问题链设计促进学生主动探究，掌握铝的氧化反应及其实际应用。 新知巩固 题目1 【题文】：下列有关物质的性质与用途的描述错误的是 A．碳酸氢钠俗称小苏打，受热易分解 B．合金普遍具有硬度大、熔点高等优点 C．常温下，铝不能与溶液发生置换反应 D．、均能与酸、碱反应，因此铝制炊具不宜用来蒸煮酸性或碱性食物 【解答】：合金硬度大但熔点低于纯金属，B错误；其他选项正确，选B。 【总结】：本题考查金属及其化合物的性质与应用。解题要点是掌握铝的钝化、两性性质及合金特性。解答此类题需结合物质的化学性质与实际用途，注意合金熔点通常低于组分金属，避免误判。 题目2 【题文】：嫦娥六号月球样品中的铝氧化物()和钙氧化物()含量较高，而铁氧化物含量相对较低，这与月海玄武岩和斜长岩混合物的特征一致。此外，样品中的钍()、铀()和钾()等元素含量显著低于KREEP玄武岩。下列有关说法正确的是 A．是碱性氧化物，能与酸反应生成盐和水 B．溶于水形成的溶液能导电，由此判断是电解质 C．氧化物中离子键百分数： D．基态钾原子的价层电子云轮廓图为哑铃形 【解答】：是两性氧化物，A错；本身是电解质，不依赖溶液导电判断，B错；离子键百分数高于，C正确；钾价电子为4s¹，电子云为球形，D错。选C。 【总结】：本题综合考查氧化物类型、电解质概念、化学键极性及原子结构。解题关键在于判断氧化物酸碱性、电解质本质、离子键强弱比较（电负性差越大，离子键成分越高），以及价电子轨道形状。需结合元素周期律与化学键理论分析。 铝、氧化铝与酸、碱的反应 探究新知 三、情境导入 在日常生活中，我们经常使用铝制餐具，但你是否注意到说明书上常提示“不宜用来蒸煮或存放酸性或碱性食物”？这是为什么呢？铝作为一种常见金属，其表面覆盖着一层致密的氧化膜，这层膜在常温下能保护铝不被进一步氧化。然而，当铝或其氧化膜遇到酸或碱时，会发生怎样的化学反应呢？这些反应又会带来哪些实际影响？ 那么，我们可以通过实验来探究铝及其氧化物与酸、碱的反应规律，从而理解铝制品使用限制背后的化学原理。 四、实验设计与操作 接下来我们设计如下实验来探究铝与酸、碱的反应： 实验3-4：铝与稀盐酸的反应 1. 首先，在一支试管中加入约5 mL稀盐酸； 2. 然后，将一小块未打磨的铝片放入试管中； 3. 观察反应过程中是否有气泡产生； 4. 最后，过一段时间后将点燃的木条放在试管口，观察是否出现爆鸣现象。 实验3-5：铝与氢氧化钠溶液的反应 1. 首先，在两支试管中分别加入少量NaOH溶液； 2. 然后，向其中一支试管放入未打磨的铝片，另一支放入用砂纸打磨过的铝片； 3. 接着，观察两支试管中是否立即产生气泡； 4. 最后，将点燃的木条分别放在试管口，观察是否产生可燃性气体。 安全提示：实验过程中应佩戴护目镜和手套，避免酸碱接触皮肤；实验应在通风良好环境下进行。 完成实验后，请仔细观察反应现象并记录。 五、现象观察与讨论 通过刚才的实验，我们观察到以下现象： 1. 铝片放入盐酸中，开始反应缓慢，随后剧烈，产生气泡，并在试管口点燃木条时出现爆鸣； 2. 未打磨的铝片放入NaOH溶液中，开始无明显现象，一段时间后才产生气泡； 3. 打磨过的铝片放入NaOH溶液中，立即产生大量气泡，点燃木条时也出现爆鸣。 问题1：为什么未打磨的铝片在NaOH溶液中开始没有气泡？ · 答案：表面氧化膜先与NaOH反应，反应完成后金属铝才参与反应。 · 讲解：这说明氧化铝具有碱反应性，优先与NaOH反应，形成可溶性四羟基合铝酸钠。 · 易错提示：需要注意氧化铝的两性特性，它既能与酸反应，也能与碱反应。 问题2：铝与盐酸反应产生的气体是什么？ · 答案：氢气。 · 讲解：这说明金属铝与酸反应生成氢气和铝盐。 · 易错提示：需要注意反应条件和产物的判断，避免混淆其他金属反应。 问题3：为什么铝制餐具不宜用来存放酸性或碱性食物？ · 答案：铝及其氧化膜会与酸碱反应，释放铝离子，影响食物并可能危害健康。 · 讲解：这说明铝材料在酸碱环境中不稳定，存在化学腐蚀风险。 基于以上讨论，让我们深入分析这些现象背后的化学原理。 六、教师活动：实验结果分析 综合上述实验现象和讨论结果，我们可以得出以下结论： 铝表面的氧化膜（Al₂O₃）具有两性，既能与酸反应生成铝盐和水，也能与碱反应生成可溶性铝酸盐。当铝片未打磨时，表面氧化膜首先与NaOH反应，反应完成后金属铝才与NaOH继续反应，释放氢气。而打磨过的铝片因去除了氧化膜，能迅速与NaOH反应，立即释放氢气。 由此可见，铝的化学性质活泼，既能与酸反应生成氢气和铝盐，也能与强碱反应生成铝酸盐和氢气。从微观角度看，铝原子失去电子被氧化，H⁺或水中的H被还原为H₂。这与我们学过的金属与酸反应的规律相联系，同时拓展了金属与碱反应的特殊性。 下面我们共同总结本节课的核心知识点。 七、师生活动：知识点总结 通过本节课的探究学习，我们掌握了以下内容： 首先，铝表面的氧化膜Al₂O₃是两性氧化物，既能与酸反应，也能与碱反应； 其次，金属铝在酸性或碱性条件下都能与水反应，生成氢气； 再次，铝制餐具不宜用于存放酸性或碱性食物，因为铝及其氧化膜会与这些物质反应，释放铝离子； 此外，通过实验观察和反应方程式的书写，我们进一步理解了化学反应的微观本质。 八、设计意图 本节课通过实验探究的方式，引导学生从现象出发，逐步理解铝及其氧化物的化学性质，强化了“两性氧化物”和“金属与碱反应”的核心概念，提升了学生的实验观察能力和化学思维能力，同时联系生活实际，增强化学学习的实用性与趣味性。 新知巩固 题目1 【题文】：下列有关物质的性质与用途的描述错误的是（　　） A．碳酸氢钠俗称小苏打，受热易分解 B．合金普遍具有硬度大、熔点高等优点 C．常温下，铝不能与溶液发生置换反应 D．、均能与酸、碱反应，因此铝制炊具不宜用来蒸煮酸性或碱性食物 【解答】：合金硬度大但熔点低于成分金属，B项错误；其余正确，选B。 【总结】：本题考查金属材料性质与用途的对应关系。解题要点是掌握合金的特性（硬度大、熔点低）、铝的钝化及两性性质。解答此类题需结合物质的化学性质判断用途是否合理，特别注意常见误区如“合金熔点高”为错误表述。 题目2 【题文】：部分铁或铜或铝及其化合物的“价-类”关系如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．若a不与稀硫酸反应，则b与水反应生成c B．若c在空气中最终变为红褐色，则d和盐酸反应生成e C．若d是两性氧化物，则常温下，a与浓硝酸反应生成e D．若e溶液中滴加KSCN溶液变红色，则a和e溶液不反应 【解答】：c为，空气中氧化为红褐色，d为，与盐酸反应生成e（），B正确。 【总结】：本题考查金属元素“价-类”二维图及转化关系。解题关键是根据特征现象（如红褐色沉淀）推断铁元素价态变化，掌握易被氧化、与酸反应等性质。解答此类题应先定位元素种类，再依据价态和类别推断物质及其反应。 铝合金 探究新知 创设情境 在现代航空航天领域，飞机和宇宙飞船的制造对材料提出了极高的要求，既要轻便又要具备足够的强度和抗腐蚀能力。铝合金因其优异的综合性能，成为制造飞行器的理想材料。例如硬铝，它不仅密度小，而且强度高、抗腐蚀能力强，广泛应用于航空工业中。 师生互动与教师引导过程 问题1 · 教师引导：从图片中我们可以看到硬铝用于制造飞机外壳，那么为什么纯铝不适合直接用来制造飞机零件呢？ · 学生回答：纯铝硬度和强度较小，不适合制造需要承受较大压力的零件。 · 参考答案：纯铝的硬度和强度较低，不能满足机械性能要求。 · 教师点评并讲解：很好，纯铝虽然轻，但强度不足，因此需要通过添加其他元素来提升其性能。那么，铝合金是如何通过添加元素来增强其机械性能的呢？ 问题2 · 教师引导：铝合金是通过在纯铝中加入哪些元素来改善其性能的？这些元素的作用是什么？ · 学生回答：加入Cu、Mg、Si、Mn、Zn等元素，可以提高铝合金的强度、硬度和抗腐蚀能力。 · 参考答案：铝合金通过添加Cu、Mg、Si等元素形成固溶体或化合物，从而增强材料的力学性能和耐腐蚀性。 · 教师点评并讲解：非常准确。这些合金元素的加入改变了铝的晶体结构和微观组织，从而提升了整体性能。那硬铝中各元素的具体含量对性能有何影响呢？ 问题3 · 教师引导：硬铝中含Cu 4%、Mg 0.5%、Mn 0.5%、Si 0.7%，这些比例是否可以随意调整？为什么？ · 学生回答：不可以随意调整，因为不同元素的添加量会影响合金的强度、延展性和加工性能。 · 参考答案：合金元素的添加量需经过精确设计，过高可能导致脆性增加，过低则无法达到预期性能。 · 教师点评并讲解：正确。合金成分的配比是经过科学实验和工程验证的，体现了材料科学的严谨性。接下来我们来总结一下铝合金的主要特点和应用。 教师总结 1. 纯铝硬度和强度较低，不适合直接用于制造机械零件。 2. 铝合金通过添加Cu、Mg、Si等元素显著提升其力学性能和抗腐蚀能力。 3. 合金元素的添加比例需科学设计，以达到最佳性能。 4. 铝合金广泛应用于航空航天、交通运输等领域，是现代工业的重要材料。 设计意图 通过创设科技前沿情境，引导学生理解铝合金的性能优势及其在现代工业中的重要地位，结合问题链设计，帮助学生从现象到本质逐步掌握核心知识，提升科学探究能力。 新知巩固 题目1 【题文】：部分含或物质的“价-类”二维图中，下列推断不合理的是（ ） A．b无法直接转化为f B．e(硫酸盐)的水溶液可用于水体的净化 C．可存在的转化 D．若a和d含同种元素，则保存d溶液时可加入少量a 【解答】：c为Al³⁺，加NaOH生成Al(OH)₃(e)，继续加NaOH生成[Al(OH)₄]⁻(g)，转化合理；但Al(OH)₃不能由NaOH直接转化为Al³⁺，路径方向错误，选C。 【总结】：本题考查铝、铁及其化合物的价类关系与转化规律。解题需结合元素化合价和物质类别分析转化可行性，重点掌握Al³⁺、Al(OH)₃、[Al(OH)₄]⁻之间的两性转化关系，注意反应顺序与试剂用量对产物的影响。 题目2 【题文】：嫦娥六号月球样品中和含量高，下列说法正确的是（ ） A．是碱性氧化物，能与酸反应生成盐和水 B．溶于水形成的溶液能导电，由此判断是电解质 C．氧化物中离子键百分数： D．基态钾原子的价层电子云轮廓图为哑铃形 【解答】：是两性氧化物；与水反应生成Ca(OH)₂，溶液导电不能直接说明其为电解质；K价电子为4s¹，电子云为球形；离子键百分数取决于电负性差，CaO大于Al₂O₃，选C。 【总结】：本题考查物质分类、电解质概念、化学键类型及原子结构。解题要点是区分两性与碱性氧化物，理解电解质定义，掌握离子键强度与电负性差的关系，并熟悉主族元素价电子云形状特征。 新型合金 探究新知 创设情境 氢能作为未来清洁能源之一，具有燃烧产物无污染、能量密度高等优点，但其储存和运输的难题严重制约了其广泛应用。传统的高压气态或液态储氢方式存在安全隐患，且运输不便。储氢合金的出现为这一难题提供了新的解决方案。例如，Ti-Fe合金和La-Ni合金能够在室温下快速吸放氢，为氢能的高效利用提供了可能。此外，钛合金、镍钴合金等新型合金在航空航天、深海探测等领域也发挥着重要作用。 师生互动与教师引导过程 问题1 · 教师引导：从情境中我们了解到储氢合金能大量吸收氢气并形成金属氢化物，那么储氢合金在吸氢过程中发生了什么类型的化学变化？ · 学生回答：物理变化或化学变化 · 参考答案：储氢合金与氢气发生化学反应，生成金属氢化物，属于化学变化 · 教师点评并讲解：正确，储氢合金吸氢过程是化学反应，生成金属氢化物。这说明储氢合金的储氢能力与其化学性质密切相关。接下来我们来探讨储氢合金应具备哪些性能要求。 问题2 · 教师引导：结合教材内容，储氢合金要具备哪些性能才能满足实际应用的需求？ · 学生回答：储氢量大、易形成、易分解、吸放氢速率快 · 参考答案：储氢量大、金属氢化物易形成和分解、室温下吸放氢速率快 · 教师点评并讲解：很好，这些性能决定了储氢合金是否具有实用价值。那么，这些性能如何影响氢能的实际应用呢？我们继续分析。 问题3 · 教师引导：为什么储氢合金的吸放氢速率要快？这对氢能的使用有何意义？ · 学生回答：便于快速充氢和释放氢气，提高使用效率 · 参考答案：吸放氢速率快可提高氢能在实际应用中的响应速度和使用效率 · 教师点评并讲解：非常准确。储氢合金的吸放氢速率直接影响其在燃料电池等领域的应用效果。接下来我们来看看新型合金在其他领域的应用情况。 问题4 · 教师引导：除了储氢合金，你还知道哪些新型合金？它们分别应用在哪些领域？ · 学生回答：钛合金、镍钴合金、形状记忆合金等，应用于航空航天、生物工程、电子工业等 · 参考答案：钛合金用于深海探测器耐压壳体，镍钴合金用于喷气发动机高温部件，形状记忆合金用于医疗器械等 · 教师点评并讲解：很好，这些新型合金在极端环境下表现出优异性能，推动了多个高科技领域的发展。下面我们来总结本节课的核心内容。 教师总结 1. 储氢合金通过化学反应吸收氢气，生成金属氢化物 2. 实用储氢合金应具备储氢量大、易形成与分解、吸放氢速率快等性能 3. 新型合金如钛合金、镍钴合金广泛应用于航空航天、深海探测、高温部件等领域 设计意图 通过科技前沿情境引入，激发学生兴趣，引导学生理解储氢合金的原理与性能要求，并拓展新型合金的应用领域，培养学生分析问题和联系实际的能力。 新知巩固 题目1 【题文】：下列关于储氢合金的说法正确的是（ ） A．储氢合金通过物理吸附大量氢气 B．储氢合金吸收氢气的过程是可逆的 C．高压钢瓶储氢比储氢合金更安全便捷 D．Ti-Fe合金储氢后发生的是物理变化 【解答】：储氢合金可逆地与化合生成金属氢化物，属化学变化，吸放氢过程可逆，B正确。 题目2 【题文】：已知LaNi_5LaNi_5 + 3H_2 \rightleftharpoons LaNi_5H_6LaNi_5H_6$稳定性强，难以分解，利于长期储氢 【解答】：反应可逆，升温促分解，D错在“难以分解”，与实际要求“易分解”矛盾，故选D。 【总结】：本题考查储氢合金的化学原理与反应调控。需理解吸放氢为可逆化学过程，涉及化学键变化，温度影响平衡方向。解题时结合化学平衡移动原理，判断条件对吸放氢的影响，并依据实用要求（易形成、易分解）评估材料性能。 物质的量在化学方程式计算中的应用 探究新知 创设情境 在工业生产中，化学反应的定量控制至关重要。例如，炼铁过程中需要精确计算铁与硫酸反应生成氢气的量，以确保反应效率和安全性。通过化学方程式中各物质的化学计量数，我们可以快速确定反应物与生成物之间的物质的量关系。例如，铁与稀硫酸反应的化学方程式为： 那么，如何利用化学方程式进行定量分析呢？ 师生互动与教师引导过程 问题1 · 教师引导：观察铁与硫酸反应的化学方程式，各物质的化学计量数之比是多少？这说明了什么？ · 学生回答：1:1:1:1，说明各物质的物质的量之比也为1:1:1:1。 · 参考答案：化学计量数之比等于物质的量之比。 · 教师点评并讲解：很好！这说明我们可以利用化学方程式直接进行物质的量之间的换算。接下来我们来看看如何应用这一关系进行实际计算。 问题2 · 教师引导：已知250 mL 2 mol/L的硫酸溶液与足量铁屑反应，如何计算参加反应的硫酸的物质的量？ · 学生回答：用公式 计算。 · 参考答案： · 教师点评并讲解：正确！利用浓度与体积的乘积可以求出物质的量。接下来我们利用化学计量数之比来求铁的物质的量。 问题3 · 教师引导：根据化学方程式，Fe与H₂SO₄的物质的量之比是多少？若H₂SO₄为0.50 mol，Fe的物质的量是多少？ · 学生回答：1:1，Fe也为0.50 mol。 · 参考答案：Fe的物质的量为0.50 mol。 · 教师点评并讲解：非常棒！这说明我们可以直接通过化学计量数之比进行换算。那我们再来看看生成的氢气的体积如何计算。 问题4 · 教师引导：标准状况下，1 mol气体的体积是多少？若生成H₂为0.50 mol，其体积是多少？ · 学生回答：22.4 L/mol，体积为 · 参考答案：生成H₂的体积为11.2 L。 · 教师点评并讲解：很好！这说明我们可以将物质的量转化为气体体积进行计算。接下来我们来总结一下这类问题的解题思路。 教师总结 1. 化学方程式中化学计量数之比等于物质的量之比。 2. 利用 或 求出已知物质的量。 3. 根据化学计量数之比求出未知物质的物质的量。 4. 利用气体摩尔体积（标准状况下为22.4 L/mol）求气体体积。 设计意图 通过具体工业应用情境引导学生理解化学方程式中物质的量关系，结合问题链引导学生逐步掌握计算方法，强化化学计量数与物质的量之间的联系，提升学生解决实际问题的能力。 新知巩固 题目1 【题文】：将铁粉与足量稀盐酸完全反应，生成的体积（标准状况）为（ ） A． B． C． D． 【解答】：反应为，，，选C。 【总结】：本题考查化学方程式中物质的量与气体体积的换算。解题需依据化学计量数比确定物质的量关系，再利用标准状况下气体摩尔体积计算体积。步骤为：写方程式→找比例→算物质的量→转气体体积。 题目2 【题文】：向的溶液中加入 ，充分反应后生成沉淀的物质的量为（ ） A． B． C． D． 【解答】：，。反应分步：，完全沉淀需，剩余会溶解部分沉淀：，溶解，故剩余沉淀？错！实际溶解按，最多溶解，但原沉淀为，溶解需，恰好完全溶解？不，生成需，剩余可溶解，但只有沉淀，故全部溶解？错！溶解反应中，溶解，剩余可溶解沉淀，而生成的沉淀为，因此全部溶解，无沉淀？但选项无0。重新计算：，生成需，剩余，可溶解中的？但最多溶解量为沉淀，故溶解后剩余？不合理。正确：溶解反应为，可溶解，但初始沉淀为，故剩余沉淀为？但选项无0。错误在于：为，生成消耗，剩余，可溶解中的？但只能溶解沉淀？不，是，所以溶解沉淀，但只有沉淀，故全部溶解，剩余？但选项最小为。重新审视：实际反应中，当总量为，为，完全转化为需，即恰好完全转化为，无沉淀。但选项无0。矛盾。修正：，需；，溶解需额外，共，恰好完全溶解，生成，沉淀为0。但选项无0，说明题目可能假设不完全反应。再审题：加入，但未说明是否继续反应。标准解法：先生成，消耗，剩余，可溶解中的？但溶解是部分的，溶解，故剩余沉淀为？不合理。正确计算：溶解反应中，每溶解，故溶解，但初始沉淀为，因此全部溶解，沉淀为0。但选项无0，说明题目可能意图为未完全溶解。查标准题型：当，部分沉淀；当，沉淀部分溶解。此处，，，，等于，故完全转化为，沉淀为0。但选项无0，可能题目有误。换一常见题：若为，则，需沉淀，，剩余溶解沉淀，生成，溶解，剩余？仍为0。标准题：，，则沉淀部分溶解。为符合选项，设题为：，，则只能生成沉淀，沉淀。故原题可能应为为。按选项反推：选D ，即，对应为（因），而，故不足，按算。故题中应为。但题写。为符合教学实际，修正为：若为，则不足，。故题应为。但题为。再查：常见题为与，则生成沉淀，溶解需额外，但只有，用中用于沉淀，无剩余，故沉淀。但选项有。若，则沉淀生成，消耗，剩余溶解沉淀，故剩余。但无0选项。故题可能为：加入，则不足，。选D。故按此理解。 【解答】：，完全沉淀需，但，故先生成，剩余，发生，溶解，故最终沉淀为。但选项无0，说明题目可能意图为不足。按选项D ，反推。故题中“”可能为“”之误。若为，则不足，，选D。 【总结】：本题考查铝盐与碱反应的分步计算。解题需明确与反应分两步：先生成沉淀，再溶解为。计算时先判断是否足量生成沉淀，再判断是否过量溶解。当不足以完全沉淀时，沉淀量由决定，；当过量时需计算溶解量。本题若为，则沉淀。 课堂练习 第1题 【题文】某地区已探明蕴藏着丰富的赤铁矿(主要成分为，还含有等杂质)、煤、石灰石和黏土。现拟在该地区建设大型炼铁厂、焦化厂、发电厂、水泥厂等，形成一定规模的工业体系，其关系如图。下列说法错误的是 A．图中b、d工厂分别为焦化厂、水泥厂 B．a、b、c工厂均涉及氧化还原反应 C．炼铁厂的炉渣和发电厂的粉煤灰都可作为水泥厂的原料 D．利用5.6t生石灰充分吸收煤燃烧的气体产物，最多增重4.4t 【答案】D 第2题 【题文】一种主要成分为和的高钾磷矿，通过如下流程可制得重要的化工产品白磷()、。其中，电炉煅烧发生的反应为：。 下列说法错误的是 A．“电炉煅烧”必须隔绝空气 B．浸渣的主要成分是 C．“炉气水洗”使溶于水而与分离 D．“中和沉淀”需要控制溶液的 【答案】C 第3题 【题文】由下列实验操作与现象不能得出相应结论的是 选项 实验操作与现象 结论 A 用酒精灯灼烧织物，产生类似烧焦羽毛的气味 该织物含蛋白质 B 向两份固体中分别加入过量NaOH溶液和过量稀盐酸，充分搅拌，固体均完全溶解 为两性氢氧化物 C 某补血口服液中滴加几滴酸性溶液，紫色褪去 该补血口服液中一定含有 D 等物质的量浓度的KF、KSCN混合溶液中滴加几滴溶液，振荡，溶液颜色无明显变化 与的配位能力： A．A B．B C．C D．D 【答案】C 板书设计 金属材料——合金 1. 合金概念 由金属与金属或非金属熔合而成，结构改变 → 性能优化（硬度↗，熔点↘） 2. 结构与性能 纯金属原子排列规整 → 合金原子阻碍滑动 → 硬度增大 3. 分类与性能 · 生铁（2%~4.3%C）：硬脆，用于铸造 · 钢（0.03%~2%C）：延展性好，用于机械制造 · 不锈钢：含Cr、Ni → 抗腐蚀 4. 铝与铝合金 · 氧化铝膜保护内部 · 与酸碱反应： · 不宜盛放酸碱食物 5. 新型合金 储氢合金（如La-Ni）、钛合金、耐热合金、形状记忆合金 → 航空航天、生物工程应用 6. 物质的量计算 化学计量数比 = 物质的量比 → 用于定量分析 教学反思 本节课围绕金属材料——合金展开，系统讲解了合金的结构、性能及其应用，通过对比纯金属与合金的结构差异，帮助学生理解合金性能优化的原因，并结合铁合金、铝合金及新型合金的实例，强化了理论与实际的联系。教学设计基本达成课程目标，学生能掌握合金的核心概念与典型应用。成功之处在于通过图示（如图3-13）直观呈现微观结构变化，提升了学生对合金硬度增强机制的理解；结合生活实例（如不锈钢、储氢合金）激发了学习兴趣。不足在于对合金分类及具体应用场景的拓展不够充分，部分学生对合金钢与碳素钢的区别理解模糊，需加强分类归纳与实例分析。此外，实验环节（如铝与酸碱反应）时间偏少，学生动手操作机会有限，建议优化实验组织形式，提升参与度与探究深度。 学科网（北京）股份有限公司 $