几种重要金属教师版

几种重要的金属

第一课时 金属的概述 考纲要求

1.金属元素原子结构的特征和在周期表中的位置； 2.金属晶体的结构和性质； 3.金属的共性和结构的关系。 自学反馈

1.金属元素在周期表中的位置及原子结构特征 1.1.金属元素在周期表中的位置

在目前已知的112种元素中，金属元素有90种，集中位于周期表的左、中下方，属于主族元素和过渡元素。请你自己画出一个元素周期表，并标出金属元素所处的区域。 1.2.原子结构特征

①金属元素原子最外层电子数比同周期非金属元素原子最外层电子数少，一般小于4（Sn、Pb、Sb、Bi≥4）。

②金属元素原子半径比同周期非金属元素原子半径大（惰性元素除外）。 1.3.晶体结构

①金属元素形成的金属单质，在固态时全是金属晶体。在金属晶体中，金属原子好像硬球，一层一层地紧密堆积着。即一个挨一个地堆积在一起，使一定体积的晶体内有最多数目的原子。但由于金属原子的价电子较少，容易失去电子成为金属离子，而释出的价电子并不专属于某个特定的金属离子，它们在整个晶体里自由地运动着，称为自由电子。金属晶体就是依靠金属阳离子和自由电子间的较强作用形成的。

②金属晶体熔沸点与金属键的强弱有关，金属键的强弱与 和 有关；随着 增强，金属键依次增强，金属晶体的熔沸点依次 。 2.金属的分类

2.1.按原子结构特点分

⑴无变价金属：ⅠA、ⅡA及Al等金属；

⑵变价金属：ⅣA、ⅤA族、副族、第Ⅷ族金属元素。试从结构上分析其原因。 2.2.冶金工业上

2.3.按密度不同

2.4.按其丰度不同

3.金属的性质

3.1.物理共性：由于金属一般都是以金属键形成金属晶体，实现层状紧密堆积，使金属具有许多共同的性质。

⑴状态：通常情况下，除Hg外，其余金属都是固态。 ⑵有金属光泽，不透明。

⑶有导热性和导电性。 ⑷有延展性。 3.2.化学共性：

(1)均具有较强的还原性：

(2)在化合物中只有正价没有负价。

4.合金 教学目标

4.1.认识金属与合金在性能上的主要差异及其原因； 4.2.了解合金元素的种类、含量对合金性能的影响；

4.3.知道生活中常见合金（如：铁合金、铝合金和铜合金）的组成、性能和用途； 4.4.感受新型合金的特殊性能及其在现代社会的应用； 教学重点

4.5.金属和合金在性能上的主要差异及其原因； 4.6.铁合金、铝合金和铜合金的组成、性能和用途； 教学难点

合金的结构与性能之间的关系

合金：由两种或两种以上金属（或与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。 物理性质

(1)一般情况下，合金比纯金属硬度大、更坚硬； (2)多数合金的熔点一般比各成分金属的低；

(3)一般来说，合金的性质并不是各成分的性质的总和，合金具有良好的物理、化学和机械的性能；

(4)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。如：生铁的熔点比纯铁的低、硬铝（Cu、Mn、Si）的强度和硬度都比纯铝大； 设问：为什么在纯金属加入其他元素形成合金以后，它的性能与纯金属有很大的差异呢？（主要分析硬度与熔点两方面）（学生阅读教材P48～49，归纳总结）

小结：合金内加入了其他元素或大或小的原子，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。因此，在一般情况下，合金比纯金属硬度大。

同理在纯金属内，所有的原子大小相同，排列十分规整。而合金内原子的大小不一，排列没有纯金属那样整齐，使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数合金的熔点一般比各成分金属的低。 知识简介： 4.7.常用的合金 4.7.1.铁和铁合金 含碳量 性能

生 铁 2％～4.3% 生铁硬度大、抗压、性脆，可铸不可锻 钢 0.03%~2% 有良好的延展性，机械性能好，可铸可锻 4.7.2.铝和铝合金 铝 铝合金 成 分 Al 向Al中加入少量的合金元素如：Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素 性 能 硬度、强度较小 1.抗腐蚀能力强，强度高，密度较小，如：高压锅是由铝合金制造的 2.硬铝的性能 4.7.3.铜合金

A.铜合金分类：铜合金分为黄铜、青铜和白铜。 ①白铜：是铜镍合金，主要用来制造精密机械、精密仪表中的耐蚀零件及电阻器、热电偶等。 ②黄铜：铜和锌著称的合金统称为黄铜。其中铜锌二元合金称普通黄铜。除锌外再加入其它元素所组成的多元黄铜称为特殊黄铜。

铸造黄铜具有较高的力学性能，铸造性能较好，且价格比青铜低。常用于一般用途的轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等耐蚀件。

③青铜：可分为普通青铜（锡青铜）和特殊青铜（铝青铜、铅青铜、硅青铜、铍青铜等）两大类。

B.铜合金铸造工艺

各种成分的铜合金的结晶特征不同，铸造性能不同，铸造工艺特点也不同。 ①锡青铜：结晶特征是结晶温度范围大，凝固区域宽。铸造性能方面流动性差，易产生缩松，不易氧化。工艺特点是壁厚件采取定向凝固（顺序凝固），复杂薄壁件、一般壁厚件采取同时凝固。

②铝青铜和铝黄铜：结晶特征是结晶温度范围小，为逐层凝固特征。铸造性能方面流动性较好，易形成集中缩孔，极易氧化。工艺特点是铝青铜浇注系统为底注式，铝黄铜浇注系统为敞开式。

③硅黄铜：结晶特征是介于锡青铜和铝青铜之间。铸造性能最好（在特殊黄铜中）。工艺特点是顺序凝固工艺，中注式浇注系统，暗冒口尺寸较小。 4.7.4.新型合金

①储氢合金：未来能源的开发中，氢是一种发热高、无污染、无公害、取之不尽、用之不竭的能源，是能源研究的一个发展方向，关键问题是如何贮存氢?氢气是一种易燃易爆的气体，要在-253℃才液化。1968年美国首先发现Mg-Ni合金具有贮氢功能，但要在250℃时才放出氢。后相继发现Ti-Fe，Ti-Mn，La-Ni等合金也有贮氢功能。 La—N1贮氢台金在常温、0.152 MPa下就可放出氢，可用于汽车、燃料电池等，新型贮氢合金材料的发现和实际应用有待于21世纪继续努力。

②钛合金：以钛为基加入其他合金元素组成的合金称作钛合金。钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀性能好、工艺性能好等优点,是较为理想的航天工程结构材料。

③耐热合金：镍钴合金能耐1200℃，用于喷气发动机和燃气轮机的构件。镍铬铁非磁性耐热合金在1200℃时仍具有高强度、韧性好的特点，可用于航天飞机的部件和原子反应堆的控制捧等。寻找耐高温（1000℃以上）、可长时间运行（10000 h以上）、耐腐蚀、高强度等要求的合金材料，仍是今后研究的方向。

④形状记忆合金：它们具有高弹性、金属橡胶性能、高强度等特点，如Ni-Ti，Ag-Cd，Cu-Cd，Cu-A1-Ni，Cu-A1-Zn等合金，可用作调节装置的弹性元件（如离合器，节流阀，温控元素等）、热引擎材料、医疗材料（牙齿矫正材料）等。 ⑤泡沫合金w.k.s.5.u.c.o.m

第二课时 镁、铝及其化合物 考纲要求

1.掌握镁和铝单质的化学性质，并重点掌握镁和铝的特性；

2.掌握镁和铝的化合物的性质，并重点掌握铝及其化合物的两性； 3.注重图像在化学解题中的应用。 自学反馈 复习重点：

1.掌握金属Al及其重要化合物的主要性质、应用及其计算。 2.了解海水提镁、硬水软化的方法。 3.了解金属Al的冶炼原理。 知识梳理 1.铝的结构：

1.1.原子结构示意图：

1.2.周期表中位置：第三周期ⅢA族，铝原子核外有三个电子，在化学反应中，容易失去最外层的三个电子，显+3价。 2.铝单质的性质

2.1．物理性质：银白色金属，硬度和密度小，具有良好的导电导热性和延展性。在空气中 具有很好的耐腐蚀性。

△

2.2．化学性质:

(1)与非金属单质反应：A、2Al+3Cl2====2AlCl3

B、铝在空气中缓慢氧化，在氧气中点燃剧烈燃烧。 点燃

4Al+3O2 ========= 2Al2O3

思考：在金属活泼性顺序中铝排在铁的前面，那为什么铁在空气中易生锈而铝在空气中不易被腐蚀呢？

铝与空气中的氧气反应生成致密的氧化膜并牢固地覆盖在铝表面，阻止了内部的铝与空气接触。

(2)与盐溶液反应：2Al+3CuSO4 ＝3Cu+Al2(SO4)3

(3)与某些氧化物反应—铝热反应：2Al + Fe2O3 == 2Fe + Al2O3铝热剂 现象：发出耀眼的光芒、放出大量的热、有熔融物生成。 类比：写出Al分别与MnO2 、V2O5 的反应方程式

△

(4)与沸水微弱反应：2Al+6H2O ========= 2Al（OH）3 + 3H2↑ (5)与酸反应：：2Al+6HCl ====== 2AlCl3+H2↑ 2Al+3H2SO4 ====== Al2(SO4)3+ 3H2↑ 注意：铝在冷的浓硫酸、浓硝酸中钝化。 某些金属在常温下遇强氧化性酸如浓硫酸、浓硝酸时在表面生成致密的氧化膜，从而阻止内部金属进一步发生反应，这种现象称为钝化。 (6)与碱反应: ２Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

化合价升高，被氧化，失6e—

①2Al+6H2O ====== 2Al(OH)3 +3H2↑ 反应的实质:分两步进行:

化合价降低，被还原，得6e—

②Al(OH)3+NaOH ======== NaAlO2+2H2O 失2×3 e2Al+6H2O+2NaOH = 2NaAlO2+3H2↑+4H2O

得6×e

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3.铝的重要化合物 3.1.氧化铝（Al2O3）

(1)物理性质：白色固体、熔点高（2054℃） 、不溶于水，不与水化合。常作耐火材料。 刚玉的主要成分是Al2O3 ，其中把含少量铬元素的刚玉称为红宝石；含少量的铁和钛元素的 刚玉称为蓝宝石。 (2)化学性质：

①电解熔融的氧化铝制备单质铝但由于氧化铝的熔点很高，故在氧化铝中添加冰晶石（Na3AlF6)降低其熔点。 电解 2Al2O3 ========= 2Al + 3 O2 ↑ ②与酸反应：Al2O3＋6HCl＝AlCl3＋3H2O ③与碱反应：Al2O3＋2NaOH＝2NaAlO2＋H2O

既能与酸反应又能与碱反应生成盐和水的氧化物叫两性氧化物 3.2.氢氧化铝（Al（OH)3）

(1)物理性质：氢氧化铝是白色胶状物质，不溶于水，有强的吸附性，可以吸附水中的悬浮 物和各种色素。

(2)化学性质：①不稳定性：氢氧化铝不稳定，受热易分解。 △

2Al(OH)3 ＝ Al2O3＋2H2O这是工业上制取纯净氧化铝的方法。 ②Al(OH)3+NaOH= NaAlO2+2H2O ③Al(OH)3 + 3HCl= AlCl3 + 3H2O

Al(OH)3 具有两性的原因：H++AlO2—+H2O

Al(OH)3

Al3+ + 3OH—

注意：(1)氢氧化铝作为碱时是三元碱；作为酸时是一元酸（HAlO3）。 (2)氢氧化铝与酸碱反应时，弱酸弱碱是不能把氢氧化铝溶解的。 3.3.明矾：KAl(SO4)2·12H2O

复盐的概念:由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的盐叫复盐。 KAl(SO4)2 =K++Al3++2SO42-

△ Al3++3H2O ====== Al(OH)3 （胶体） +3H+

4.Al3+、AlO2—的 性质 4.1.Al3+的性质

4.1.1.AlCl3中逐滴加入氨水：Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3 ↓+3NH4+用Al3+制取Al(OH)3用弱碱更合适

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