第八单元 金属和金属材料 §8-2 金属的化学性质
课型：新授课
课时安排：2课时
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教学目标
1. 了解常见金属与氧气的反应：学生应掌握铁、铝、铜等常见金属在不同条件下的氧化反应，理解金属的活泼性差异。
2. 认识金属与酸的置换反应：通过实验探究，学生应初步了解常见金属与盐酸、硫酸的反应，掌握置换反应的基本概念，并能用置换反应解释生活中的相关现象。
3. 掌握金属活动性顺序表：学生应能够根据金属活动性顺序表判断金属之间的置换反应是否能够发生，并能用此规律解决实际问题。
4. 应用金属活动性顺序：学生应能够运用金属活动性顺序表对常见的金属与盐溶液的反应进行简单判断，并理解其在日常生活中的应用。
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重点与难点
1. 从实验出发得出金属活动性顺序表：通过实验观察和分析，帮助学生理解金属活动性的强弱顺序，并掌握如何根据实验现象推导出金属活动性顺序表。
2. 用金属活动性顺序规律判断反应能否发生：学生需要掌握金属活动性顺序表的应用，能够根据该表判断金属之间是否会发生置换反应，这是本节课的重点和难点。
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教学方法
1. 实验发现法：通过实验让学生亲身体验金属与氧气、酸、盐溶液的反应，培养学生的观察能力和实验操作能力。
2. 讨论法：在实验过程中，引导学生进行小组讨论，分享实验结果，培养学生的合作精神和思维能力。
3. 讲解法：教师在实验后进行总结和讲解，帮助学生理解实验现象背后的化学原理，巩固所学知识。
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教学过程
一、引入新课
金属的用途不仅与其物理性质有关，还与其化学性质密切相关。例如，金属的耐腐蚀性、导电性等物理性质决定了它们在工业和生活中的应用，而金属的化学性质则决定了它们与其他物质的反应能力。今天，我们将重点探讨金属的化学性质，特别是金属与氧气、酸以及盐溶液的反应。
二、金属与氧气的反应
# 1. 常温下能与氧气反应的金属
以镁、铝为代表的金属，在常温下就能与空气中的氧气发生反应，生成金属氧化物。这种反应非常迅速，甚至可以在空气中自发进行。例如：
- 镁（Mg）与氧气（O）反应生成氧化镁（MgO）：
\[ 2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO \]
- 铝（Al）与氧气（O）反应生成氧化铝（AlO）：
\[ 4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3 \]
这两种金属之所以能在常温下与氧气反应，是因为它们具有较强的还原性，容易失去电子，形成稳定的氧化物。铝表面形成的氧化铝薄膜还能起到保护作用，防止进一步氧化。
# 2. 高温下与氧气反应的金属
以铁、铜为代表的金属，在常温下不易与氧气反应，但在高温条件下可以发生氧化反应。例如：
- 铁（Fe）在高温下与氧气（O）反应生成四氧化三铁（FeO）：
\[ 3Fe + 2O_2 \xrightarrow{\text{高温}} Fe_3O_4 \]
- 铜（Cu）在高温下与氧气（O）反应生成氧化铜（CuO）：
\[ 2Cu + O_2 \xrightarrow{\text{加热}} 2CuO \]
这些金属的活性较低，只有在高温条件下才能克服氧化反应所需的能量障碍，因此它们的氧化反应较为缓慢。
# 3. 即使在高温下也不与氧气反应的金属
金（Au）是典型的不活泼金属，即使在高温下也不会与氧气发生反应。这是因为金的还原性极低，难以失去电子，因此它的化学稳定性非常高。这也是为什么金常被用于制作首饰和货币的原因之一。
通过上述反应，我们可以大致反映出金属的活动性顺序：镁、铝活泼，铁、铜次之，金最不活泼。那么，有没有更全面地反映金属活动性顺序的方法呢？接下来，我们将通过实验来进一步探讨这个问题。
三、金属与酸的反应
# 实验探究：金属与酸的反应
为了更全面地了解金属的活动性顺序，我们可以通过金属与酸的反应来进行实验探究。在这个实验中，我们将使用几种常见的金属（如镁、锌、铁）分别与稀盐酸或稀硫酸反应，观察反应的剧烈程度、放热情况以及产生氢气的速度。
## 实验步骤：
1. 准备材料：取几支试管，分别加入少量的稀盐酸或稀硫酸。
2. 加入金属：将镁条、锌粒、铁钉分别放入不同的试管中，观察反应现象。
3. 记录现象：注意观察反应的剧烈程度、是否有气体产生、溶液颜色的变化等。
4. 填写表格：根据实验现象，填写以下表格：
| 金属 | 反应现象 | 化学方程式 |
|------|----------|------------|
| 镁 | | |
| 锌 | | |
| 铁 | | |
## 实验现象及结论：
- 镁与稀盐酸反应：反应非常剧烈，迅速产生大量气泡，溶液温度升高，说明镁的活性较强。
\[ Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2 \uparrow \]
- 锌与稀盐酸反应：反应较为剧烈，产生气泡的速度较快，溶液温度略有升高，说明锌的活性较镁稍弱。
\[ Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow \]
- 铁与稀盐酸反应：反应较为缓慢，产生气泡的速度较慢，溶液温度变化不大，说明铁的活性较锌更弱。
\[ Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow \]
通过这个实验，我们可以得出金属的活动性顺序为：镁 > 锌 > 铁。这表明金属的活性越强，与酸反应的速度就越快，产生的氢气也越多。
# 置换反应的概念
在上述实验中，金属与酸的反应属于一种特殊的反应类型——置换反应。置换反应是指一种单质与化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应。例如，镁与盐酸反应生成氯化镁和氢气，这就是一个典型的置换反应。
置换反应的特点是：反应物中有单质参与，生成物中也有单质生成。这类反应在日常生活中有广泛的应用，例如金属的冶炼、电池的工作原理等。
四、金属与盐溶液的反应
除了金属与酸的反应外，金属与盐溶液的反应也能反映金属的活动性顺序。我们可以通过以下几个实验来进一步验证这一点。
# 实验演示：金属与盐溶液的反应
1. 铝丝插入硫酸铜溶液中：将一根洁净的铝丝插入硫酸铜溶液中，观察现象。可以看到，铝丝表面逐渐覆盖上一层红色的物质，溶液的颜色逐渐变浅。这是因为铝的活性比铜强，铝能够将铜从硫酸铜溶液中置换出来，生成硫酸铝和铜。
\[ 2Al + 3CuSO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3Cu \]
2. 铜丝插入硝酸银溶液中：将一根洁净的铜丝插入硝酸银溶液中，观察现象。可以看到，铜丝表面逐渐覆盖上一层银白色的物质，溶液的颜色逐渐变深。这是因为铜的活性比银强，铜能够将银从硝酸银溶液中置换出来，生成硝酸铜和银。
\[ Cu + 2AgNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2Ag \]
3. 铜丝插入硫酸铝溶液中：将一根洁净的铜丝插入硫酸铝溶液中，观察现象。可以看到，没有任何明显的变化。这是因为铜的活性比铝弱，铜无法将铝从硫酸铝溶液中置换出来，因此不会发生反应。
通过这些实验，我们可以进一步确认金属的活动性顺序：铝 > 铜 > 银。这表明，金属的活性越强，它就越容易将其他金属从其盐溶液中置换出来。
# 金属活动性顺序表
经过许多类似的探究过程，人们归纳出了常见金属在溶液中的活动性顺序。以下是常见的金属活动性顺序表：
\[ K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Sn > Pb > (H) > Cu > Hg > Ag > Pt > Au \]
这个顺序表可以帮助我们判断金属之间的置换反应是否能够发生。如果前面的金属比后面的金属活泼，那么它就可以将后面的金属从其盐溶液中置换出来；反之，则不能发生反应。
五、课堂练习
为了巩固所学知识，我们来做一些课堂练习。请同学们完成课本第14页的第5题和第6题，检验自己对金属活动性顺序的理解和应用能力。
六、课堂小结
本节课我们主要学习了金属的化学性质，包括金属与氧气、酸以及盐溶液的反应。通过实验探究，我们得出了金属的活动性顺序，并掌握了如何用金属活动性顺序表判断置换反应的发生。希望同学们能够熟练掌握这些知识，并在今后的学习中灵活应用。
七、布置作业
请同学们完成课本第14页的第1至第4题，进一步巩固本节课所学内容。
八、课后记
本节课内容容量较大，涉及多个化学方程式的书写和记忆，学生理解起来并不难，但要熟练应用还需要一定的时间和练习。建议在后续的教学中，多安排一些相关的习题和实验，帮助学生加深对金属活动性顺序的理解和掌握。
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通过本节课的学习，学生不仅掌握了金属与氧气、酸以及盐溶液的反应规律，还学会了如何用金属活动性顺序表判断置换反应的发生。这些知识不仅有助于学生理解金属的化学性质，还能帮助他们解决日常生活中的实际问题。希望同学们能够在今后的学习中，继续保持对化学的兴趣，积极探索更多有趣的化学现象。