第三章 金屬及其化合物

1、第三章 金屬及其化合物一、本章的地位在進(jìn)行了第一、二章的學(xué)習(xí)之后，學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科以及化學(xué)學(xué)科的研究方法有了初步的了解，本章開始介紹具體的元素化合物知識(shí)。本章和下一章所介紹的金屬、非金屬及其化合物構(gòu)成了豐富多采的物質(zhì)世界。元素化合物知識(shí)是中學(xué)化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，也是學(xué)生今后在工作和生活中經(jīng)常要接觸、需要了解和應(yīng)用的基本知識(shí)。這些知識(shí)既可以為前面的實(shí)驗(yàn)和理論知識(shí)補(bǔ)充感性認(rèn)識(shí)的材料，又可以為化學(xué)2介紹的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、元素周期律、化學(xué)反應(yīng)與能量等理論知識(shí)打下重要的基礎(chǔ)。在這一章的學(xué)習(xí)過程中也可以幫助學(xué)生逐步掌握研究物質(zhì)性質(zhì)的一些基本方法，對(duì)前兩章所學(xué)習(xí)的知識(shí)能夠加以應(yīng)用。二、內(nèi)容分析本章的元素化合物知識(shí)內(nèi)容可

2、分為單質(zhì)、化合物和金屬材料三大塊。對(duì)于單質(zhì)及化合物的化學(xué)性質(zhì)采取不同的方式來呈現(xiàn)：有的用回憶與復(fù)習(xí)、討論的方式，有的用實(shí)驗(yàn)、觀察的方式，有的用科學(xué)探究的方式，有的則讓學(xué)生通過實(shí)踐活動(dòng)自己去研究和探索，從而使學(xué)生鞏固和豐富化學(xué)反應(yīng)的有關(guān)知識(shí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)本間內(nèi)容之前的起點(diǎn)不高，初中化學(xué)中介紹的金屬主要是鋁、鐵和銅，金屬的性質(zhì)以物理性質(zhì)為主，化學(xué)性質(zhì)只提及鋁與氧的反應(yīng)，同時(shí)介紹了金屬活動(dòng)性順序，初步了解金屬與酸或鹽溶液反應(yīng)的規(guī)律。而且本章內(nèi)容多而廣，但受到課時(shí)限制，教學(xué)要求并不高。內(nèi)容呈現(xiàn)特點(diǎn)：（1）“實(shí)驗(yàn)觀察分析結(jié)論”作為本章內(nèi)容學(xué)習(xí)的基本方式課程標(biāo)準(zhǔn)要求“根據(jù)生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用實(shí)例或通過實(shí)驗(yàn)探究

3、，了解鈉、鋁、鐵、銅等金屬及其重要化合物的主要性質(zhì)，能列舉合金材料的重要應(yīng)用”。本章屬傳統(tǒng)的元素化合物內(nèi)容，金屬及其化合物的性質(zhì)，這些事實(shí)性知識(shí)教材并未直接陳述，而是通過實(shí)驗(yàn)探究、觀察、思考、交流、歸納，讓學(xué)生自主獲得結(jié)論。過去的教科書中對(duì)元素化合物內(nèi)容的處理1、先非金屬后金屬2、鈉，鎂、鋁，鐵分散3、金屬單質(zhì)金屬氧化物氫氧化物鹽，縱向體系4、具備氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論、化學(xué)平衡理論基礎(chǔ)（2）按單質(zhì)、氧化物、氫氧化物和鹽縱向體系，橫向比較，了解通性，突出特性。教材對(duì)每種物質(zhì)并沒有全面介紹，對(duì)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)的介紹也不求面面俱到，而是突出重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)物質(zhì)的一些特性反應(yīng)。如鈉的活潑性、鋁

4、的化合物的兩性、三價(jià)鐵和二價(jià)鐵的氧化還原性等。三、教學(xué)建議做好每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的各種功能本章實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究兩個(gè)欄目中涉及的化學(xué)實(shí)驗(yàn)有17個(gè)，這些實(shí)驗(yàn)的功能和作用各不相同，有單純提供實(shí)驗(yàn)事實(shí)；有訓(xùn)練科學(xué)思維和科學(xué)方法的；還有一些不但提供實(shí)驗(yàn)事實(shí)，還可訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)基本操作技能的。和前一版教材相比，刪除了一些目的單純的實(shí)驗(yàn)，和蘇教版、魯教版教材相比，增加了一些探索性較強(qiáng)以及和生活實(shí)際相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，因此做好實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的功能是本章教學(xué)的關(guān)鍵。在進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的難度以及本班學(xué)生的實(shí)際情況把握好探究的層次。具體層次如下：層次實(shí)驗(yàn)前活動(dòng)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)實(shí)驗(yàn)后活動(dòng)探究問題或課題使用地點(diǎn)

5、或步驟進(jìn)行步驟提供答案或結(jié)論使用實(shí)驗(yàn)的成果應(yīng)用于下步教學(xué)1教師教師教師教師教師2教師教師教師教師學(xué)生3教師教師教師學(xué)生學(xué)生4教師教師學(xué)生學(xué)生學(xué)生5教師學(xué)生學(xué)生學(xué)生學(xué)生6學(xué)生學(xué)生學(xué)生學(xué)生學(xué)生第一節(jié) 金屬的化學(xué)性質(zhì)學(xué)生對(duì)金屬的化學(xué)性質(zhì)主要通過實(shí)驗(yàn)、圖畫和討論等途徑獲得。教科書中安排的實(shí)驗(yàn)有：鈉在空氣里緩慢氧化，鈉加熱時(shí)氧化，鈉與水的反應(yīng)，鋁與鹽酸或NaOH溶液的反應(yīng)，鋁箔在酒精燈上加熱和鐵跟水蒸氣的反應(yīng)等。實(shí)驗(yàn)操作與圖片展示相結(jié)合，可以加深實(shí)驗(yàn)的印象，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的效果。實(shí)驗(yàn)過程中有些現(xiàn)象和結(jié)論不是由老師告訴學(xué)生，也不在教科書中敘述，而是由學(xué)生自己得出，這樣有利于學(xué)生獨(dú)立思考，提高學(xué)生的分析能力和總結(jié)

6、表達(dá)能力。實(shí)驗(yàn)3-1、3-2：觀察金屬鈉，鈉在空氣里緩慢氧化以及鈉加熱時(shí)氧化。本實(shí)驗(yàn)是一個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，在以往各版本的教材和現(xiàn)行新課標(biāo)蘇教版和魯教版的教材中都有出現(xiàn)，尤其是在魯教版的教材中更是在第一章認(rèn)識(shí)化學(xué)科學(xué)中第二節(jié)研究物質(zhì)的程序和方法中作為典型案例出現(xiàn)，因此在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的方法和態(tài)度，建議過程如下：實(shí)驗(yàn)3-1（觀察金屬鈉以及鈉在空氣里緩慢氧化）觀察結(jié)論（鈉的物理性質(zhì)：銀白色光澤；質(zhì)軟。鈉的化學(xué)性質(zhì)：常溫下易被氧化）感悟（鈉的硬度很小，鈉是非?；顫姷慕饘伲┰O(shè)疑（鈉常溫下被氧化的產(chǎn)物是什么？鈉為什么保存在石蠟油或煤油中？）實(shí)驗(yàn)3-2（以及鈉加熱時(shí)氧化）本實(shí)驗(yàn)可以直接在石棉網(wǎng)

7、上進(jìn)行加熱，用實(shí)物投影進(jìn)行觀察，如右圖：觀察現(xiàn)象（鈉先熔化后燃燒，燃燒時(shí)火焰呈黃色，最后留下的固體呈淡黃色 ）比較（Na2O、 Na2O2的生成條件，顏色，氧元素的化合價(jià)）聯(lián)想（鐵的氧化物：顏色，鐵元素的化合價(jià)）感悟（條件不同，反應(yīng)產(chǎn)物不同）拓展（標(biāo)出各物質(zhì)元素的化合價(jià)，判斷是否是氧化還原反應(yīng)，判斷氧化劑和還原劑）可以將兩個(gè)通過表格進(jìn)行比較，以加深學(xué)生對(duì)鈉的活潑性的理解：實(shí)驗(yàn)記錄：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論金屬鈉在空氣中放置在空氣中加熱金屬鈉科學(xué)探究1：鋁箔的加熱這是一個(gè)全新的探究實(shí)驗(yàn)，在其它版本的教材中都沒有。首先可以由教師提出“鋁與氧氣能否反應(yīng)”的問題，然后引導(dǎo)學(xué)生分析若能反應(yīng)應(yīng)控制的條件，如選

8、鋁塊、鋁條還是鋁箔？需不需要加熱？再分別用未打磨的鋁箔和已打磨的鋁箔在火焰上加熱。鋁箔厚度要適當(dāng)。太薄，用砂紙打磨除去氧化膜時(shí)難以操作或鋁箔破損。然后可以由學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象：將未打磨的鋁箔在酒精燈火焰上加熱，發(fā)現(xiàn)鋁箔發(fā)紅卷縮，變暗失去光澤，熔化不落下（表面有氧化膜，因此不能燃燒）。將已打磨的鋁箔在酒精燈火焰上加熱，發(fā)現(xiàn)鋁箔也卷縮，變暗失去光澤，熔化不落下（打磨后鋁箔表面又很快形成氧化膜，阻止了鋁的燃燒）。得出結(jié)論：鋁箔表面有氧化膜，起到了保護(hù)鋁的作用。再讓學(xué)生討論若要觀察到鋁的燃燒應(yīng)采取哪些措施。例如，增大鋁與空氣（或火焰）的接觸面，將鋁粉撒到火焰上；提高反應(yīng)的溫度，即將鋁箔略卷，尖端夾

9、一根火柴，然后將火柴引燃，把火柴和鋁箔一起伸入到氧氣瓶中，均可觀察到耀眼的白光。實(shí)驗(yàn)3-3（鈉和水的反應(yīng)）這是一個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，整個(gè)探究過程可以全部由學(xué)生完成。教師在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中要注意書上彩圖引導(dǎo)學(xué)生觀察，而不要替代學(xué)生進(jìn)行概括、歸納。在魯教版的教材中有一張表格引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行概括，值得借鑒：金屬鈉與水的反應(yīng)現(xiàn)象分析（或結(jié)論）（1）（2）（3）（4）（5）生成氣體是什么？可以通過氧化還原反應(yīng)原理進(jìn)行推導(dǎo)，或是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（如下圖），視具體情況而定?？茖W(xué)探究2：先讓學(xué)生用生活中的事例說明鐵不能與冷水或熱水反應(yīng)。再提出若繼續(xù)提高溫度能否進(jìn)行反應(yīng)等問題展開討論（如將鐵塊燒紅插入水中，或?qū)㈣F粉與水蒸氣在高溫下反

10、應(yīng)等），逐漸引入到鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的主題。鐵粉與水蒸氣反應(yīng)，應(yīng)從水蒸氣的產(chǎn)生、鐵粉與水蒸氣反應(yīng)、反應(yīng)產(chǎn)物的檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)討論反應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)（即導(dǎo)出原教材“鐵與水蒸氣反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)裝置，如圖3-1，左。課堂上若演示一下更能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，演示時(shí)反應(yīng)要在噴燈加熱的條件下進(jìn)行，硬質(zhì)玻璃管中的鐵粉應(yīng)與石棉絨混合）。在此基礎(chǔ)上再提出，用三支試管如何改進(jìn)反應(yīng)裝置，總結(jié)改進(jìn)后的方案（如圖3-1，右）。最后介紹教科書中的實(shí)驗(yàn)裝置，討論該裝置各部分的作用和裝置的優(yōu)點(diǎn)，然后用此裝置進(jìn)行演示。教科書中介紹的是用一支試管完成鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，試管底部塞有一團(tuán)潮濕的棉花，在濕棉花左邊放有鐵粉，蒸發(fā)皿中放肥皂水（或

11、在水中加幾滴洗滌劑）。整套裝置試管口應(yīng)低于試管底。鐵粉與濕棉花的距離可近一些，加熱時(shí)用一盞酒精燈先后加熱兩處。反應(yīng)產(chǎn)生的氣體導(dǎo)入到肥皂水中吹成氫氣泡，再用燃著的火柴去點(diǎn)燃，可發(fā)出爆鳴聲。這一實(shí)驗(yàn)所用的時(shí)間短且很安全。演示該實(shí)驗(yàn)要注意：（1）鐵粉不需要與石棉絨混合，因改用酒精燈加熱，溫度比用噴燈加熱時(shí)低。（2）酒精燈應(yīng)先在放濕棉花的位置上加熱一會(huì)兒，待試管底部溫度略高，且有部分水形成蒸氣時(shí)，再將酒精燈移至放鐵粉的位置加熱，可防止發(fā)生倒吸現(xiàn)象。（3）加熱一會(huì)兒后再將導(dǎo)管插入到肥皂水中，最初插入時(shí)吹起的是空氣泡。肥皂水不宜太稀，否則吹起的氫氣泡太小，點(diǎn)燃時(shí)難以有較大的爆鳴聲。（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)先從

12、肥皂水中撤出導(dǎo)管，再移去燃著的酒精燈。在學(xué)習(xí)了金屬與氧氣的反應(yīng)、與水的反應(yīng)、與NaOH溶液的反應(yīng)等以后，要運(yùn)用比較、歸納、分析、綜合等方法找出金屬的共性。同時(shí)也讓學(xué)生注意鈉、鋁、鐵分別與氧氣、與水的反應(yīng)各不相同，它們之間存在差異。然后可以根據(jù)反應(yīng)程度的差異總結(jié)出不同金屬與氧氣、與水反應(yīng)的情況與金屬活動(dòng)性的關(guān)系，用金屬的活動(dòng)性來說明鈉、鋁、鐵、銅的性質(zhì)（金屬的活潑性與金屬的活動(dòng)性是兩個(gè)不同的概念，但在某些方面是一致的）。（1）K、Ca、Na等金屬和冷水作用，生成可溶性堿和H2。2Na + 2H2O = 2NaOH + H2（2）Mg和冷水反應(yīng)緩慢，與沸水迅速反應(yīng)，Al與冷水很難反應(yīng)，與沸水能反應(yīng)

13、，生成不溶性堿和氫氣。 Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2（3） Zn、Fe、Sn、Pb和高溫水蒸氣反應(yīng)，生成不溶性氧化物和H2。3Fe + 4H2O(g) =Fe3O4 + 4H2Zn + H2O(g) =ZnO + H2（4）Cu、Hg、Ag、Pt、Au不與水反應(yīng)。討論、歸納通過哪些實(shí)驗(yàn)事實(shí)來比較不同金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱？ 金屬與水反應(yīng)的難易。 與水反應(yīng)越容易，反應(yīng)越劇烈，金屬越活潑。金屬與酸反應(yīng)的難易。 與酸反應(yīng)產(chǎn)生H2越容易，反應(yīng)越劇烈，金屬越活潑。金屬之間的置換反應(yīng)。較活潑金屬能將較不活潑的金屬置換出來。建議補(bǔ)充鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，教學(xué)效果良好，一直是深受學(xué)生歡迎

14、的實(shí)驗(yàn)，并且可以通過該實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生得到高溫下金屬轉(zhuǎn)換的感性認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)3-4 （鋁和氫氧化鈉的反應(yīng)）本實(shí)驗(yàn)的目的是要讓學(xué)生了解鋁能夠與NaOH溶液反應(yīng)，不是所有金屬共同具有的性質(zhì)，而是少數(shù)金屬的特性。觀察結(jié)論鋁能跟強(qiáng)堿溶液反應(yīng)鋁與酸反應(yīng)生成鋁鹽（以Al3+存在）鋁與堿反應(yīng)生成偏鋁酸鹽（以AlO2-存在）第二節(jié) 幾種重要的金屬化合物本節(jié)對(duì)鈉、鋁、鐵、銅四種重要金屬的化合物的性質(zhì)按氧化物、氫氧化物和相應(yīng)鹽的順序編寫。同類化合物的性質(zhì)有許多相似性，這樣編排便于從一類化合物的性質(zhì)中找出共性，形成規(guī)律性的知識(shí)，有利于對(duì)同類其他化合物的認(rèn)識(shí)和推斷。實(shí)驗(yàn)3-5（Na2O2 和水的反應(yīng)）本實(shí)驗(yàn)是新版教材所增加的實(shí)

15、驗(yàn)，可以通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解氧化物和過氧化物的區(qū)別，建議可以補(bǔ)充Na2O2 與CO2 反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，并改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的做法，以增強(qiáng)趣味性。滴水生火或吹氣生火將少量Na2O2 粉末平鋪在一層脫脂棉上，用玻璃棒輕輕壓撥，使Na2O2 進(jìn)入脫脂棉中。用鑷子將帶有Na2O2 的脫脂棉輕輕卷好，放在石棉網(wǎng)上。再用滴管和向其中滴加幾滴水，便可以引燃脫脂棉；或用長玻璃管向脫脂棉緩緩吹氣，也可以引燃脫脂棉。該實(shí)驗(yàn)可以說明Na2O2 可以和水及CO2 反應(yīng)生成氧氣，同時(shí)放出大量的熱。實(shí)驗(yàn)3-6（焰色反應(yīng)）做實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以用鉑絲蘸一些蒸餾水后再蘸一些鹽的粉末，然后進(jìn)行灼燒，這樣效果更明顯。有條件的話，火源最好用噴燈、煤氣

16、燈，因酒精燈火焰略帶黃色，噴燈的火焰溫度高，而且無色。實(shí)驗(yàn)3-7、3-8（氫氧化鋁的制備和兩性）可讓學(xué)生逐滴加入氨水，振蕩，觀察沉淀的生成、沉淀的膠狀和沉淀量的增加，形成膠狀沉淀的概念。靜置一會(huì)兒，觀察沉淀沉降的情況，并與氫氧化鎂沉淀進(jìn)行比較，以了解膠狀沉淀的特點(diǎn)。建議補(bǔ)充補(bǔ)充Al(OH)3吸附色素的實(shí)驗(yàn)，如下圖：氫氧化鋁的兩性實(shí)驗(yàn)，可以由學(xué)生完成，最好由兩個(gè)學(xué)生同時(shí)來做，以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果。該實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生完成反應(yīng)化學(xué)方程式和離子方程式即可，因?yàn)閷W(xué)生尚未學(xué)習(xí)有關(guān)電離平衡的知識(shí)，所以有關(guān)氫氧化鋁的兩性問題不宜拓展。實(shí)驗(yàn)3-9（Fe(OH)2 和Fe(OH)3 的制備）用吸有NaOH溶液的膠頭滴管垂直

17、從盛有FeCl3、FeSO4溶液的試管口滴入NaOH溶液，可以觀察到FeSO4溶液中產(chǎn)生的沉淀迅速變化。分析原因，然后再改進(jìn)實(shí)驗(yàn)：將吸有NaOH溶液的長滴管伸入到FeSO4溶液的液面下，擠出NaOH溶液，觀察現(xiàn)象；或向盛有FeSO4溶液的試管里加入少量煤油，以隔絕空氣，再將吸有NaOH溶液的長滴管伸入到FeSO4溶液的液面下，擠出NaOH溶液，觀察現(xiàn)象。由學(xué)生結(jié)合教材彩圖對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。科學(xué)探究1（碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)）科學(xué)控究2（鐵鹽和亞鐵鹽的一些性質(zhì)）采用課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)法，合并為一節(jié)課，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。拓展探究1.如何除去碳酸氫鈉溶液中的碳酸鈉?2.如何除去碳酸鈉固體中的碳酸氫鈉?3.亞鐵離子的檢