资源简介

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3.2金属材料 教学设计
一、核心素养目标
宏观辨识与微观探析：能通过颜色、硬度、密度等宏观特征区分不同金属材料，如纯铁的银白色、铜的紫红色、铝合金的轻质性；理解金属键的微观作用是金属具有延展性、导电性的本质原因，能从原子结构角度解释金属的共性与个性差异。
变化观念与平衡思想：认识金属材料的腐蚀与防护本质是氧化还原反应，如铁生锈是铁被氧化的过程；理解合金性能优于纯金属的原因，如合金中原子排列方式的改变导致硬度提升，建立“组成决定性能”的变化观念。
证据推理与模型认知：通过金属与酸、盐溶液的反应现象作为证据，推理金属的活动性顺序；构建“组成—结构—性能—应用”的认知模型，如根据金属材料的硬度、耐腐蚀性等性能，预测其适用场景，提升模型应用能力。
科学探究与创新意识：能设计实验比较不同金属的活动性强弱，如通过锌、铁与稀盐酸的反应速率对比；在合金性能探究中，尝试分析合金成分对性能的影响，提出优化金属材料应用的初步思路，培养探究与创新思维。
科学态度与社会责任：了解金属材料在航空航天、医疗、建筑等领域的应用，如钛合金用于人造骨骼、铝合金用于飞机机身；认识金属资源的有限性，树立“合理利用、回收再利用”的资源保护意识；关注金属材料的环境影响，培养绿色化学理念与社会责任感。
二、教学重难点
重点：金属材料的分类（纯金属、合金）及常见纯金属（铁、铝、铜、钛等）的物理性质与主要用途；合金的概念与特性（硬度大于成分金属、熔点低于成分金属、耐腐蚀性增强等）；常见合金（铁合金、铝合金、铜合金、钛合金）的成分与应用；金属活动性顺序的应用（判断反应能否发生、比较金属活泼性）；金属材料的腐蚀与防护方法（涂漆、镀锌、改变内部结构等）。
难点：从微观结构角度解释合金特性的成因，如合金中不同原子的大小差异导致原子层滑动受阻，硬度提升；金属活动性顺序在复杂反应中的应用，如判断多种金属与盐溶液反应的先后顺序；根据实际需求选择合适金属材料的综合分析，需兼顾性能、成本、环境影响等因素；金属腐蚀速率的影响因素及防护措施的原理分析。
三、教学环节设计
（一）情境导入：金属材料的“无处不在”
1.多维素材展示：呈现一组金属材料应用的图片与实物——①航天飞机的钛合金外壳、②家用铁锅（铁合金）、③手机电路板中的铜导线、④铝合金门窗、⑤黄金饰品（纯金），提问学生：“这些物品都是金属材料，为何航天飞机用钛合金而非纯钛？手机导线用铜而非铁？不同金属材料的选择依据是什么？”
2.生活问题聚焦：播放“铁制品生锈导致损坏”的短视频，提出问题：“每年因金属腐蚀造成的经济损失巨大，如何防止金属腐蚀？为何不锈钢比纯铁更耐腐蚀？”引导学生思考金属材料的性能差异，自然引出本节课主题——金属材料。
3.师生互动：开展“金属材料大搜索”活动，让学生列举身边的金属材料，如钥匙（铜合金）、易拉罐（铝合金）、体温计（汞合金）等，教师将学生回答按“纯金属”“合金”分类记录，初步建立金属材料的分类认知。
（二）探究新知一：纯金属——金属材料的“基石”
1.自主观察与对比：给每组学生发放纯铁、纯铝、纯铜三种金属样品（标注编号），指导学生从颜色、状态、硬度（用相互刻画的方法）、导电性（用简易电路测试）四个维度进行实验，记录实验现象，完成初步对比。
2.共性与个性总结：
（1）金属共性：学生通过实验发现三种金属均为银白色（铜为紫红色）固体，有金属光泽，能导电，硬度适中，教师补充金属的共性还有延展性（如铝可制成铝箔）、导热性（如铁锅导热），并解释这些共性源于金属键的微观作用——金属原子间自由电子的流动导致导电性、导热性，原子层可滑动导致延展性。
（2）金属个性：引导学生分析实验数据，总结三种金属的个性——①纯铝：密度最小，硬度最小，质轻，常用于制造轻质物品；②纯铜：导电性最好，常用于制作导线；③纯铁：硬度比铝大，但易生锈，常用于制造需要强度的物品，但需防护。
3.常见纯金属的用途拓展：结合教材案例，补充钛、汞等纯金属的特性与应用——①钛：密度小、耐腐蚀性强，常用于航空航天和医疗（人造骨骼）；②汞：常温下唯一液态金属，用于体温计和血压计，但有毒需谨慎使用。
4.师生互动：开展“特性与用途匹配”活动，教师给出“导电性好”“密度小”“耐腐蚀性强”等特性，学生匹配对应的金属及用途，如“导电性好—铜—导线”“密度小—铝—易拉罐”，强化“特性决定用途”的认知。
（三）探究新知二：合金——金属材料的“升级版本”
1.概念引入与实验探究：
（1）概念讲解：教师给出合金的定义——合金是由一种金属跟其他金属（或非金属）熔合而成的具有金属特性的物质，强调“熔合”是核心，合金属于混合物。
（2）性能对比实验：给每组学生发放纯铝与铝合金、纯铁与不锈钢两组样品，开展两组对比实验——①硬度对比：用纯铝与铝合金相互刻画，观察划痕；②熔点对比：播放纯锡与焊锡（锡铅合金）的熔化实验视频，观察熔化先后顺序。
2.合金特性总结：学生通过实验发现铝合金硬度大于纯铝，焊锡熔点低于纯锡，教师补充合金的核心特性——①硬度大于成分金属；②熔点低于成分金属；③耐腐蚀性通常优于成分金属，并从微观角度解释：合金中不同原子的大小差异打破了纯金属原子的规则排列，导致原子层滑动受阻（硬度提升），原子间作用力减弱（熔点降低）。
3.常见合金的分类与应用：结合实物与图片，逐一讲解四类常见合金的成分与应用——
（1）铁合金：分为生铁（含碳量2%—4.3%）和钢（含碳量0.03%—2%），①生铁：硬度大、脆，用于制造铁锅、机床底座；②钢：韧性好、强度高，用于制造桥梁、汽车外壳，强调含碳量不同导致性能差异。
（2）铝合金：含铝、镁、铜等元素，密度小、强度高，用于飞机机身、铝合金门窗、易拉罐。
（3）铜合金：①青铜（铜锡合金）：硬度大、耐腐蚀，用于古代青铜器、现代轴承；②黄铜（铜锌合金）：颜色鲜艳，用于制造饰品、乐器；③白铜（铜镍合金）：耐腐蚀性强，用于制造精密仪器。
（4）钛合金：含钛、铝、钒等元素，密度小、耐腐蚀性极强、与人体相容性好，用于航空航天部件、人造骨骼、种植牙。
4.师生互动：开展“合金成分猜想”活动，给出“不锈钢不易生锈”的特性，引导学生猜想其可能含有的元素（如铬、镍），教师补充不锈钢的成分（铁、铬、镍），解释铬、镍形成的氧化膜可防止铁生锈，培养推理能力。
（四）探究新知三：金属活动性顺序——金属反应的“指挥棒”
1.实验探究金属活动性：
（1）实验准备：给每组提供锌片、铁片、铜片、稀盐酸、硫酸铜溶液、硫酸亚铁溶液等试剂，指导学生设计实验比较锌、铁、铜的活动性强弱。
（2）核心实验：①金属与酸反应：将三种金属分别放入稀盐酸中，观察气泡产生速率——锌片反应剧烈，铁片反应缓慢，铜片无明显现象；②金属与盐溶液反应：将锌片放入硫酸亚铁溶液中（锌表面析出黑色物质），将铜片放入硫酸亚铁溶液中（无现象），将铁片放入硫酸铜溶液中（铁表面析出红色物质）。
2.金属活动性顺序归纳：教师引导学生根据实验现象，归纳出锌＞铁＞铜的活动性顺序，并拓展至完整的金属活动性顺序表（K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au），强调“排在(H)前的金属能与稀酸反应生成氢气，排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来”。
3.应用规律讲解：结合实例讲解金属活动性顺序的两大核心应用——
（1）判断反应能否发生：①金属与酸：如铁能与稀盐酸反应，铜不能；②金属与盐溶液：如铁能与硫酸铜溶液反应，铜不能与硫酸亚铁溶液反应。
（2）比较金属活动性：如通过“X能与Y的盐溶液反应，X不能与Z的盐溶液反应”，可判断Z＞X＞Y。
（3）设计除杂方案：如除去铜粉中混有的铁粉，可加入稀盐酸（铁粉反应溶解，铜粉不反应）或硫酸铜溶液（铁粉置换出铜）。
4.师生互动：开展“反应能否发生判断”竞赛，教师给出“铝与稀硫酸”“银与稀盐酸”“铜与硝酸银溶液”等反应，学生快速判断能否发生并说明依据，强化活动性顺序的应用。
（五）探究新知四：金属材料的腐蚀与防护——延长寿命的“秘诀”
1.腐蚀原因分析：
（1）实验对比：展示两组铁钉的腐蚀实验结果——①铁钉在潮湿空气中（生锈严重）；②铁钉在干燥空气中（无明显生锈）；③铁钉在植物油中（无生锈），引导学生得出金属腐蚀的条件：金属与氧气、水同时接触（电化学腐蚀）。
（2）本质分析：教师讲解金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化的过程，如铁生锈的本质是Fe→Fe →Fe O ·nH O（铁锈）。
2.防护措施探究与应用：结合生活案例，讲解金属防护的四种核心方法——
（1）隔绝氧气和水：①涂漆（如汽车外壳、铁门）；②涂油（如自行车链条）；③镀一层不易腐蚀的金属（如镀锌铁皮、镀铬水龙头），教师演示“铁钉涂油后放入水中”的实验，观察无生锈现象。
（2）改变金属内部结构：制成合金，如将铁制成不锈钢（加入铬、镍），从根本上提升耐腐蚀性。
（3）电化学防护：如轮船底部镶嵌锌块（锌比铁活泼，先被氧化，保护铁），教师简单解释“牺牲阳极法”的原理。
（4）保持干燥清洁：如金属仪器使用后擦干存放，避免潮湿环境。
3.师生互动：开展“防护措施大比拼”活动，给出“自行车不同部件（车架、链条、钢圈）”，让学生分组设计对应的防护方案，如“车架涂漆、链条涂油、钢圈镀铬”，教师点评方案的合理性，强化知识应用。
（六）知识应用：金属材料的“选择智慧”
1.情境决策任务：给出三个实际场景，让学生分组讨论选择合适的金属材料并说明理由——
（1）场景1：制造飞机机身——学生分析得出“铝合金或钛合金”，理由是“密度小、强度高，能减轻飞机重量，提升燃油效率”；
（2）场景2：制造医疗器械（如手术刀）——学生分析得出“不锈钢或钛合金”，理由是“耐腐蚀性强、不易生锈，保证卫生，钛合金还能与人体相容”；
（3）场景3：制造家用导线——学生分析得出“铜或铝”，理由是“导电性好、价格适中，铝还具有质轻的优势”。
2.资源保护讨论：播放“金属资源回收利用”的公益短片，提出问题：“为何要回收废旧金属？回收1吨废钢铁可节约多少资源？”引导学生认识金属资源的有限性，树立“回收再利用”的意识，如废旧电池中的金属回收可防止污染并节约资源。
3.师生互动：开展“绿色化学倡议”活动，让学生结合本节课知识，提出一条保护金属资源的倡议，如“减少一次性金属制品使用”“积极参与废旧金属回收”，培养社会责任意识。
（七）重点知识归纳
1.金属材料的分类与核心特征：
（1）纯金属：具有金属光泽、导电性、导热性、延展性，如铜（导电好）、铝（质轻）、钛（耐腐蚀）；
（2）合金：由金属与金属（或非金属）熔合而成，特性为硬度大、熔点低、耐腐蚀性强，如不锈钢（铁铬镍合金）、铝合金（铝镁合金）。
2.常见合金的成分与应用：
（1）铁合金：生铁（含碳2%—4.3%，硬脆）、钢（含碳0.03%—2%，韧性好）；
（2）铝合金：质轻强度高，用于航空、门窗；
（3）铜合金：青铜（铜锡）、黄铜（铜锌）、白铜（铜镍），用于饰品、仪器；
（4）钛合金：耐腐、生物相容，用于航天、医疗。
3.金属活动性顺序的应用：
（1）判断反应：前换后，氢前换氢（K、Ca、Na除外，因与水反应）；
（2）比较活动性：通过置换反应现象推断；
（3）除杂：用活泼金属置换杂质（如Fe除Cu中的Fe）。
4.金属腐蚀与防护：
（1）腐蚀条件：金属与O 、H O同时接触；
（2）防护方法：隔绝（涂漆、镀金属）、改结构（制合金）、电化学防护（镶锌块）。
5.核心原则：金属材料的选择需综合考虑性能（硬度、耐腐等）、成本、环境影响与资源保护。
（八）巩固练习：基础应用与能力提升
1.下列关于金属材料的说法，正确的是（）
A.金属材料都是纯金属，合金不属于金属材料
B.所有金属都具有银白色光泽，常温下均为固体
C.金属具有导电性、导热性和延展性，这些特性源于金属键
D.纯金属的性能一定优于合金，合金的应用范围更广只是因为成本低
2.下列物质中，不属于合金的是（）
A.不锈钢B.青铜C.纯铜D.焊锡
3.合金与纯金属相比，具有的显著特性是（）
A.硬度更小，熔点更高B.硬度更大，熔点更低
C.密度更大，耐腐蚀性更弱D.导电性更好，延展性更差
4.根据金属活动性顺序，下列反应不能发生的是（）
A.Zn+H SO =ZnSO +H ↑B.Fe+CuSO =FeSO +Cu
C.Cu+2HCl=CuCl +H ↑D.Mg+FeCl =MgCl +Fe
5.下列金属材料的选择，不合理的是（）
A.用钛合金制造人造骨骼——钛合金与人体相容性好
B.用铝合金制造飞机机身——铝合金密度小、强度高
C.用纯铁制造菜刀——纯铁硬度大、不易生锈
D.用铜制造导线——铜的导电性好
6.为了防止铁制品生锈，下列措施中不合理的是（）
A.在铁制品表面涂一层油漆B.将铁制品长期浸泡在水中
C.在铁制品表面镀一层铬D.将铁制品制成不锈钢
7.现有X、Y、Z三种金属，将X放入Y的盐溶液中，X表面析出Y；将X放入Z的盐溶液中，无明显现象；将Z放入Y的盐溶液中，Z表面析出Y。则三种金属的活动性顺序为（）
A.X＞Z＞YB.Z＞X＞YC.Y＞X＞ZD.Z＞Y＞X
8.下列关于铁合金的说法，正确的是（）
A.生铁和钢都是铁的合金，主要成分都是铁，含碳量相同
B.生铁的含碳量高于钢，因此生铁的硬度比钢小
C.钢的韧性好，可用于制造汽车外壳、桥梁等需要承受压力的部件
D.生铁比钢更耐腐蚀，因此生铁的应用范围更广
9.某同学为了除去铜粉中混有的少量铁粉，设计了以下方案，其中最合理的是（）
A.加入足量的稀硫酸，过滤、洗涤、干燥
B.加入足量的硝酸银溶液，过滤、洗涤、干燥
C.加入足量的氢氧化钠溶液，过滤、洗涤、干燥
D.用磁铁吸引后，直接得到铜粉
10.下列关于金属资源保护的说法，错误的是（）
A.回收废旧金属可以节约金属资源，减少环境污染
B.金属资源是有限的，不可再生，需合理开采
C.防止金属腐蚀是保护金属资源的重要途径之一
D.为了保护金属资源，应禁止使用一切金属材料，改用合成材料
（九）练习答案及解析
1.答案：C解析：本题考查金属材料的基本概念。A选项错误，合金属于金属材料；B选项错误，铜为紫红色，汞常温下为液态；C选项正确，金属的共性源于金属键的作用；D选项错误，合金性能通常优于纯金属（如硬度、耐腐），应用广是因为性能优越，而非成本低，故选C。
2.答案：C解析：本题考查合金的判断。合金是混合物，纯铜是纯净物，不属于合金；A不锈钢（铁铬镍合金）、B青铜（铜锡合金）、D焊锡（锡铅合金）均为合金，故选C。
3.答案：B解析：本题考查合金的特性。合金的核心特性是硬度大于成分金属，熔点低于成分金属；A选项硬度和熔点描述相反；C选项密度通常更小，耐腐蚀性更强；D选项导电性通常不如纯金属，延展性良好，故选B。
4.答案：C解析：本题考查金属活动性顺序的应用。铜排在(H)之后，不能与稀盐酸反应生成氢气；A选项锌在(H)前，B选项铁在铜前，D选项镁在铁前，均能发生反应，故选C。
5.答案：C解析：本题考查金属材料的选择依据。纯铁硬度小且易生锈，不适合制造菜刀，菜刀通常用铁合金（如钢）；A、B、D选项的材料选择均符合其性能特点，合理，故选C。
6.答案：B解析：本题考查金属腐蚀的防护。铁生锈需要O 和H O，长期浸泡在水中会加速生锈，措施不合理；A、C选项通过隔绝O 和H O防护，D选项改结构防护，均合理，故选B。
7.答案：B解析：本题考查金属活动性顺序的推断。“X放Y盐溶液析出Y”说明X＞Y；“X放Z盐溶液无现象”说明Z＞X；“Z放Y盐溶液析出Y”说明Z＞Y，综上Z＞X＞Y，故选B。
8.答案：C解析：本题考查铁合金的性质。A选项错误，生铁含碳量（2%—4.3%）高于钢（0.03%—2%）；B选项错误，含碳量越高硬度越大，生铁硬度大于钢；C选项正确，钢韧性好，适用于制造承压部件；D选项错误，钢比生铁更耐腐蚀，应用更广，故选C。
9.答案：A解析：本题考查除杂方案设计。A选项铁粉与稀硫酸反应溶解，铜粉不反应，过滤后可得到纯净铜粉，合理；B选项铜和铁均能与硝酸银反应，引入杂质；C选项铁和铜均不与氢氧化钠反应，无法除杂；D选项磁铁吸引虽能分离，但可能残留少量铁粉，纯度不如A选项，故选A。
10.答案：D解析：本题考查金属资源保护。金属材料在生产生活中不可或缺，禁止使用不现实，应合理利用而非禁止；A、B、C选项均为金属资源保护的正确做法，故选D。
（十）课堂小结与拓展
1.知识梳理：师生共同回顾本节课核心内容，以“纯金属→合金→性能→应用”为主线，梳理金属材料的分类、特性、活动性顺序及腐蚀防护知识，强调“组成决定结构，结构决定性能，性能决定应用”的化学思想。
2.易错点强调：再次明确合金是混合物，并非纯净物；金属活动性顺序中K、Ca、Na不能直接与盐溶液反应（因先与水反应）；金属腐蚀的核心条件是O 和H O同时接触，防护需针对这两个条件；选择金属材料时需综合性能、成本与环境因素。
3.拓展任务：①实践任务：回家观察家中3种金属材料物品（如铁锅、铝合金门窗、铜钥匙），记录其类型（纯金属/合金）、性能特点及可能的防护措施，下次课分享；②实验探究：设计“比较铝和铁的耐腐蚀性”实验方案，写出实验步骤（提示：可将两种金属放入潮湿空气中观察生锈情况）；③知识拓展：查阅资料了解“形状记忆合金”的特性与应用，如镍钛合金用于牙齿矫正丝，下次课交流。
4.预告下节课：下节课将学习“用途广泛的非金属材料”，重点对比金属材料与非金属材料的性能差异，提前预习可帮助建立材料分类的完整认知。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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