学年高中化学 24 镁和铝的冶炼教案2 苏教版选修2docWord文件下载.docx

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常见金属:

如铁、铜、锡、镁、铝等。

稀有金属：

如钽、锆、铌等。

［师］［展示几种金属样品］同学们，我这儿有几种金属样品，请仔细观察，大家通过讨论得出金属的通性。

［生］物理性质

1.常温时，除了汞为液体外，其他金属都是固体。

2.有金属光泽。

这种现象只有当金属为块状时才能表现出来，粉末状时呈暗灰色或黑色。

3.大多数金属有良好的导电性和导热性，导电性最好的是Ag，其次是Cu，再后为Al。

4.大多数金属具有展性和延性。

延性最好的是铂，展性最好的是金。

5.金属的硬度一般较大。

但不同金属差别也大，最硬的是铬，而Na、K很软。

6.金属的熔点一般较高。

但高低差别较大，最难熔的是钨，最易熔的是汞。

［师］同学们，请先回忆学过的一些金属的化学性质，然后我们共同归纳出金属的化学通性。

［生］化学性质

金属容易失去最外层电子，变成金属阳离子，表现出还原性。

金属还原性强弱的顺序可归纳为（金属活动顺序表）：

K　Ca　Na　Mg　Al　Zn　Fe　Sn　Pb（H）　Cu　Hg　Ag　Pt　Au。

适用于水溶液（或熔化状态）中进行的反应，体现如下：

（1）排在前面的金属能把后面的金属从其盐溶液中置换出来；

（2）排在氢前面的金属能从稀酸溶液中置换出氢。

［师］为什么不同的金属在化学反应中所表现出来的还原性强弱不同呢？

下面，我们通过比较，来学习最常见的两种金属镁和铝的性质。

［板书］第四章几种重要的金属

第一节镁和铝

［师］镁和铝的性质有类似的地方，但由于结构不同，因此性质上又有许多差异。

［板书］一、镁和铝的物理性质

［师］下面，我们通过下表来学习一下镁和铝的物理性质。

［投影展示表4—2］

表4—2镁和铝的性质

元素名称

元素符号

核电荷数

原子结构示意图

单质的物理性质

颜色和状态

硬度

镁

Mg

12

银白色固体

很软

1.738

645

1090

铝

Al

13

2.70

660.4

2467

［师］首先同学们画出镁和铝的原子结构示意图，并指出它们的原子结构有哪些特点？

然后，再说出它们分别位于元素周期表的第几周期，第几族？

［生］在练习本上画镁和铝的原子结构示意图：

答：

镁和铝分别位于第三周期的ⅡA和ⅢA族，原子半径r（Mg）＞r（Al）。

［师］通过上表，请比较镁和铝的物理性质。

［生］

（1）相似性：

都是银白色的轻金属，有较强的韧性、延性和展性，熔点较低，硬度较小，有良好的导电、导热性。

（2）差异性：

铝的硬度比镁大，熔点、沸点比镁高。

［师］请利用镁铝的原子结构及有关知识分析二者物理性质上的差异性。

［生］原因：

铝的价电子比镁多，原子半径比镁小，故铝单质中存在的化学键比镁中的强。

［师］物质的用途常与它们的性质有很大关系，如铝常用于制作导线和电缆，铝箔常用于食品、饮料的包装等。

而镁和铝的更重要的用途是制造合金。

请同学们举出最常见的镁、铝合金的用途。

［生］可用来做门窗。

［师］制成合金可克服纯镁和纯铝的硬度、强度较低，不适于制造机器零件的缺点，而具有质轻、坚韧、机械性能较好等许多优良性质。

［师］镁和铝都是第三周期中比较活泼的金属，它们有哪些化学性质呢？

下面我们就来学习一下二者的化学性质。

［板书］二、镁和铝的化学性质

［师］在高中化学第一册第五章，学习元素周期律知识时，我们曾学过镁、铝分别跟热水反应的实验，请同学们回忆一下实验现象并写出化学反应方程式。

［生］化学方程式：

Mg+2H2O

Mg（OH）2+H2↑

现象：

（事先在水中滴加酚酞）待水沸腾后，镁带表面变红，说明有碱生成，而铝则不能。

［师］镁和铝同属第三周期的元素，原子最外层分别有2个和3个电子，在参加化学反应时，容易失去最外层电子成为阳离子。

但为什么与水反应时有如此大的差别呢？

请同学们试从原子结构的知识来解释。

［生］镁和铝分属不同的主族元素，镁比铝的原子半径大，最外层电子数少，原子核对最外层电子的引力更小一些，因此镁的最外层电子更易失去，镁比铝更活泼。

结构决定性质，由于结构不同，所以二者性质有差异。

［师］很好。

下面我们就采用实验对比的方法来学习二者的化学性质。

［板书］1.跟非金属反应

思考：

我们知道，镁和铝都具有金属光泽，而为什么我手中的镁带和铝箔没有光泽呢？

［答］在常温下，镁和铝都跟空气里的氧气起反应，生成一层致密而坚固的氧化物薄膜，从而使金属失去光泽。

［师］回答很好。

下面我们来观察一下实验（展示镁带在空气中燃烧，现象：

发出耀眼的强光）。

［问］铝能不能燃烧呢？

让我们共同观察一个实验。

［演示］（实验4—1）铝箔的燃烧

［实验说明：

应注意当火柴燃尽时，再把铝箔伸入集气瓶中，不能过早伸入，以免消耗过多氧气］

［师］同学们，你们能说出铝箔在氧气中燃烧的现象，并给出化学方程式吗？

［生］铝箔在氧气中可以燃烧，并放出大量的热，产生耀眼的白光。

化学反应方程式为：

2Al+3O2

2Al2O3

［师］镁和铝都能跟氧气反应，但在常温下，镁、铝表面都能形成致密氧化物薄膜而阻止金属继续氧化，所以镁和铝都具有抗腐蚀性。

镁和铝除能跟氧气起反应外，在加热时还能跟其他非金属如硫、卤素等起反应。

［练习］写出镁、铝分别与Cl2、S反应的化学方程式。

［答案：

Mg+Cl2

MgCl2

Mg+S

MgS

2Al+3Cl2

2AlCl3

2Al+3S

Al2S3

［板书］2.跟酸的反应

［演示］在投影仪上放一培养皿，并盛少量稀盐酸，用砂纸擦掉镁带和铝箔表面的氧化膜后，放入同一培养皿中观察投影屏幕。

［师］请同学们说出观察到的现象。

［生］镁带和铝箔表面都有气泡，但镁的反应更剧烈一些。

［师］很好，同学们观察的很仔细。

其实这类反应的实质是金属跟酸溶液中的氢离子进行反应，氢离子被还原成氢气。

［练习］请写出镁、铝分别跟稀硫酸反应的离子方程式。

［答案］Mg+2H+====Mg2++H2↑

2Al+6H+====2Al3++3H2↑

［师］以上是镁、铝与非氧化性酸的反应，如果是氧化性的酸，情况则大不相同，如镁与浓硫酸和浓硝酸的反应分别为：

Mg+2H2SO4

MgSO4+SO2↑+2H2O

Mg+4HNO3

Mg（NO3）2+2NO2↑+2H2O

不会产生H2。

而对于铝来说，在冷的浓硫酸或冷的浓硝酸中，表面会被钝化，生成坚固的氧化膜，可阻止反应的继续进行。

因此，可以用铝制的容器装运浓硫酸或浓硝酸。

［板书］3.跟碱反应

［师］我们知道，很多金属能跟酸起反应，但大多数金属却不能跟碱起反应，那么，镁和铝遇到碱时能不能发生反应呢？

［演示］（实验4—2）由学生演示实验。

［师］观察现象并思考如何进行解释，写出反应方程式，并标出电子转移的方向和数目。

［生］Mg与碱溶液不反应。

Al可以与强碱溶液反应，并产生可燃性的气体（H2），反应方程式为：

2Al+2H2O+2NaOH====2NaAlO2＋3H2↑。

［师］铝的表面有一层氧化膜（氧化铝），能与氢氧化钠反应而除去，从而使铝暴露出来与水反应生成氢氧化铝，而氢氧化铝具有两性，与碱反应生成盐和水，而使反应得以进行。

所以事实上该反应是分两步进行的：

2Al+6H2O====2Al（OH）3+3H2↑

2Al（OH）3+2NaOH====2NaAlO2+4H2O

总反应为：

铝与氢氧化钠溶液反应时，氧化剂是水。

［练习］回忆硅与氢氧化钠溶液的反应，写出反应方程式。

Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑］

［师］在这个反应中氧化剂也是H2O，所以若要标出电子转移的数目需要在方程式的两边各补上1个H2O分子。

［板书］4.跟某些氧化物的反应

［师］镁和铝都是较活泼的金属，它们的还原性比较强，不仅能把氧气还原，而且在一定条件下还能跟某些氧化物起反应，将其中的某些元素还原。

［演示］（实验4—3）镁条在二氧化碳里燃烧

［实验说明］在做镁条在二氧化碳中燃烧实验之前，可先用燃着的火柴伸入装满CO2的集气瓶里。

改用燃着的镁条时，应引导学生注意观察现象，并对两个实验的现象进行对比，以加深对知识的理解。

［实验注意事项］1.CO2要收集满，镁条要稍长一些，并由瓶口逐渐伸入到瓶底，使其充分反应，全部燃烧完。

2.实验所用的镁条应预先用砂纸擦去表面的氧化膜。

［师］观察现象然后分析写出化学方程式。

［生］火柴熄灭，而镁带剧烈燃烧，生成白色固体，在集气瓶壁上有黑色固体生成。

反应的化学方程式为：

2Mg+CO2

2MgO+C

［师］该反应为置换反应，说明了镁的强还原性，反应同时也说明了CO2不支持燃烧是相对的。

镁在二氧化硫中能否燃烧？

［答：

镁在二氧化硫中燃烧与在二氧化碳中相似，生成氧化镁和单质硫，但是生成的硫能继续与镁反应，生成硫化镁，反应的方程式为：

2Mg+SO2

2MgO+S,Mg+S

MgS］

［演示］（实验4—4）铝热反应

［实验中应注意的是］1.要使用没有被氧化的铝粉，氧化铁粉末要烘干。

氧化铁和铝粉的质量比为3∶1，混合要均匀。

2.KClO3作为引燃剂，也可以用Na2O2或BaO2代替。

实验时可以不用镁条点燃，而用在KClO3和白糖的混合物上滴加浓硫酸的方法来点燃。

操作方法如下：

把白糖和氯酸钾各0.5g混合均匀，堆放在铝粉和铁粉的混合物上，向其中滴加1～2滴浓硫酸，立即可以引发反应。

3.纸漏斗必须用水湿润。

4.注意安全，实验装置不宜离人太近。

［师］观察现象，写出反应方程式，分析各种试剂的作用。

［生］通过实验我们看到，镁条剧烈燃烧，放出一定的热量，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。

反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒。

纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。

反应的方程式：

2Al+Fe2O3

2Fe+Al2O3

反应中用到的铝热剂，是铝粉和某些金属氧化物（氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁、五氧化二钒、三氧化二铬、二氧化锰等）组成的混合物。

在该反应中，镁条和氯酸钾是引燃剂，镁条在空气中可以燃烧，氧气是氧化剂。

但插入混合物中的部分镁条燃烧时，氯酸钾则是氧化剂，以保证镁条的继续燃烧，同时放出足够的热量引发氧化铁和铝粉的反应。

由于该反应放出大量的热，只要反应已经引发就可剧烈进行，放出的热使生成的铁熔化为液态。

［师］铝热反应的原理可用于生产上，如焊接钢轨；

也可以用于冶金工业，用来冶炼难熔金属。

［练习］请同学们写出铝与三氧化二铬、二氧化锰、五氧化二钒反应的化学方程式。

［答案］2Al+Cr2O3====2Cr+Al2O3

4Al+3MnO2====3Mn+2Al2O3

3V2O5+10Al====5Al2O3+6V

［小结］本节课重点讲镁和铝的物理性质和化学性质。

它们原子的价电子数都比较少，因而性质上有类似的地方。

在物理性质上，它们都是密度较小、熔点较低、硬度较小的银白色金属。

在化学性质上，它们的原子易失去最外层电子而成为阳离子，所以都是比较活泼的金属，能跟非金属、酸起反应。

它们都是比较强的还原剂，能跟某些氧化物反应。

由于镁和铝分处于不同主族，结构不同，所以性质上又有许多差异。

在物理性质上，铝的硬度比镁稍大，熔点和沸点都比镁高。

在化学性质上，镁比铝更容易跟非金属、水、酸反应。

镁不能跟碱反应，但铝能跟碱溶液起反应，生成氢气和偏铝酸盐。

［布置作业］教材90页习题一、1；

习题四、1。

附:

板书设计

第四章几种重要的金属

一、镁和铝的物理性质

都是银白色的轻金属，有较强的韧性、延性和展性，有良好的导电、导热性。

二、镁和铝的化学性质

1.跟非金属反应

2Mg+O2

2MgO

4Al+3O2

2.跟酸的反应

Mg+2H＋====Mg2++H2↑

3.跟碱的反应

2Al+2NaOH+2H2O====2NaAlO2+3H2↑

4.跟某些氧化物的反应

教学心得:

本节是学习理论知识之后集中学习金属元素知识的，因此在教学中注意引导学生自学讨论，运用理论知识指导金属元素的学习。

例如，讲镁、铝的性质时，可结合元素周期表及周期律的知识。

这样，不仅巩固高中所学的理论知识，还可以培养学生分析问题、解决问题的能力。

另外，在讲解镁和铝的性质时，可采用实验——对比法，对学生进行精心的引导，让学生亲自参与到学习新知识的过程中来，最后通过对所学知识的应用——练习，使本节课的知识得以巩固，充分发挥学生的主体作用，达到较好的教学效果。

第2课时

［引言］从上一节课我们所学的知识可以知道：

镁和铝都是较活泼的金属。

因此，它们都以化合态存在于自然界中。

镁占地壳总质量的2.0%，在所有元素中为第8位，主要存在形式有：

光卤石（KCl·

MgCl2·

6H2O）、白云石（MgCO3·

CaCO3）、菱镁矿（MgCO3）、硫酸镁、滑石、石棉等。

铝占地壳总质量的7.7%，在所有元素中是第3位，在金属中为第1位，主要存在形式有：

铝土矿（Al2O3）、明矾石［KAl（SO4）2·

12H2O］、长石、云母等。

铝的最常见的重要化合物有：

Al2O3、Al（OH）3、硫酸铝钾等，它们有哪些性质呢？

下面我们就来学习这几种重要的铝的化合物的性质。

［板书］三、铝的重要化合物

1.氧化铝（Al2O3）

［师］（展示氧化铝）Al2O3为白色粉末，不溶于水，熔点2050℃，用作耐火材料。

自然界中纯净的Al2O3为无色晶体，俗称刚玉，硬度仅次于金刚石。

在高一元素周期律一节中曾介绍过氧化铝是典型的两性氧化物。

现在，请同学们回忆一下，什么样的氧化物是两性氧化物？

［生］像Al2O3这类既能与酸起反应生成盐和水，又能与碱起反应生成盐和水的氧化物，叫做两性氧化物。

［师］回答很好，请同学们写出Al2O3分别与盐酸、NaOH溶液反应的化学方程式及对应的离子方程式。

［板书］Al2O3+6HCl====2AlCl3+3H2O

Al2O3+6H+====2Al3++3H2O

Al2O3+2NaOH====2NaAlO2+H2O

Al2O3+2OH－====2AlO

+H2O

［师］Al2O3呈两性，那么它对应的水化物——Al（OH）3的性质又怎样呢？

［板书］2.氢氧化铝［Al（OH）3］

［师］现在我给同学们演示一下教材［实验4—5］，你们一定要通过观察后描述出实验现象。

［生］溶液中产生了不溶于水的白色胶状物质；

蒸发皿中生成了白色粉末。

［师］好，观察得非常仔细，我们必须具备观察能力。

现在我给大家解释一下反应原理。

［讲解并板书］上述反应可以表示如下：

Al2（SO4）3+6NH3·

H2O====2Al（OH）3↓+3（NH4）2SO4

2Al（OH）3

Al2O3+3H2O

［师］在实验室里可以用铝盐溶液跟氨水的反应来制取氢氧化铝。

［练习］请同学们写出实验室制取Al（OH）3的离子方程式。

［答案］2Al3++6NH3·

H2O====2Al（OH）3↓＋6NH

［师］在高一元素周期律一节中我们曾提到过：

Al（OH）3是典型的两性氢氧化物，既能跟酸起反应，又能跟碱起反应的氢氧化物。

好，现在我们通过实验来验证Al（OH）3是两性氢氧化物。

［演示］［实验4—6］

［板书并讲解］实验表明，Al（OH）3在盐酸和NaOH溶液里都能溶解。

这就说明它既能跟酸起反应，又能跟碱起反应，反应的化学方程式及离子方程式为：

Al（OH）3+3HCl====AlCl3＋3H2O

Al（OH）3＋3H＋====Al3++3H2O

Al（OH）3+NaOH====NaAlO2+2H2O

Al（OH）3+OH－====AlO

+2H2O

［问］通过实验4—5和4—6分析：

氢氧化铝能否和所有的碱溶液反应？

［答］不是，只跟强碱溶液发生反应。

［师］为什么Al（OH）3具有两性呢？

［板书并讲解］我们可用平衡移动的原理来作分析，氢氧化铝在水溶液中有两种电离方式：

H++AlO

+H2OAl（OH）3Al3++3OH－

酸式电离碱式电离

当向Al（OH）3溶液中加酸时，抑制酸式电离，促进碱式电离。

若加入足量的酸，则Al（OH）3将完全以碱的形式电离，即Al（OH）3溶于酸中；

当向氢氧化铝溶液中加碱时，抑制碱式电离，促进酸式电离。

若加入足量的碱，则Al（OH）3完全以酸的形式电离，即Al（OH）3溶于碱中。

［强调］氢氧化铝不能与弱酸反应，如向氢氧化铝浊液中通入二氧化碳不溶解；

也不与弱碱反应如氨水。

故实验室用NH3·

H2O制Al（OH）3，而不用强碱。

［投影练习］下列各图中，横坐标为某溶液中加入的某物质的量，纵坐标为生成沉淀的量，从A～E中选择符合表中各题要求的序号，填在表中。

溶液

加入的物质

答案序号

饱和石灰水

通入过量CO2

AlCl3溶液

加入过量氨水

含少量NaOH的NaAlO2溶液

逐滴加入稀盐酸

MgCl2、AlCl3混合溶液

逐滴加入NaOH溶液至过量

［思路分析］B［Ca（OH）2+CO2====CaCO3↓＋H2O；

CaCO3＋CO2＋H2O====Ca（HCO3）2，随着CO2的通入，沉淀量先达到最大值而后逐渐减少至消失］；

C［AlCl3＋3NH3·

H2O====Al（OH）3↓＋3NH4Cl，Al（OH）3不与弱碱反应，沉淀量达到最大值而不变］；

D［因为含少量的NaOH，所以最初不会产生Al（OH）3沉淀］；

E［NaOH+HCl====NaCl+H2O，最初无沉淀，待NaOH反应完后，发生反应NaAlO2+HCl+H2O====NaCl+Al（OH）3↓,

Al（OH）3+3HCl====AlCl3+3H2O，开始产生沉淀达最大值，而后减少至消失，从达到最大值到消失，消耗HCl的物质的量之比为1∶3］；

A［产生的沉淀为Mg（OH）2和Al（OH）3，而Mg（OH）2不与NaOH溶液反应，所以沉淀量达最大值后，再加NaOH，减少的是Al（OH）3，因此最后剩余为Mg（OH）2］

［板书］3.硫酸铝钾［KAl（SO4）2］

［师］我们在初中学过复盐，那么，什么样的盐是复盐呢？

［生］能电离出两种不同的阳离子和一种阴离子的盐。

［师］硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的化合物，是一种复盐，其化学式为KAl（SO4）2，它电离时能产生两种金属的阳离子。

请同学们写出电离方程式。

［板书］KAl（SO4）2====K++Al3++2SO

［师］十二水合硫酸铝钾［KAl（SO4）2·

12H2O］的俗名是明矾，是无色晶体，易溶于水，溶于水时，发生水解反应。

下面请同学们思考一个问题。

明矾的水溶液是呈酸性还是碱性？

明矾的水溶液呈酸性］

［板书］Al3++3H2OAl（OH）3＋3H＋

［师］明矾水解所产生的胶状物Al（OH）3吸附能力很强，可以吸附水里的杂质，并形成沉淀，使水澄清，所以明矾常用作净水剂，但广泛使用铝盐净化水可能导致脑损伤，造成严重的记忆力丧失，这是老年性痴呆症特有的症状。

使用时要切实注意，尽量扬长避短，才能使铝及其化合物对人类社会发展发挥出更为重要的作用。

［投影练习］向明矾溶液里加入Ba（OH）2溶液，待SO

沉淀完全时，铝元素的存在形式是（）

A.一部分为Al（OH）3沉淀，一部分以Al3+形式存在溶液中

B.一部分为Al（OH）3，一部分以AlO

形式存在溶液中

C.全部为Al（OH）3沉淀

D.几乎全部以AlO

形式存在于溶液中

D（要使SO

沉淀完全，则所需Ba（OH）2的物质的量为SO

的2倍，因此，相当于1molKOH与1molAl（OH）3刚好反应，生成1molKAlO2，KOH＋Al（OH）3====KAlO2+2H2O）］

［师］请同学们阅读课本第87页合金部分，然后回答以下几个问题：

1.什么是合金？

2.合金的性质特点是什么？

（学生仔细阅读）

［讲解并板书］四、合金

1.定义：

由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合在一起形成的具有金属特性的物质。

合金属于混合物，如：

青铜、黄铜、钢、生铁、钠钾合金等。

2.合金的性质特点：

一般说来，合金的熔点比其成分金属都低，而在硬度、韧性等方面却往往有其他成分金属所不具有的独特的性质。

如：

纯铁的硬度很小而钢的硬度较大。

［师］我们应该了解镁、铝合金，镁和铝的合金主要以质轻为特点，用于航空航天事业等。

目前通常用的铝合金门窗的成分是硬铝。

铝硅合金（含Si13.5%），它在凝固时收缩率很小，因而这种合金适合铸造。

在下列三种晶体①铝；

②硅；

③铝硅合金中，它们的熔点从低到高的顺序是（）

A.①③②B.②①③

C.③②①D.③①②

D合金的熔点一般比组成它的各成分的熔点都低，而原子晶体的熔点一般高于金属单质］

［小结］本节课重点讲解铝的重要化合物及对合金的简单了解。

［布置作业］1.阅读课后资料。

2.试用化学方程式表示下列反应。

三、铝的重要化合物

1.镁、铝的存在：

在自然界中仅有化合态。

2.氧化铝

物理性质：

白色难熔的粉末状固体

化学性质：

两性氧化物（既可与酸反应，又可与碱反应）

3.氢氧化铝——典型的两性氢氧化物

Al（OH）3+3H+====Al3++3H2O

Al（OH）3呈两性的原因：

H2O+H++AlO