第三章金属及其化合物
单元规划
本章介绍的是元素及其化合物的知识。在第二章“化学物质及其变化”中学生已经学习了物质的分类方法，在此基础上学习本章知识，有利于学生巩固上章的知识，有利于学生对本章内容编排体系的了解，也有利于对本章知识的学习，起到了承上启下的作用。
本章主要介绍了钠、镁、铝、铁等典型金属元素及其重要化合物的性质。这些知识与生活联系密切，便于学生掌握。金属元素在周期表中占绝大多数，因此学习好本章知识对以后的学习有很大的帮助。本章共分三节。
第一节:金属的化学性质，根据生产、生活中的应用实例或通过实验探究，了解钠、铝、铁、铜等金属单质主要性质。
第二节:几种重要的金属化合物，本节按钠、铝、铁三种重要金属化合物的性质的顺序编写，使知识结构非常系统，有利于学生形成规律性知识网络，有利于学生的掌握。
第三节:用途广泛的金属材料，通过金属材料发展史及有关的知识，使学生初步了解合金的性质及认识合理使用金属材料的意义。通过对“用途广泛的稀土金属”的学习，可以大大激发学生的爱国热情，有利于培养学生的社会责任感和使命感。
本章介绍金属元素化合物知识和研究方法，为元素族概念的形成、元素性质的递变规律、元素周期表的形成积累感性材料，是学生认识元素周期律、元素周期表知识的重要基础。在选材上着眼于几种金属元素的单质及其重要化合物的主要性质，在知识安排上尽量使知识和用途相结合，理论和实际相结合，利用辩证唯物主义的观点理解事物的两面性，从而使学生认识到常见无机物在生活和生产中的应用，以及与人类和环境的辩证关系。例如，通过实验介绍钠、镁、铝、铁等单质及其化合物的性质，用途广泛的金属材料等，不仅可以增强学生的学习兴趣，而且有利于培养学生的科学态度和辩证唯物主义世界观。通过科学视野“未来金属——钛”“过氧化钠的特殊用途”等，让学生了解最新的科研成果，有助于培养学生理论联系实际的能力。
教学时要复习初中化学中金属的有关知识，做好与新课的衔接，引导学生充分利用已有的知识学习新知识。本章选取的几种典型金属元素，它们的化学性质与离子反应尤其是氧化还原反应联系密切，教学时要从离子反应、氧化还原反应等不同角度来理解和认识所涉及的化学反应，从新角度巩固氧化还原反应的有关概念。
在教学时，要充分运用实验，突出化学的学科特征，增强学习的探究性和体验性。要让学生通过实验进一步巩固元素化合物的性质。
由于镁、铝、铁等金属在日常生活中应用广泛，所以应尽可能地采用探究式、讨论式、问题式教学法，在教师的指导下，让学生主动参与到学习中去，获取更多的感性认识。本章通过“实验”“思考与交流”“学与问”“实践活动”“科学探究”以及“习题”等的设计，使学生活动得到增强，体现了学生学习上的主体性。同时，也培养了学生的自主学习能力，为以后的学习打下了扎实的基础。
本章也和其他章节一样，设置了大量的插图、实验、科学探究和实践活动，使教科书更具有可读性、娱乐性和趣味性。漂亮的插图及“科学视野”无时不散发出时代的气息，对学生更具有吸引力，有利于激发学生学习化学的兴趣和有利于培养学生的社会责任感。
教学重点
钠、镁、铝、铁等金属单质及其化合物的化学性质。
教学难点
通过对几种典型金属性质的学习，初步了解金属的通性，并培养分析问题、归纳问题的能力。通过基本实验，培养学生的实验能力。
课时安排
第一节金属的化学性质 2 课时
第二节几种重要的金属化合物3课时
第三节用途广泛的金属材料1课时
复习课1课时
第一节金属的化这性质
整体设计
从容说课
新课程标准要求“根据生产、生活中的应用实例或通过实验探究，了解钠、铝、铁、铜等金属及其重要化合物的主要性质，能列举合金材料的重要应用”。金属单质的性质是金属元素性质的反映，是了解金属化合物性质的基础。本节不像以往教科书按一种金属一节进行描述，而是将钠、铝、铁、铜等几种重要的金属作为一节进行介绍。初中化学中介绍的金属主要是铝、铁和铜，金属的性质以物理性质为主，化学性质只提及铝与氧的反应，同时介绍了金属活动性顺序，使学生初步了解金属与酸或盐溶液反应的规律。本节“金属的化学性质”是在初中介绍的金属和金属材料的基础上，进一步加深和提高。金属种类选了“钠、铝、铁、铜”，具有代表性:两种主族元素、两种副族元素；一种非常活泼的金属，两种较活泼金属，一种不活泼金属；除钠外，其他三种金属都是常见金属，学生有感性的认识，能与日常生活中金属的应用相结合。学生对金属的化学性质主要通过实验、图片和讨论等途径获得。教科书中安排的实验有:钠在空气里缓慢氧化，钠加热时的氧化，钠与水的反应，铝与盐酸或NaOH 溶液的反应，铝箔在酒精灯上加热和铁跟水蒸气的反应等。实验操作与图片展示相结合，可以加深实验的印象，增强实验的效果。实验过程中的现象和结论不是由老师告诉学生，也不在教科书中叙述，而是由学生自己得出，这样有利于学生独立思考，提高学生的分析能力和归纳总结能力。几种金属的化学性质集中介绍，有利于金属性质的比较，如钠、铝与氧反应的学习结合生活中铁与氧的反应，可以对金属与氧气反应有一个整体的了解，并能认识到金属与氧气的反应情况与金属的活泼性有关。如钠与水的实验，现象比较多，为了更好地让学生观察实验现象，进行探究性学习，教科书设计了“观察提示”，改变了以前的教科书中把所有的现象都叙述的清清楚楚的做法，引导学生自己得出钠的密度、熔点、反应程度、反应产物及反应过程中的能量变化等相关结论，这样有利于培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。
教学过程中可以从以下几个方面入手:
1.复习初中化学中金属的有关知识，做到温故而知新。
引导学生回忆初中化学中金属的化学性质和金属活动性顺序的有关知识，让学生讨论并归纳日常生活中有关金属性质的应用。例如，铝锅可以用来做饭，体现了铝的哪些性质和用途？铁比铝容易生锈等。
2.做好演示实验，增强示范性。
演示实验不仅是学生学习化学知识的重要途径，也是培养学生实验技能的行之有效的方法。学生只有在具备一定的基础知识和基本技能之后，才能进行探究学习。尤其是一些难度较大的实验、有一定危险性的实验，教师更是要先做好演示，之后再指导学生自己动手做。例如，钠与水的反应，经验告诉我们，做这个实验时学生往往切大块的钠，容易引发事故。
3.开展讨论式教学，体现学生学习中的主体性。
在课堂上不仅要善于用问题启发学生思考，还应该积极调动学生学习的积极性，让学生主动地提出问题，积极讨论。例如，对于金属钠在空气中缓慢氧化，最后会得到什么物质？在整个过程中有什么现象发生？这样可以激发其学习的积极性、主动性，有利于培养思维能力。
4.积极开展科学探究活动，让学生体验科学探究的过程。
5.做好探究实验，培养探究能力。
对于较简单的实验、较安全的实验，要放手让学生做，以培养其动手能力，增强学习的效果。例如，铝与酸、碱的反应。在探究教学中，要注意开放性。既然是探究，各种情况都有可能出现，学生也可能得出不同的，甚至违反常规的结论，在探究中这些都属于正常的。学生提出的方案越多，思考的角度就越广。取众人所长，考虑的问题就越全面，设计的方案就越完美。教师对探究的评价应注意策略，多肯定学生好的方面，对于违反常规的设计，也不要立即否定，要鼓励学生质疑，引导学生分析原因或重新再试。
6.运用归纳、比较的学习方法，培养学生归纳能力、比较能力。
在学习了金属与氧气的反应、与水的反应、与NaOH溶液的反应以后，要运用比较、归纳、分析、综合等方法找出金属的共性。同时也让学生注意钠、铝、铁分别与氧气、与水的反应各不相同，它们之间存在差异。然后，可以根据反应程度的差异总结出不同金属与氧气、与水反应的情况与金属活动性的关系，用金属的活动性来说明钠、铝、铁、铜的性质。同时还要让学生了解铝能够与NaOH溶液反应，但这不是所有金属共同具有的性质，而是少数金属的特性。通过比较、归纳，使学生了解金属的一般化学性质和个别金属的特性，从而对金属的化学性质有一个整体的认识。
教学过程中，要采取灵活多变的教学方法，如:实验探究法、实验法、观察、分析法、启发式教学法等。
同时，还要充分发挥学生主体作用，调动学生的学习积极主动性，做好探究性实验，培养探究能力。
教学重点
钠的氧化和钠与水的反应，铝与NaOH溶液的反应
教学难点
钠与水反应、铝与NaOH溶液反应的实验现象观察
课时安排
2课时
第1课时
教学设计
三维目标
知识与技能
1.掌握钠、镁、铝、铁的重要性质，认识钠是一种活泼的金属。
2.了解钠、镁、铝、铁的存在及用途。
过程与方法
1.采用实验探究法，按照思考、交流、实验、观察、分析、得出结论的方法进行启发式教学。
2.发挥学生主体作用，做好探究性实验。
情感、态度与价值观
1.通过介绍钠的用途，如制取过氧化钠，指出化学工业在国民经济中的地位，激发学生报效国家的责任感。
2.通过介绍铝的冶炼，培养学生勇于探索的科学精神和严格求实的科学态度。
3.通过动手实验，体验化学的奥妙，激发学生学习兴趣。
教学重点
钠的氧化和钠与水的反应
教学难点
钠与水反应实验现象的观察
教具准备
多媒体及课件，钠、过氧化钠、铝箔、还原铁粉、酚酞、盐酸、氢氧化钠、肥皂液、水、试管架、试管、玻璃片、小刀、镊子、滤纸、坩埚、坩埚钳、三脚架、泥三角、酒精灯、砂纸、烧杯、酒精喷灯、棉花、火柴、水槽、蒸发皿、胶塞、导管、图片。
教学过程
导入新课
五千年前人类进入青铜器时代，三千年前进入铁器时代，20世纪铝合金成为仅次于铁的金属材料。金属在人类社会发展、改善人类生活方面起着重要的作用。金属和它的化合物有着截然不同的性质，例如:铝是一种常见金属，具有金属的通性(导电性、导热性、延展性)，高温时可以燃烧，而氧化铝却耐高温，为什么？本章就来讨论它们的性质。
推进新课
[板书]第一节金属的化学性质
思考与交流:1.举例说明金属能发生哪些化学反应。
生:金属与氧气的反应;金属与酸的反应;金属与一些盐溶液的反应……
教师精讲:金属可以与非金属反应、可以与酸反应、可以与水反应、可以与某些盐反应等等。如:2Mg+O2====2MgO
3Fe+2O2Fe3O4
Fe+CuSO4====Cu+FeSO4
2.多媒体投影课本图3-2
分析:图3-2四幅图分别是铝丝与CuSO4溶液反应形成铜树、镁条燃烧、铜丝与AgNO3溶液反应形成银树、镁条与盐酸反应。
思考与讨论:镁条燃烧发生了什么反应？铜树、银树是怎样形成的？这些反应有什么特点？它们各属于什么反应类型？写出相应反应的化学方程式。
[板书]置换反应
2Al+3CuSO4====3Cu+Al2(SO4)3
Cu+ 2AgNO3====2Ag+Cu(NO3)2
Mg+2HCl====MgCl2+ H2↑
化合反应
2Mg+O2====2MgO
[板书](一)金属与氧气的反应
[实验3-1]切开金属钠前先观察钠的表面，以便与切后进行比较。切割金属钠在玻璃片上进行。
[观察现象]生:取出的金属钠表面有一灰黄色层，切开后的切口处露出银白色光泽；切口在空气中露置一会儿，会逐渐变暗；久置表面还会形成溶液，再变成白色粉末。
讲解:实验说明，钠具有金属光泽，质软。放置后，钠表面逐渐变暗生成新物质。
[实验改进](1)取两支口径不同而长短适当的试管，一支试管较小，可以紧密地放到另一支试管里而不留下较多空隙。先在口径较大的试管里注入1 mL洁净的煤油，取金属钠一小块(黄豆大小)，除去表面已经发生变化的部分，露出金属光泽，放入盛有煤油的试管里。在试管底部缓缓加热，等钠熔化后，插入较小口径的试管，把钠压挤在两个试管之间，成为一个薄层，钠的颜色和光泽就清楚地显现出来。然后在两支试管口间的缝隙涂上石蜡，以隔绝空气。这样可使钠的光泽在较长的时间内不至消失。
(2)选取一根管壁较薄的玻璃管，用布包裹着玻璃管像使用钻孔器一样，慢慢地钻入大的钠块里，使管中填有一段银白色的金属钠。用玻璃棒把钠推到管的中央，然后用蜡封好玻璃管
的两端，样品可以长期保存和使用。
[实验3-2]
实验现象:钠先熔化后燃烧，燃烧时火焰呈黄色，最后生成的固体呈淡黄色。
讲解: (1)钠的燃烧实验在坩埚里进行比较规范。在石棉网上或蒸发皿里进行也比较安全，而且现象的能见度较大。如在火焰上方罩一个干燥的小烧杯，还可以看到烧杯壁上附着的淡黄色的Na2O2。
(2)做此实验时应注意，钠开始燃烧后立即撤掉酒精灯。
[板书]2Na+O2Na2O2
[小结]活泼金属容易与氧气反应生成氧化膜，氧化膜疏松就不能保护内层金属(如铁等)，氧化膜致密就可以保护内层金属不被继续氧化(如铝、镁等)。
提问:点燃镁条时为什么要用砂纸打磨？
思考回答:镁条表面覆盖着致密的氧化膜，阻止内部金属继续被氧化，因此要用砂纸打磨。［科学探究1］首先提出“铝与氧气能否反应”的问题，然后分析若能反应应控制的条件，如:选铝块、铝条还是铝箔？需不需要加热？再分别用未打磨的铝箔和已打磨的铝箔在火焰上加热。铝箔厚度要适当。太薄，用砂纸打磨除去氧化膜时难以操作或铝箔破损。打磨时用精细砂纸较易打磨。
现象:将未打磨的铝箔在酒精灯火焰上加热，发现铝箔发红蜷缩，变暗失去光泽，熔化不落下(表面有氧化膜，因此不能燃烧)。将已打磨的铝箔在酒精灯火焰上加热，发现铝箔也蜷缩，变暗失去光泽，熔化不落下(打磨后铝箔表面又很快形成氧化膜，阻止了铝的燃烧)。可让学生讨论若要观察到铝的燃烧应采取哪些措施。例如，增大铝与空气(或火焰)的接触面，将铝粉撒到火焰上；提高反应的温度，即将铝箔略卷，尖端夹一根火柴，然后将火柴引燃，把火柴和铝箔一起伸入到氧气瓶中，均可观察到耀眼的白光。
[小结]铝容易被氧化，使铝表面形成致密的氧化膜。
［科学探究2］将打磨过的铝箔(或在酸中处理后，用水洗净)加热至熔化，观察现象。
现象:熔化的铝仍不滴落。
分析:铝的性质活泼，打磨过的铝在空气中又很快生成一层新的氧化膜。
应用:铝制品可以较长时间使用。
讲述:铁、铝或铜制水壶可用来烧水，说明这几种金属与热水不反应，是不是所有金属都不与水发生反应呢？
[板书](二)金属与水的反应
［实验3-3］
说明:(1)钠与水的反应若在烧杯中进行，可让学生完成，但烧杯口上应盖一张塑料片，以防止钠反应时钠块或液体飞溅伤人。应提示学生观察反应时钠所处的部位、形态、钠球的运动和大小变化情况、周围水雾的产生和发出的响声，以及溶液的颜色变化等。如果教师演示，最好用玻璃水槽代替烧杯，用投影仪投影，以利于学生观察实验现象。
(2)补充钠与水反应收集气体的实验，以验证反应生成的气体是氢气。
[实验现象]生:钠浮在水面，熔成小球并在液面上迅速游动;钠球周围有水雾，有时可能有火花，或伴有爆鸣声;钠球在反应中逐渐变小，最后消失;滴加酚酞的溶液变成红色。
[结论]金属钠可以与水反应(生成碱和氢气)。
思考:金属钠应如何保存？
(师生活动)大量金属钠应密闭保存，少量钠要保存在煤油中(钠不与煤油反应且密度较煤油大)。
思考:钠有哪些物理性质？
[师生小结]金属钠质地较软，可以用刀切割。切开外皮后，可以看到钠的“真面目”——呈银白色，具有美丽的光泽。钠是热和电的良导体，密度0.97 g·cm-3，比水的密度还小，能浮在水面上，熔点97.81 ℃，沸点882.9 ℃。
[深入]能与冷水反应的金属除钠外，还有钾、铷、铯、钙等，镁可以与热水反应。试写出金属钾、钙与水反应的方程式。
［科学探究］
先让学生用生活中的事例说明铁不能与冷水或热水反应。再提出若继续提高温度能否进行反应等问题展开讨论(如将铁块烧红插入水中，或将铁粉与水蒸气在高温下反应等)，逐渐引入到铁粉与水蒸气反应的主题。
铁粉与水蒸气反应，应从水蒸气的产生、铁粉与水蒸气反应、反应产物的检验等环节讨论反应装置的设计。即导出教材“铁与水蒸气反应”的实验装置，如下图左。课堂上若演示一下更能调动学生学习的积极性，演示时反应要在喷灯加热的条件下进行，硬质玻璃管中的铁粉应与石棉绒混合。在此基础上再提出，用三支试管如何改进反应装置，总结改进后的方案(如下图右)。最后介绍教科书中的实验装置，讨论该装置各部分的作用和装置的优点，然后用此装置进行演示。
铁粉与水蒸气的反应装置图
说明:教科书中介绍的是用一支试管完成铁粉与水蒸气反应的实验，试管底部塞有一团潮湿的棉花，在湿棉花左边放有铁粉，蒸发皿中放肥皂水(或在水中加几滴洗涤剂)。整套装置试管口应低于试管底。铁粉与湿棉花的距离可近一些，加热时用一盏酒精灯先后加热两处。反应产生的气体导入到肥皂水中吹成氢气泡，再用燃着的火柴去点燃，可发出爆鸣声。这一实验所用的时间短且很安全。
注意:(1)铁粉不需要与石棉绒混合，因改用酒精灯加热，温度比用喷灯加热时低。(2)酒精灯应先在放湿棉花的位置上加热一会儿，待试管底部温度略高，且有部分水形成蒸汽时，再将酒精灯移至放铁粉的位置加热，可防止发生倒吸现象。(3)加热一会儿后再将导管插入到肥皂水中，最初插入时吹起的是空气泡。肥皂水不宜太稀，否则吹起的氢气泡太小，点燃时难以有较大的爆鸣声。(4)实验结束时，应先从肥皂水中撤出导管，再移去燃着的酒精灯。
现象:加热时试管内铁粉红热，点燃肥皂泡可听到爆鸣声。
结论:铁可以与高温水蒸气反应。
反应方程式:3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2(g)
[小结]活泼金属可以与冷水反应，较活泼金属(如镁、铁)可以与热水或水蒸气发生反应。［例题剖析］
(例1)把贮存在煤油里的金属钠取出后，切取一小块投入水中。往反应后的水溶液中加入酚酞试液，呈红色。试回答下列问题:
(1)能用小刀切开金属钠，截面的色泽很快消失，这说明什么？
(2)钠投入水中有哪些主要现象？这说明钠哪些性质？
(3)在反应后的水溶液里加入酚酞试液，显红色，这是为什么？
生:(1)说明金属钠很软。钠表面呈银白色光泽。由于钠的化学性质很活泼，表面很快被