高中化学鲁科版必修1第4章 材料家族中的元素第2节 铝 金属材料第1课时教案设计

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第2节　铝　金属材料通过本章第一节的学习和前面的学习，学生已经接触了许多非金属元素，了解了无机非金属材料在生产、生活中的重要应用，但对于金属元素的了解还比较少，从学生的认知结构来看，学习金属材料是学生认知结构发展的需要。本节内容由两部分组成：一是铝与铝合金，二是金属与金属材料，教材从金属材料在生产、生活中的广泛应用入手，介绍铝及其化合物的有关知识，从最常见的铝合金到不锈钢，到金、银和铜的应用，再到“21世纪的金属”——钛；从生活中的应用到高科技领域中的应用，从历史上的应用到当今社会中的应用，体现了金属材料应用的广泛性。这样多角度、多层面、大视野的介绍，拓宽学生视野，使学生深层次地体会化学的重要性。本节教材从以下两条线索展开：一是以铝及其化合物为代表的金属及其化合物的性质线索，这为学生学习元素周期律奠定了基础；二是铝合金及金属材料的应用线索，重点介绍铝合金、钢铁及常见金属金、银、铜等的应用，给学生认识物质世界提供了一个更广阔的空间。本节教材的特点一是突出理论联系实际。铝、金、银、铜等常见金属以及铝合金、钢铁是学生在生活中经常碰到的物质，学生有丰富的感性认识，容易激发学生探究的欲望和兴趣。二是应用分类的思想和研究物质性质的方法来研究具体物质的性质，突出过程与方法的训练。三是采用实验探究的方法，探究铝、氧化铝、氢氧化铝的性质，体现了实验在化学学习中的重要性和必要性。本节教材内容框架课时分配：共2课时第1课时　铝与铝合金教学目标　　　　　1．课标要求(1)了解铝的还原性、氧化铝和氢氧化铝的两性。(2)认识铝单质及其重要化合物在化学性质上与其他常见金属的不同，能书写相关反应的化学方程式。(3)能列举铝合金材料在生产和生活中的重要应用。2．三维目标(1)知识与技能掌握铝、氧化铝及氢氧化铝的化学性质。学会书写铝与酸、碱、氧化物等反应，氧化铝、氢氧化铝与酸碱的反应的一些重要反应的化学方程式。了解合金的概念和铝合金的用途，应用铝及其化合物的性质解决一些实际问题。(2)过程与方法通过实验探究铝、氢氧化铝性质的过程，培养学生的合作意识、动手操作能力、观察能力以及认真思考尊重事实的科学态度，体验实验探究的乐趣。学会利用分类和对比的方法学习铝、氧化铝和氢氧化铝的性质。通过对铝合金的用途的学习，培养学生的自学能力和概括能力。(3)情感态度与价值观通过氧化铝、氢氧化铝的两性的学习使学生树立辩证的观点。通过金属材料在生产和生活中的应用的学习，使学生认识到化学的重要性，增强学好化学服务社会的责任感和使命感。通过分组实验，分组自学等一些活动，培养学生敢于质疑、勇于创新、团结合作的学习精神。教学分析　　　　　1．教材分析铝是一种非常重要的金属，铝单质及其合金在生产和生活中的用途广泛，铝及其化合物的性质是高中阶段的重要知识点，本节内容可以进一步丰富学生对金属元素及其化合物知识的认识，给他们一个更为广阔的认识物质世界的空间，也为后面学习元素周期律和元素周期表打下基础。同时让学生了解金属及其合金在工农业生产和生活等方面的重要应用，认识铝的物理、化学性质与应用之间的密切联系，激发学习兴趣。2．学情分析学生已有知识分析：铝是日常生活中常用的一种金属，也是学生接触比较多的一种金属元素，在前面的学习中，学生已经掌握了氧化还原反应和离子反应的基础知识，熟悉金属活动顺序表，也已经知道了钠、镁、铁等金属的相关性质，因此，学生学起来会有一种熟悉感。教学过程中，充分利用好这一资源，激发和调动学生的学习积极性。同时，学生在前面的学习中也了解了研究物质性质的基本程序和方法，进行过对一些元素及其化合物的性质的探究实验；并具备了一定的实验探究能力，为探究铝及其化合物的性质奠定了基础。学生在本节内容学习上的“学困”分析：对于铝与氧气和酸的反应学生比较容易理解，但铝与金属氧化物的铝热反应和铝与碱的反应以及氧化铝和氢氧化铝的两性接受起来有困难，教学中应充分发挥实验的作用，同时要合理引导，此处切忌过深过难。教学重点、难点　　　　　1．重点在知识技能方面的重点是铝的还原性，氧化铝、氢氧化铝的性质和用途；铝合金在生产和生活中的应用。在过程与方法方面的重点是运用实验、分类等方法来研究物质的性质。2．难点铝与碱的反应、氢氧化铝的两性及相关反应的离子方程式。教学方法　　　　　本节课主要采取问题引导、实验探究、小组合作交流的教学方法，课堂创设和谐氛围，形成一种积极主动、轻松和谐的教学环境，以“四人讨论小组”的形式开展探究讨论活动。目的是让学生对铝及其化合物的性质能认识得更深入、更透彻，同时，提高他们分析问题、解决问题的能力。对于铝的物理性质及铝与酸的反应，采用新旧知识对比的方法，目的是培养学生对所学知识进行迁移、拓展的能力。对于铝与氧气、铝与氢氧化钠及铝热反应，主要采用的是实验探究的方法，一方面培养学生的学习兴趣，另一方面培养学生透过现象看本质的能力。课前准备　　　　　(一)学生准备1．根据预习学案预习本节教材中铝和铝合金的相关内容。2．寻找日常生活中铝制品，上网查阅铝合金在工农业生产中的应用，并留作班上学习时展示和交流之用。(二)教师准备1．教学课件、图片、与本节教材相关的音像资料。2．几种金属样品实物及实验仪器与药品。板书设计　　　　　第2节　铝　金属材料一、铝与铝合金(一)铝及其化合物1．铝单质的物理性质2．铝单质的化学性质①与非金属的反应：与氧气、氯气和硫反应4Al＋3O22Al2O3　2Al＋3Cl22AlCl3　2Al＋3SAl2S3②铝热反应方程式：===Al2O3＋2Fe　(铝热反应)③与酸反应2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑④与氢氧化钠溶液的反应2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑　　　　　　　　　　　四羟基合铝酸钠3．铝的重要化合物——氧化铝和氢氧化铝①Al(OH)3：两性氢氧化物a．Al(OH)3与酸的反应Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2Ob．Al(OH)3与碱的反应Al(OH)3＋OH—===[Al(OH)4]—c．制备：铝盐和氨水反应Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH②Al2O3：既能溶于强酸又能溶于强碱溶液。Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2OAl2O3＋2OH—＋3H2O===2[Al(OH)4]—(二)铝合金及其制品(1)合金(2)铝及其合金的用途情景导入　　　　　导入设计一1．投影展示元素周期表，请学生思考一百多种元素中金属元素有多少种？地壳中含量最多的金属元素是哪种？2．日常生活中常见的金属材料有哪些？最早使用的金属材料是什么？使用最多的金属材料是什么？【投影展示】一组图片引出课题并板书：第2节　铝　金属材料一、铝与铝合金【设计思路】先出现元素周期表，让学生从大量的金属元素出发，举出金属材料的应用实例，一方面激发学生的求知欲，引发他们学习铝相关知识的兴趣；另一方面让学生对元素周期表有一个初步的认识，为后续知识的学习做好铺垫。导入设计二在学生上网查阅铝及其合金在工农业生产中的应用的基础上，【投影展示】“神舟六号”载人飞船成功发射的图片。【设问】飞船舱体的成分有什么？ 铝有哪些用途？为什么铝是应用极为广泛的金属？ 【汇报交流】学生结合图片介绍铝的性质和用途。【设计思路】激发学生的爱国情感，引导学生学会观察。体会化学的实用性。通过学生自主查阅相关资料使学生分析归纳的能力得到提高，培养他们学习的主体意识。推进新课【课题导入】铝的性质对用途起很大作用，让我们先来认识铝及其化合物的性质。【板书】(一)铝及其化合物【实物展示】展示金属铝条、铝粉样品、铝导线，让学生观察其颜色、状态，并阅读教材P118，了解铝的物理性质。【板书投影】1.铝单质的物理性质：(银白色金属、硬度小、熔点：660.4 ℃；沸点2 467℃、密度2.7 g·cm—3，导电性、传热性和延展性)【问题思考】1.你已经学过钠、镁、铁等单质的知识，这些金属在化学性质上有何相似之处？2．既然铝是典型的金属，你能推测它具有哪些化学性质吗？【方法导引】从钠、镁、铁等具体金属着手，通过对它们所具有化学性质的比较和分析，结合金属活动顺序预测铝的化学性质。【分组讨论】“四人小组”讨论交流Na、Mg、Fe的性质，预测铝的化学性质，然后选一名代表进行交流。(课前布置)【归纳整理】做出假设【深入探究】能否从化学反应的实质分析为什么铝具有这些性质？【实验探究】铝的还原性[实验一]学生演示：铝粉蘸在脱脂棉上，用坩埚钳夹住在酒精灯上点燃，并立即伸入盛有氧气的集气瓶(瓶底放一些细沙)。学生在教师指导下进行实验操作。[实验二]教师演示：1)取5 g氧化铁和2 g铝粉混合　2)折叠纸漏斗　3)安装装置　4)点燃镁条【学生活动】学生注意观察现象，然后记录实验现象。实验内容实验现象结论铝与氧气反应  铝与三氧化二铁反应  【问题思考】①根据铝与氧气反应的实验现象看出铝的化学性质很活泼，为什么在日常生活中人们还大量使用铝制器具？②铝与三氧化二铁的实验中镁条和少量氯酸钾的作用是什么？怎样证明生成物中有单质铁？③铝与三氧化二铁组成的混合物叫什么？发生的反应被称作什么反应？反应有什么特点？铝热反应有哪些实际应用？④写出这两个反应的方程式，并从氧化还原的角度分析铝的作用，思考铝能否与其他非金属反应。【讨论互动】学生讨论交流，教师根据学生的回答情况进行评价，然后得出结论。【板书】2.铝单质的化学性质①铝与氧气反应②铝与氧化铁反应【录像】铝热反应的实际应用。学生通过观看总结铝热反应的用途：焊接钢轨、冶炼金属、定点爆破等。【设计思路】结合实验内容和有关问题，使学生学会如何处理材料。让学生动手参与演示实验，提高学生的学习兴趣。结合生活实际问题开阔学生视野，也促使学生懂得应用掌握的化学知识解决生活中的问题。【设问】通过对上述反应的分析，看出铝的化学性质有何特点？【实验探究】[实验三]学生操作(2人一组)，教师巡回指导：1)分别取少量铝片于两支试管，一支中加稀硫酸，另一支中加氢氧化钠溶液；2)观察并记录现象。实验内容实验现象结论铝与稀硫酸反应  铝与氢氧化钠溶液反应  [交流总结]学生汇报实验现象，教师在学生汇报的基础上进行评价总结：铝既能与稀盐酸、稀硫酸等反应，又能与氢氧化钠等强碱溶液反应，都放出氢气，与强碱溶液的反应体现出铝的特殊性。[学习指导]引导学生看课本117页的[资料在线]，讲解四羟基合铝酸钠的组成，然后让学生写出铝与盐酸及氢氧化钠溶液反应的离子方程式。【板书】③与酸反应　　　2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑④与氢氧化钠溶液的反应　　2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　四羟基合铝酸钠【概括整合】根据实验探究让学生自己总结出铝的化学性质，教师巡回指导，将总结得好的同学予以表扬，并展示给全班同学。【联想质疑】自然界中有哪些铝的重要化合物呢？怎样从铝土矿中提纯Al2O3 呢？怎样制备Al(OH)3呢？它们有哪些重要性质和用途呢？引入新课，氧化铝和氢氧化铝是铝的两种化合物，它们具有不同于一般金属氧化物或氢氧化物的特殊性质。【板书】3.铝的重要化合物——氧化铝和氢氧化铝【实验探究】(提供0.5 mol·L－1的硫酸铝溶液、氨水、盐酸和氢氧化钠溶液)[实验四]学生分组进行，两人一组，要求认真操作细致观察，做好记录。(1)Al(OH)3的制备探究：由学生自己选择碱溶液，从而得出制备Al(OH)3的最佳选择。(2)Al(OH)3的性质探究：将制得的Al(OH)3沉淀分放在两支试管中，分别加入盐酸和氢氧化钠溶液，振荡，观察现象。【归纳整理】学生汇报实验现象，讨论得出结论，教师总结板书。【板书】①Al(OH)3：两性氢氧化物a．Al(OH)3与酸的反应Al(OH)3＋3H＋===Al3＋ ＋3H2Ob．Al(OH)3与碱的反应Al(OH)3＋OH—===[Al(OH)4]—【答疑解惑】请同学为没有在Al(OH)3的制备实验中得到氢氧化铝的同学分析原因，从而归纳出用硫酸铝溶液制取氢氧化铝的最佳方法。【板书】c.制备：铝盐和氨水反应Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH【归纳整理】氢氧化铝这类氢氧化物属于两性氢氧化物，两性氢氧化物既能与强酸反应，又能与强碱反应。【教师点拨】氧化铝也具有这样的性质，这类氧化物属于两性氧化物，两性氧化物既能与强酸反应，又能与强碱反应，且氧化铝与强碱反应也生成四羟基合铝酸根。【讨论互动】由学生四人小组讨论整理，写出氧化铝与盐酸和氢氧化钠溶液反应的化学方程式和离子方程式。一位同学表述Al2O3的性质，教师板书。【板书】2.氧化铝(Al2O3)——两性氧化物Al2O3不溶于水，也不溶于弱酸和弱碱Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O　　　　Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－【设计思路】迁移理论是学生进行类推学习的思想基础。由推测单个的物质性质及反应过渡到推测一类物质的性质及化学反应，是学生思维品质的一大飞跃。因此可以通过实例引导学生学会迁移，掌握迁移的方法。【迁移应用】(1)在生活中，你或许有这样的经验，铝制器具不能用来盛放醋、酸梅汤和碱水等物质。如果盛放这些物质的话，铝质器具就容易被腐蚀。请你尝试分析其中发生的化学反应。(2)引导学生阅读课本119页内容——铝合金及其制品，再结合上述铝的性质和自己的课前预习，分小组归纳出铝的用途，抽取一个小组的结果展示给全班同学，然后师生共同评价并完善，结果用板书投影显示如下：【板书】4.铝合金及其制品(1)合金：两种或两种以上的金属(或金属和非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。(2)铝及其合金的用途：(投影)课堂小结　　　　　通过上述学习，让学生试着归纳总结本节课的主要知识点，教师强调铝的强还原性及铝可与强碱反应的特性，强调氧化铝和氢氧化铝性质的特殊性：既能与强酸溶液反应，又能与强碱溶液反应，属于两性氧化物和两性氢氧化物。教学反思 　　　　　本教学设计运用实验和分类的方法实施教学，既能体现新的教学理念，又有利于促进学生发展。考虑到本节课联系生活实际紧密，课的引入从“神舟六号”载人飞船成功发射的一组图片，或利用生活中各种金属材料引出课题，让学生在学习了Na、Mg、Fe等金属性质的基础上比较分析，预测铝的性质，然后探究铝所具有的性质。学生通过类比和实验探究，不仅能获得对铝、氧化铝、氢氧化铝的感性认识，而且巩固了研究物质性质的一般方法和程序。为了突出重点知识，通过学生分组实验探究氢氧化铝的两性，培养学生透过现象看本质以及运用对比的方法学习化学知识的能力。对于铝与碱反应的原理及可溶性铝盐与强碱反应的图像等内容在本节课没有过多涉及，对铝的用途由教师和学生共同构建网络图，并与其性质紧密联系，体现了性质决定用途的化学思想。此外，还充分利用迁移理论进行教学，通过小组进行交流讨论调动学生学习的积极性，让学生参与学习的全过程，培养他们互相合作的精神和交流表达的能力，学生的体验深刻，是一种有效的学习过程。 课堂作业　　　　　1．有两块银白色的金属薄片，一块是镁，一块是铝，如何鉴别？答案：取两种金属少量分别放入试管中，然后分别滴加氢氧化钠溶液，有气体产生的是金属铝。2．等质量的铝粉分别与足量的稀硫酸和氢氧化钠溶液反应，放出氢气的物质的量之比是多少？答案：1∶13．下列物质中，不能与铝粉组成铝热剂的是(　　)。A．Fe2O3           B．Fe3O4               C．V2O5           D．MgO答案：D4．只用下列试剂中的一种，就能将Ba(NO3)2、NaHCO3、AlCl3三种无色透明的溶液区别出来，这种试剂是(　　)。A．硫酸         B．盐酸             C．氨水           D．氢氧化钠溶液答案：A5．将物质的量相等的镁和铝混合，取4份等质量的该混合物分别加到足量的下列溶液中，充分反应后放出氢气最多的是(　　)。A．3 mol·L－1HCl                       B．3 mol·L－1HNO3C．8 mol·L－1NaOH                     D．18 mol·L－1H2SO4答案：A6．某无色透明溶液，加入金属铝反应放出H2，试判断离子：Mg2＋、Cu2＋、Ba2＋、H＋、Ag＋、SO、HCO、OH－、NO。在下列两种情况中，可能存在于此溶液中的是：(1)当与Al反应后，生成Al3＋时，原溶液中可能存在的离子有_______________________。(2)当与Al反应后，生成[Al(OH)4]－时，原溶液中可能存在的离子有__________________。答案：(1)H＋、SO、Mg2＋       (2)Ba2＋、OH－、NO7．如何除去下列物质中的杂质？写出有关反应的离子方程式。(1)Fe(Al)(2)Fe2O3(Al2O3)答案：(1)氢氧化钠溶液　2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑(2)氢氧化钠溶液　Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－