课题3 化学为人类提供丰富的材料 第1课时（教学课件）化学沪科版五四学制2024九年级全一册

该初中化学课件聚焦“人类如何利用和研制金属材料”，涵盖金属物理性质与用途、合金性质与用途、金属冶炼核心内容。课堂导入从人类材料发展历程（石器到钢铁时代）及现代材料（半导体、光导纤维等）切入，建立材料与社会进步联系，引导学生从宏观背景过渡到具体知识学习。 其亮点在于以实验探究为核心（金属光泽、延展性等实验，合金与纯金属对比实验）培养科学探究与实践能力，通过“性质决定用途”分析（如铁制菜刀、铜做电线）深化化学观念，结合工业炼铁及再生铝数据渗透科学态度与责任。典例与习题训练提升科学思维，学生能构建知识网络，教师可高效落实核心素养教学。

null在生活中，我们常常也用磁石来吸附含铁的物质，一直以来磁石也被我们叫做磁铁，因为它往往只能用于吸引铁质物品，那么磁石为什么不会吸附铜铝等金属呢？首先，磁场对各种不同的金属物质都会产生作用力，但不一定就只是会产生吸引的作用力，也可能会产生排斥的作用力。能被磁石强烈吸引的是铁磁体，铁磁体有铁钴镍三种，它们之所以能被强烈吸引的原因是金属整体的电子是按分子轨道而以整体的形式排列的，分子中含有原子，原子中包含核外电子。电子自旋会产生词句，因此大部分物质的核外电子都会产生不同方向的词句。但是有些物质电子产生的词句会被其他杂乱排列的电子所产生的杂乱的词句抵消、中和掉，因此不会产生磁性。你在外部磁场的作用下表现为顺磁性，电磁方向只会发生很小的改变。铜表现为抗磁性，产生的反作用力会抵消磁场，而铁钴镍物质中的词句是不会被完全中和掉的。他们一遇到磁场，原本杂乱无章的词句排列会受到词是原子内电子的作用影响，而排好队，磁旋至统一的一个方向，呈现出净词句，因此能够带有磁性，也就可以被磁石吸引了。总之，由于每种金属的属性是不相同的，所以磁石和铝铜之间并不来电，而偏偏能与铁相互吸引。 专题10 化学与人类社会进步 课题3 化学为人类提供丰富的材料 第1课时 人类如何利用和研制金属材料 九年级化学 全一册·沪科版五四学制2024 学习内容导览 合金的性质与用途 2 金属的物理性质与用途 1 金属的冶炼 3 2 通过观察常见金属制品（如铜导线、铁锅、铝箔等）和进行金属性质实验，能够描述金属的物理通性（如导电性、导热性、延展性等）及其与用途之间的关系，初步建立“性质决定用途”的材料认知观念。 通过对比纯金属与合金的组成、性能及实际应用案例（如不锈钢、镁铝合金等），能够说出合金相较于纯金属的优越性能，理解合金在提升材料性能和扩展应用范围方面的重要作用，增强材料设计与改良的意识。 通过分析工业炼铁的工艺流程和化学反应原理，能够写出高炉炼铁的主要化学方程式，理解金属冶炼的基本方法及其在资源利用中的意义，初步形成金属资源有限、应注重回收与节约的资源观和环保意识。 明·教学目标 3 引·新课导入 从石器时代到青铜器时代，再到铁器时代、钢铁时代…… 材料的开发和利用是人类社会发展历程的重要标志。 4 引·新课导入 半导体材料促进了人工智能的发展 光导纤维带来了高速的互联网，耐高温 高强度的特殊结构材料助力人类遨游太空 金属的物理性质 与用途 01 探·知识奥秘 一、金属的物理性质与用途 1.金属物理性质的实验探究 思考 结合下图，说说金属在生活中有哪些常见用途，这些用途分别应用 了金属的哪些性质？ 探·知识奥秘 一、金属的物理性质与用途 实验探究（1） 实验步骤：用砂纸打磨片铜片、铁片和铝片，用滤纸擦拭后，观察颜色与光泽 实验过程： 实验结论：金属具有金属光泽。 这是金属所共有并区别于非金属的物理性质，是金属的通性之一。 铜片 铁片 铝片 探·知识奥秘 一、金属的物理性质与用途 实验探究（2） 实验步骤：尝试一下铜片、铁片和铝片是否容易被弯曲、折断 实验过程： 实验结论：金属具有良好的延展性。 这是金属所共有并区别于非金属的物理性质，是金属的通性之一。 铜片 铁片 铝片 1克黄金可拉成2公里长的细丝，或压成1平方米薄如蝉翼（厚0.1微米）的金箔，展现无与伦比的延展性。 拓展视野 探·知识奥秘 一、金属的物理性质与用途 实验探究（3） 实验步骤：比较铜、铁、铝三种金属的导热能力 实验过程： 实验结论：金属具有良好的导热性。三种金属的导热能力：铜>铝>铁 这是金属所共有并区别于非金属的物理性质，是金属的通性之一。 感温粉末，它原本是红色的，受热超过特定温度后，身上的“红色外衣”就会立刻褪去，变成白色。这是因为它的内部分子结构对热量特别敏感，温度变化导致了颜色的改变。 拓展视野 探·知识奥秘 一、金属的物理性质与用途 实验探究（4） 实验步骤：利用电池、小灯泡、导线试试铜、铁的导电能力 实验过程： 实验结论：金属具有良好的导电性。 这是金属所共有并区别于非金属的物理性质，是金属的通性之一。 金属内部有大量自由移动的电子，接通电源后，这些电子定向流动，就形成了电流。 拓展视野 探·知识奥秘 一、金属的物理性质与用途 实验探究（5） 实验步骤：用磁铁分别吸引铜、铁、铝 实验过程： 实验结论：铁受到磁场作用产生磁性，被用于制作各种电磁装置。 磁铁是一种具有磁性的物体，它能吸引铁、钴、镍等金属，其周围存在一种看不见的磁场，能对其他磁性材料产生力的作用。 拓展视野 探·知识奥秘 一、金属的物理性质与用途 金属除了通性外，还具有各自不同的特性，例如密度、熔点、硬度、强度等，不同的金属差别较大。 2.金属的特性 物理性质 物理性质比较 导电性（以银的导电性为100作标准） 密度／（g·cm-3） 熔点／℃ 硬度（以金刚石的硬度为10作标准） 银 铜 金 铝 锌 铁 铅 （优）100 99 74 61 27 17 7.9（良） 金 铅 银 铜 铁 锌 铝 （大）19.3 11.3 10.5 9.0 7.9 7.1 2.7（小） 钨 铁 铜 金 银 铝 锡 （高）3414 1538 1085 1064 962 660 232（低） 铬 铁 银 铜 金 铝 铅 （大）9 4~5 2.5~4 2.5~3 2.5~3 2~2.9 1.5（小） 探·知识奥秘 一、金属的物理性质与用途 思考 电缆根据你的生活经验和金属的特性信息，并查阅有关资料分析下列问题。 （1）为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铝制？ （2）银的导电性比铜的好，为什么电线一般用铜制而不用银制？ （3）为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制的话，可能会出现什么情况？ （4）为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金会怎样？ 物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但这不是唯一的决定因素；在考虑物质的用途时，还需要考虑价格、资源，废料是否易于回收和对环境的影响，以及是否美观、使用是否便利等多种因素。 探·知识奥秘 一、金属的物理性质与用途 3.金属的用途 有光泽 能导电 能够导热 有延展性，能压成薄片 有延展性，能拉成细丝 能够弯曲 探·知识奥秘 一、金属的物理性质与用途 性质的差异决定了金属的不同用途。 铁受到磁场作用能产生磁性，被用于制作各种电磁装置； 钨的熔点高，被用于制作白炽灯中的灯丝； 钛具有较好的生物相容性，被用于制作人造关节和骨骼； 汞在常温下呈液态且受热会膨胀，被用于制作温度计等。 探·知识奥秘 一、金属的物理性质与用途 思考 请根据表中五种金属的性质，选择一种适用于下列用途的金属，并说明理由。 ① 制造汽水罐　② 制造窨井盖　③ 制造远距架空电缆 金属 密度/（g·cm-3） 强度 导电性 抗腐蚀性 相对价格 甲 7.9 高 中等 低 便宜 乙 8.9 中等 良好 中等 中等 丙 19.3 中等 良好 高 极昂贵 丁 4.5 高 中等 高 昂贵 戌 2.7 中等 良好 高 中等 【典例】 下列物质用途错误的是 A．焊锡做钢轨 B．钛合金做人造骨 C．用钨做灯丝 D．不锈钢可做医疗器械 析·典型范例 A 18 析·典型范例 【变式】下表为某种金属的一些性质，据此分析，该金属不适宜做 A．保险丝 B．手术刀 C．航天材料 D．船舶外壳材料 熔点 密度 强度 导电性 导热性 抗腐蚀性 2500℃ 3g/cm3 与钢相似 良好 良好 优异 A 19 合金的性质 与用途 02 探·知识奥秘 二、合金的性质与用途 常见的金属材料大多数不是组成单一的纯金属， 而是合金，即以某种金属为基础，添加其他金属或 非金属，通过高温熔炼、烧结等方式形成的具有金 属特性的材料。青铜（即铜锡合金）是人类最早使 用的合金。合金的种类很多。青铜、黄铜（铜锌合金）都属于铜合金，生铁和钢是含碳量不同的两种铁合金（生铁含碳量为 2%～ 4.3%，钢的含碳量为 0.03% ～ 2%）。常用的合金还有铝合金、钛合金等。 合金 拓展视野 使用青铜铸造的商代后母戊鼎 探·知识奥秘 二、合金的性质与用途 1.合金 合金是指由一种金属与其他金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质。 制乐器用到了黄铜（由铜和锌等熔合而成） 用来制作炊具、餐具的 是不锈钢（由铁和铬、镍等熔合而成） 常用来制造门窗框架的是硬铝（由铝和铜、镁、硅等熔合而成） 用来焊接金属制品的是焊锡（无铅焊锡，由锡和铜等熔合而成；有铅焊锡，由锡和铅等熔合而成） 实验探究（1） 实验步骤：比较黄铜片（铜锌合金）和铜片的光泽与颜色；如图所示将它们互相刻画， 比较它们的硬度。 实验过程： 实验现象：黄铜呈现黄色，铜片呈现紫红色；用黄铜片在铜片上刻画时，铜片上出现划痕。 实验结论：黄铜片与铜片的颜色不同，黄铜片的硬度比铜片大。 探·知识奥秘 二、合金的性质与用途 2.合金的特性 合金与纯金属相比，往往具有许多特殊的优良性能，人们常通过制成合金的方法来更好地利用金属材料。 探·知识奥秘 二、合金的性质与用途 思考 查阅资料可知：钢（铁碳合金）、焊锡（锡铅合金）、伍德合金（铅、铋、锡和镉组成的合金）。根据下图提供的数据，你能得到什么启示？ 与合金中各成分对应的纯金属相比，多数合金材料都具有熔点较低的特点。 探·知识奥秘 二、合金的性质与用途 实验探究（2） 实验步骤：将伍德合金与金属锡放入100℃的沸水中，观察现象。 实验过程： 实验现象：伍德合金融化成液态，金属锡没有融化。 实验结论：合金的熔点比组成其的纯金属的熔点低。 目前已经制得的纯金属只有 90 多种，但由这些金属制得的各种合金却已达几千种，生产生活中使用到的金属材料几乎都是合金。 拓展视野 探·知识奥秘 二、合金的性质与用途 3.常见的合金 探·知识奥秘 2020年11月10日，我国首台拥有自主知识产权的全海深载人潜水器“奋斗者”号顺利下潜至地球海洋最深处，在太平洋马里亚纳海沟成功坐底，深度达10909 米，创造了中国载人深潜的新纪录。在10000 米以下的深海，水压是海洋表面的1100 倍。为完成万米探潜，“奋斗者”号潜水器的载人舱球壳采用了我国自主研发的Ti62A 钛合金新材料，其通过先进的焊接技术连接打造，抗压能力卓越。 钛合金新材料与“奋斗者”号潜水器 拓展视野 二、合金的性质与用途 【典例】 25年8月《镜鉴千年：宋金铜镜展》 在黑龙江省博物馆开幕，展现了很多镇馆之宝 ——精美的铜镜。《天工开物》中记载了铜 镜(如图)的制作过程：“凡铸镜，模用灰沙， 铜用锡和……开面成光，则水银附体而成，非铜有光明如许也。” (1)“模用灰沙”，说明“灰沙”的熔点比制作铜镜的材料_______(填“高”或“低”)。 (2)“铜用锡和”是指在铜中加入锡，制成青铜。青铜属于_____________(填“纯净物”或“混合物”)，与用纯铜相比，青铜制得的铜镜的优点是____________________________________(写一条)。 析·典型范例 高 混合物 硬度高、耐腐蚀 28 析·典型范例 【变式】下列说法正确的是 A．熔点最高的金属钨，可以用作保险丝 B．钢铁是使用最早的金属材料 C．多数合金的抗腐蚀性比组成它的纯金属更好 D．汽车的铝合金车体喷漆的主要目的就是美观 C 29 金属的冶炼 03 探·知识奥秘 三、金属的冶炼 1.金属矿石 绝大部分金属元素在自然界中以化合态存在，通常是以金属氧化物、碳酸盐等形式，这些化合物称为金属矿石。 铝土矿 闪锌矿 蓝铜矿 天然金块 硫铁矿 赤铁矿 探·知识奥秘 三、金属的冶炼 我国是世界上为数不多的已知金属矿物种类比较齐全的国家之一，矿物储量也很丰富，其中钨、钼、钛、锡、锑等储量居世界前列，铜、铝、锰等储量在世界上也占有重要地位。 地壳中金属元素的含量（质量分数） 探·知识奥秘 三、金属的冶炼 2.金属的冶炼 大部分金属是由金属矿石经化学变化转化得到的，这个过程称为金属的冶炼。 早在春秋时期，我国已生产和 使用铁器。 战国时期，铁制工具的大量使 用提高了生产力水平。 随后，铁逐渐成为最主要的金 属材料。 《天工开物》中有我国古代炼 铁的记载。 探·知识奥秘 三、金属的冶炼 工业炼铁的主要设备称为高炉。将铁矿石、焦炭和石灰石按一定的比例加入高炉。 从炉下部通进热空气，使焦炭转变成一氧化碳。 在高温下，一氧化碳使铁矿石中的氧化铁转化为单质铁，这个过程称为还原。 3.高炉炼铁 主要反应的化学方程式为： Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 高温 注意： 在实际生产时，炼铁所用的原料或所得的产物一般都含有杂质，在计算用料和产量时，应考虑到杂质问题。 探·知识奥秘 三、金属的冶炼 钢 生铁 铁中含有 2% ～ 4.3% 碳， 质地硬而脆，称为生铁， 把生铁放在炼 钢炉中，用氧气进一步冶炼，可以将含碳量降低至 0.03% ～ 2%，同时可以去 除硫、磷等其他杂质，得到的是兼具硬度与韧性的钢。 齿轮 机床底座 各类曲轴 探·知识奥秘 三、金属的冶炼 1996 年我国钢产量达到 10124 万吨，首次突破一亿吨，居世界首位。这是我国钢铁工业及国民经济发展进程中一个新的里程碑，是中国人民艰苦奋斗改革开放的丰硕成果。 1997 年 11 月 25 日，邮电部发行了纪念邮票 2 枚。一枚为“中国古代冶金”，画面以《天工开物》中记载的古代冶炼过程为背景；一枚为“现代化钢铁厂”，画面以宝山钢铁公司的厂房为背景。 我国钢铁工业的发展成就 拓展视野 探·知识奥秘 三、金属的冶炼 4.金属资源的保护 节约资源：减少对原生矿石的开采 保护环境：显著降低开采与冶炼污染 节能降耗：大幅减少金属冶炼的能源消耗 经济效益：有效降低金属最终产品价格 关键解决方案： 废弃金属回收再生 有限性： 金属矿石资源不可再生。 紧迫性： 保护金属资源势在必行。 核心问题： 地壳金属资源的挑战 探·知识奥秘 三、金属的冶炼 原铝与再生铝的生产对比 拓展视野 探·知识奥秘 三、金属的冶炼 从汽车用过的铅酸蓄电池中回收铅，从废旧锂离子电池中回收锂、钴、镍等，对保护环境和实现金属资源的循环利用均具有重要的意义。 废旧金属的回收利用还可以减少对环境的污染。 废旧电池中含有铅、镍、镉、钴等，如果将废旧电池随意丢弃，这些金属渗出会污染地下水和土壤，危害人类健康。而将这些金属回收利用，既可以减少其对环境的危害，又可以节约金属资源。 【典例】钢铁是使用最多的金属材料。某化学小组利用如图装置模拟工业炼铁的实验。 (1)写出玻璃长管中发生反应的化学 方程式_______________________________。 (2)检验CO还原Fe2O3反应的气体生成 的实验现象是__________________________， 该反应的化学方程式为_________________________________。 (3)a处尾气被点燃作用是_________________________，写出反应的化学方程式________________________________________。 析·典型范例 澄清石灰水变浑浊 Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 高温 防止一氧化碳污染空气 CO2 + Ca(OH)2 CaCO3↓ + H2O 2CO + O2 2CO2 点燃 40 析·典型范例 【变式】下列有关金属资源的利用和保护的说法不正确的是 A．徐光宪院士和他的团队研发了稀土分离技术，稀土元素是储量较少的一类金属元素的统称 B．金属矿物的储量有限，可以再生 C．大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在，我国矿物储量也很丰富 D．从废旧锂离子电池中回收锂、钴、镍等，对保护环境和实现金属资源循环利用有重要意义 B 41 理·核心要点 人类如何利用和研制金属材料 金属的物理性质与用途 合金的性质与用途 金属的冶炼 金属矿石 金属的冶炼 高炉炼铁 金属资源的保护  合金 合金的特性 常见的合金 金属物理性质的实验探究 金属的特性 金属的用途 42 1．“金缕玉衣”所用金丝的最细处仅有0.08 mm，体现了我国古代工匠精湛的技艺。金能制成金丝是利用了其 A．密度大 B．熔点高 C．延展性好 D．导热性好 练·技能实战 C 43 练·技能实战 2．白炽灯的原理为通电后钨丝在高温下发光，灯泡结构如下图所示，在生产时灯泡内可能会混入少量氧气。下列说法正确的是 A．选择钨丝作为灯丝的原因是钨的熔点低 B．钨丝、红磷、氮气都是由分子构成的物质 C．灯泡内填充氮气或氩气是主要因为二者化学性质活泼 D．灯泡中添加少量红磷的目的是消耗灯泡中可能残留的氧气 D 44 练·技能实战 3．对物质的鉴别是化学学习的重要部分，下列实验设计不能达到实验目的的是 A 选项 需区分的物质 实验方案 A 生铁和钢 分别用磁铁吸引 B 黄金和黄铜 分别加稀硫酸，观察现象 C 焊锡和锡 加热，比较熔点 D 铁粉和锌粉 观察颜色 45 练·技能实战 4．赤铁矿和磁铁矿的主要成分分别是Fe2O3和Fe3O4。下列说法不正确 的是 A．Fe3O4中铁元素的化合价为 B．Fe2O3和Fe3O4都属于氧化物 C．利用Fe2O3和Fe3O4都能制得铁 D．Fe3O4中铁元素的质量分数比Fe2O3的低 AD 46 练·技能实战 5．如图为实验室模拟工业炼铁的装置图，相关说法正确的是 A．实验时先点燃酒精喷灯，再通CO B．实验中可观察到黑色固体逐渐变红，澄清石灰水变浑浊 C．该装置缺少尾气处理，会产生污染 D．该实验体现了CO的氧化性 C 47 练·技能实战 6．“双碳”背景下，“以氢减碳”的氢冶金成为优化能源结构、实现绿色低碳的有效途径之一。下图是我国某工厂设计的高炉低碳冶炼关键技术与工艺。 “富氧空气喷吹”有利于高炉炼铁的主要原因是___________________________。 一方面增大了O2的浓度，使焦炭等充分燃烧释放更多热量； 另一方面高炉内固体与气体能有足够大的接触面积，反应更充分。 48 THANKS! 谢谢观看 九年级化学 全一册·沪科版五四学制2024 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 $将三根完全相同的铜棒、铁棒和铝棒涂抹上感温粉末，固定在铁架台上用酒精灯在同一端加热，观察金属棒的颜色变化。现在粉末是红色的，温度越高，粉末的颜色越浅，加热端的金属棒开始变色。根据热在金属棒上的传递规律，热会由加热处向远处传递，所以金属棒会由下往上逐渐变色。三根金属棒材料不同，导热性也不同，可以看到，金属棒的变色快慢也不同，变色越快说明传热越快。所以这三种材料中，传热最快的是铜，其次是铝，最后是铁。 将铜丝连接到电路中，闭合开关，观察到小灯泡亮了，说明铜丝可以导电。再将铁丝连接到电路中，闭合开关。观察到小灯泡变亮，说明铁丝也可导电。 几个世纪以来，人们的生活发生了翻天覆地的变化。从农耕火种的时代到机器飞速发展的今天，我们的生活处处都有科技的影子。我们使用的书本、电脑，吃饭用的碗筷、身上的衣裤，再到飞入太空中的宇宙飞船、空间站，这些事物都与材料息息相关。正是有了材料，我们才能运用科技的力量享受更为便利的生活。这次时空之旅我们会深入材料世界，古老的青铜器正发出低吼，想知道它是什么材料制成的吗？记忆合金真有记忆的功能吗？有几种金属正在打架？到底谁才是最厉害的金属呢？看似脆弱的玻璃真的能抵挡住枪弹的攻击吗？不仅美丽还拥有悠久历史的陶瓷工艺品到底是如何制作的呢？聚合物大哥手下的两位橡胶和塑料小弟们真的会破坏环境吗？古代与现代的房屋有着很大不同，想知道现代的高大建筑是如何保持屹立不倒的吗？我们生活离不开纸被称为四大发明之一的造纸术又是怎么制造纸的呢？与动物有关的皮革材料可以被人工制造的皮革所替代了，想知道我们身上的衣服是如何制造的吗？织布机又是如何工作的呢？被称为世界上密度最小的固体，它到底是什么材料呢？还有形态最为多样的炭材料，它到底有哪些作用呢？想知道这些问题的答案吗？我们一起前往神秘的材料世界，揭开这些材料背后的故事。