鲁教版化学金属教学课件

金属的性质、提取与应用本课件详细介绍金属的物理特性、化学性质以及在工业生产与日常生活中的广泛应用，帮助学生系统掌握金属元素的基础知识，理解金属材料的重要性第一章金属的物理性质概述金属的典型物理性质导电性与导热性银白色光泽与延展性高密度与高熔点金属具有优异的导电性和导热性，是电子自金属表面能反射可见光，呈现特有的银白色由移动的结果其中，银的导电性最好，铜金属光泽大多数金属具有良好的延展性，次之，铝再次之这使它们成为电线和热传可被拉伸成丝或锤打成薄片而不断裂导材料的首选金属的光泽与延展性金属独特的银白色光泽源于其表面自由电子对光的反射作用这种特性使金属在首饰、建筑装饰等领域广泛应用延展性是金属最显著的物理特性之一，使金属可以被加工成各种形状铜可被拉伸成细如发丝的导线，金可被锤打成厚度仅为

0.1微米的金箔金属的延展性源于金属原子间的金属键可以在外力作用下发生位移而不断裂，使金属晶体结构能够在受力时重新排列金属的磁性与硬度金属的磁性金属的硬度在常温下，铁、钴、镍三种元素表现出明显的铁磁性，能被磁铁吸引并能被磁化成磁体金属的硬度各不相同，从最软的钠钾到极硬的铬钨•铁是最常见的磁性金属，广泛应用于电动机、发电机等设备•莫氏硬度表示金属抵抗刻痕的能力•钴用于制造永久磁铁，磁性极其稳定•布氏硬度表示金属抵抗压入的能力•镍的磁性相对较弱，但在合金中能改善磁性能钢经热处理后硬度显著提高，可达到7-8莫氏硬度铁的磁性在居里点温度（770℃）以上会消失钨的硬度非常高，用于制造切削工具生活中的金属物理性质实例铜的导电应用铝的导热应用铁的强度应用铜导电性仅次于银，且价格较低，是电线电缆的铝的导热性能优良且质量轻，常用于制作散热器铁及其合金具有高强度和硬度，是建筑、桥梁和理想材料家庭电路、高压输电线路和电子设备和散热片计算机CPU散热器、空调散热片、汽机械制造的基础材料钢筋混凝土中的钢筋提供内部连接都广泛使用铜导线铜的导电率为车散热系统中都能看到铝的应用铝的导热系数抗拉强度，使建筑物能承受巨大压力和张力铁

5.8×10^7S/m，接近理论最佳值为237W/m•K的抗拉强度可达540MPa第二章金属的化学性质本章将深入探讨金属的化学反应特性，包括金属活性顺序、氧化还原反应规律以及金属与非金属的相互作用，帮助学生理解金属化学性质的本质金属的化学活性顺序K,Ca,Na1活性极强Mg,Al2活性很强Zn,Fe3活性中等Pb,Cu4活性较弱Hg,Ag,Au5活性极弱金属活性顺序表示金属失去电子的难易程度，决定了金属参与化学反应的能力活性强的金属更容易失去电子，与酸、水、氧气等反应更剧烈活性顺序是预测金属置换反应的重要依据活性强的金属能够置换出活性弱的金属离子例如，铁能置换出硫酸铜溶液中的铜铁粉燃烧实验实验安全提示进行铁粉燃烧实验时，必须佩戴防护眼镜，避免火花伤害眼睛严禁用手直接接触反应产物，防止烫伤实验完成后，须及时清理实验台面铁粉在空气中缓慢氧化，但在纯氧环境中会剧烈燃烧，释放大量热能，产生明亮的火花₃₄反应中铁原子失去电子，被氧化成铁离子；氧原子得到电子，被还原成氧离子最终生成的黑色固体是四氧化三铁Fe O，同时也是重要的铁矿石——磁铁矿这一实验直观展示了金属的氧化还原性质，是理解化学反应本质的重要窗口氧化还原反应基础氧化还原反应的本质氧化还原反应特点氧化还原反应是电子转移的过程在反应中，一种物质失去电子（被氧化），另一种物质得到电•电子转移总数守恒，失电子数等于得电子数子（被还原）•反应中氧化剂被还原，还原剂被氧化•一般伴随能量变化，常放出热量和光氧化氧化还原反应在自然界和工业生产中极为常见，包括金属腐蚀、燃烧反应、电池放电、呼吸作用元素失去电子，化合价升高等还原元素得到电子，化合价降低典型氧化还原反应示例高炉炼铁铁与铜盐置换反应铁的锈蚀过程123在高温条件下，一氧化碳还原铁矿石活性较强的铁置换出活性较弱的铜铁在潮湿环境中与氧气反应生成氢氧化（氧化铁）生成铁单质铁（铁锈）•Fe被氧化Fe的化合价从0变为+2•Cu被还原Cu的化合价从+2变为0这是一个电化学腐蚀过程，涉及电子转•CO被氧化C的化合价从+2变为+4实验现象铁片表面析出红色铜，溶液移和多步反应•Fe被还原Fe的化合价从+3变为0由蓝色变为浅绿色这些氧化还原反应在工业生产和日常生活中具有重要应用，是理解金属化学性质的关键其中，高炉炼铁是人类最重要的工业过程之一，铁的锈蚀则是金属防护的主要挑战第三章金属的提取与冶炼本章介绍金属从矿石中提取的工艺流程，以高炉炼铁为例，详细说明金属冶炼的化学原理、工艺条件和技术要求，帮助学生理解金属冶金工业的科学基础铁矿石的主要种类赤铁矿₂₃磁铁矿₃₄褐铁矿₂₃₂Fe OFe O2Fe O•3H O赤铁矿是铁含量最高的矿石之一，理论磁铁矿呈黑色或灰黑色，有磁性，理论褐铁矿呈黄褐色或棕褐色，是含水的氧₂₃含铁量为70%，呈红褐色或暗红色是含铁量为

72.4%它是由FeO•Fe O化铁，理论含铁量约为60%它通常是世界上分布最广、储量最大的铁矿石，组成的复合氧化物，是高品位铁矿石由其他铁矿石风化形成的次生矿物，广我国鞍山、本溪等地区富含赤铁矿资我国攀枝花、白云鄂博等地区有丰富的泛分布于我国南方地区源磁铁矿资源₃₂除了上述主要铁矿石外，还有菱铁矿FeCO、硫铁矿FeS等工业上主要开采氧化铁类矿石，因其冶炼工艺相对简单，能耗较低铁矿石品位通常在30%以上才具有经济开采价值高炉炼铁工艺流程高温还原原料准备₂₃在1500-1600℃高温下，CO作为还原剂将Fe O还原为Fe分步反应如下将铁矿石破碎、筛分，与焦炭、石灰石按比例配料原料需进行烧结或球团处理，以提高透气性和还原效率出铁出渣炉渣形成熔融的生铁含碳4-5%沉入炉底，炉渣浮于生铁之上通过不同高度的出口₃₂石灰石CaCO分解为CaO，与矿石中的SiO等脉石反应生成炉渣，去除分别放出生铁和炉渣杂质高炉是一个连续工作的巨大反应器，内部温度从上到下逐渐升高，形成不同的反应区域燃料焦炭在鼓风口附近燃烧产生热量和还原气体CO，驱动整个还原过程现代高炉可高达100米，日产生铁上万吨高炉炼铁原理高炉炼铁是一个复杂的化学冶金过程，主要基于碳的还原作用主要化学反应₂₂

1.焦炭燃烧C+O→CO+热量₂

2.二氧化碳还原CO+C→2CO₂₃₂

3.铁矿石还原Fe O+3CO→2Fe+3CO₂₃

4.脉石反应CaO+SiO→CaSiO在高炉中，铁的氧化物被逐步还原，同时碳部分溶入铁中形成生铁炉内温度从上到下逐渐升高，顶部约200℃，底部可达1600℃以上高炉炼铁是人类掌握的最早的大规模冶金技术之一，至今仍是钢铁工业的核心工艺金属的防护方法表面涂层保护合金化电化学保护通过在金属表面涂覆保护层，隔绝金属与空气、水通过添加其他元素改变金属的化学成分和结构，提利用电化学原理主动防止金属腐蚀的接触，防止腐蚀发生常见方法包括高耐腐蚀性能•阴极保护连接活泼金属作为牺牲阳极•涂漆、涂油形成物理隔离层•不锈钢添加铬11%形成致密氧化铬保护膜•外加电流保护使被保护金属成为阴极•镀锌、镀锡牺牲保护原理•抑制剂添加减缓电化学腐蚀反应速率₂₃•铝合金表面形成致密Al O保护膜•镀铬、镀镍提供美观且耐腐蚀的表面•黄铜铜锌合金，耐腐蚀性优于纯铜有效的金属防护能显著延长金属制品使用寿命，减少资源浪费和经济损失据统计，全球每年因金属腐蚀造成的经济损失超过

2.5万亿美元，约占GDP的

3.4%废金属回收利用废金属回收的意义主要金属回收工艺节约资源废钢铁回收通过分选、破碎、熔炼等工序，将废钢铁重新熔炼成钢锭或直接用于电炉炼钢废铝回收经过分选、破碎、去漆、熔炼、精炼等工序，生产再生铝锭回收1吨废钢可节约铁矿石

1.6吨、煤

0.5吨、石灰石

0.3吨废铜回收通过物理分选和火法冶金工艺，回收铜并去除杂质，制成再生铜减少污染我国是世界上最大的废金属回收利用国，年回收量超过2亿吨废金属回收已成为重要的城市矿产资源相比原矿冶炼，废金属回收可减少86%的空气污染、76%的水污染和40%的水资源消耗节能降耗回收铝可节省95%的能源，回收铜可节省85%的能源，回收钢铁可节省74%的能源金属的实际应用案例铁在建筑领域铜在电子行业钢筋混凝土是现代建筑的基础，高强度钢材使摩天大楼成为可能上海铜是电子工业的重要材料，用于制造电线、电缆、印刷电路板等5G中心大厦使用了超过6万吨特种钢材，其中包括Q460高强度结构钢和基站每个天线阵列约使用5公斤铜，一座典型基站包含200多公斤铜材420MPa级别的高强钢筋料电动汽车平均使用的铜量是传统汽车的3-4倍铝在航空航天钛在医疗领域铝合金因其轻质高强的特性广泛应用于航空航天领域波音787飞机约钛因其生物相容性好、强度高、重量轻、耐腐蚀等特性，成为理想的医50%的材料是铝及铝合金现代高铁车身广泛采用铝合金材料，减重约疗植入材料人工关节、牙科植入物、心脏起搏器外壳等医疗设备大量30%，同时提高了安全性和运行效率使用钛合金，提高了医疗器械的安全性和使用寿命金属材料的不断创新应用推动了现代工业和科技发展新型金属材料如记忆合金、超导合金、纳米金属材料等正在开拓更广阔的应用前景金属在现代工业中的应用

1.87B67M86M300+全球钢产量铜年消费量铝年产量金属种类2022年全球粗钢年产量约

18.7亿全球铜年消费量约6700万吨，其中全球原铝年产量约8600万吨，广泛现代工业使用的金属及合金种类超吨，其中中国钢产量占全球总量的电力和电子行业占比最高，达到应用于建筑、交通、包装和电子等过300种，不同金属的物理化学性质50%以上43%领域满足各类应用需求金属材料是现代工业的基础，从高耸入云的摩天大楼到精密的电子设备，从高速运行的交通工具到精密的医疗器械，无处不见金属的身影随着科技进步，金属材料的应用领域不断拓展，新型金属材料和制备工艺持续创新实验演示铁与稀盐酸反应实验目的实验现象观察铁与稀盐酸反应的现象，验证铁的化学性质和氢气的性质•铁粉加入稀盐酸后立即产生大量气泡⁺实验原理•溶液逐渐变为浅绿色（Fe²的特征颜色）•带火星的木条靠近试管口时发出啪的一声，火星复燃铁作为活性中等的金属，能与稀酸反应放出氢气实验结论铁能与稀盐酸发生置换反应，生成氯化亚铁和氢气氢气具有可燃性，遇火即燃烧注意事项这是一个典型的金属与酸反应的氧化还原反应实验步骤实验时应佩戴防护眼镜，避免酸液溅出检验氢气时，应先收集一段时间再进行，确保试管中空气已被排出，避免发生爆炸

1.取一支试管，加入约2mL稀盐酸2mol/L

2.放入少量铁粉或铁屑

3.观察铁与盐酸接触的现象

4.用带火星的木条靠近试管口检验气体实验演示铁粉燃烧生成氧化铁实验准备1准备细铁粉、酒精灯、坩埚钳、氧气发生装置等注意铁粉应尽量细小，以增大表面积，提高反应速率实验操作2用坩埚钳夹住少量铁粉，在酒精灯上预热至暗红，然后迅速伸入盛有氧实验现象气的集气瓶中观察铁粉在氧气中的变化3铁粉在氧气中剧烈燃烧，发出耀眼的白色火花，像小型烟花一样四处飞溅反应结束后，可以看到黑色的固体产物——四氧化三铁理论分析4₂₃₄铁在高温下与氧气发生剧烈的氧化反应3Fe+2O→Fe O+热安全提示量这是一个强烈放热的氧化还原反应，铁失去电子被氧化，氧得到电5子被还原实验过程中必须佩戴防护眼镜，防止火花伤害眼睛实验室应配备灭火器材，防止意外火灾产物较烫，切勿立即接触这个实验直观展示了金属的氧化性质和氧化还原反应的剧烈程度从能量角度看，铁粉燃烧过程中释放大量热能，体现了化学反应中的能量转化规律这也是高炉炼铁过程中重要反应的微观展示课堂思考题123铁为什么能置换铜离子？铁生锈的化学过程是什么？如何有效防止铁锈？根据金属活动性顺序，铁的活动性比铜强，铁锈的形成是一个复杂的电化学腐蚀过程防止铁锈的方法可分为以下几类更容易失去电子当铁片浸入硫酸铜溶液中在潮湿且有氧气的环境中，铁表面形成微小•覆盖保护层涂漆、涂油、镀锌等隔绝时，铁原子失去电子成为铁离子进入溶液，的原电池，阳极区域的铁被氧化Fe→⁺⁻空气和水同时铜离子得到电子被还原为铜单质沉积在Fe²+2e，而阴极区域发生氧气还原₂₂⁻⁻⁺•电化学保护牺牲阳极保护、外加电流铁片表面O+2H O+4e→4OH Fe²进一⁻阴极保护步被氧化并与OH结合，最终形成思考若将铜片浸入硫酸亚铁溶液中，会发₂₃₂•改变金属性质添加合金元素如铬、Fe O•nH O（铁锈）生置换反应吗？为什么？镍，形成不锈钢•使用防锈剂添加能与铁形成保护膜的化学物质上述问题涉及金属活动性顺序、氧化还原反应、电化学原理等知识点，是理解金属化学性质的关键思考这些问题有助于加深对金属化学行为的理解，培养分析问题和解决问题的能力知识点总结金属物理性质金属化学性质•良好的导电性、导热性•金属活动性顺序•银白色金属光泽•与酸、氧气、水的反应•延展性强，可锻造•金属置换反应规律•高密度、高熔点•金属氧化物的还原•部分金属具有磁性金属的防护与应用金属的提取冶炼•金属腐蚀的机理•铁矿石的主要种类•防护措施与原理•高炉炼铁的原理与流程•废金属回收利用•氧化还原反应在冶金中的应用•金属在各领域的应用•冶炼条件对产品的影响金属元素的知识体系是化学学科的重要组成部分，涉及无机化学、物理化学、分析化学、材料科学等多个领域掌握金属的性质、反应规律和应用原理，对于理解自然现象、解决实际问题具有重要意义课后拓展阅读现代钢铁工业发展趋势新型金属材料与合金技术现代钢铁工业正在向绿色化、智能化、高端化方向发展节能减排技术如顶燃式加热炉、干熄焦技术大幅新型金属材料不断涌现，如形状记忆合金、金属玻璃、金属基复合材料等钛合金、镁合金、高温合金等降低能耗；大数据、人工智能等技术实现智能化生产；高强度钢、特种钢等高端产品比例不断提高特种合金在航空航天、医疗等领域发挥重要作用纳米金属材料展现出独特性能，成为材料科学前沿推荐阅读金属资源的可持续利用•《中国钢铁工业可持续发展报告》•《绿色冶金技术进展》面对资源约束，金属的可持续利用成为重要议题城市矿山开发、金属循环利用、低品位资源高效利用等成为研究热点绿色冶金、短流程冶炼等技术不断突破•《智能制造与钢铁工业转型升级》复习小测验判断题

1.银的导电性比铜好，但因成本高而较少用于电线

2.所有金属都能与酸反应放出氢气₄₄

3.Fe+CuSO→FeSO+Cu是氧化还原反应

4.高炉炼铁使用的还原剂主要是一氧化碳

5.金属表面涂漆是利用电化学原理防止腐蚀选择题A.铁B.铜C.钠D.铝₂₂A.2Na+2H O=2NaOH+H↑₃₂B.CaCO=CaO+CO↑₄₂₄₂₂C.2KMnO=K MnO+MnO+O↑₂₂₃D.4Fe+3O=2Fe O

1.下列金属中，活动性最强的是

2.下列反应中，不属于氧化还原反应的是简答题

1.简述铁的三种主要化学性质及其应用

2.高炉炼铁的主要化学反应方程式及原理是什么？

3.比较物理防护和化学防护防止金属腐蚀的异同点答案将在下次课公布完成测验后，请对照课本和笔记进行自查，巩固所学知识点如有疑问，可在课堂讨论环节提出教学资源推荐鲁教版化学教材配套实验视频在线互动模拟实验平台相关参考书籍与论文鲁教版高中化学教材配套的实验视频资虚拟实验室平台提供金属化学反应的在除课本外，以下参考材料可以拓展知识源，包含金属实验的详细操作演示和注线模拟实验，学生可以安全地进行各种面，加深对金属化学的理解意事项通过观看视频，可以更直观地实验操作，观察反应现象，加深对化学•《无机化学》（北京大学出版社）理解实验原理和操作要点反应本质的理解•《金属材料科学基础》（机械工业出推荐视频推荐平台版社）•《铁与硫酸铜溶液的置换反应》•PhET交互式模拟实验•《化学元素周期王国》（科学普及出（版社）•《铁的燃烧实验》https://phet.colorado.edu/zh_CN/）•《中学化学教学研究》期刊中关于金•《金属活动性比较》•国家虚拟仿真实验教学项目共享平台属教学的论文•科学探索互动教学平台这些资源可以作为课堂教学的补充，帮助学生巩固知识，拓展视野教师可根据教学进度和学生情况，有选择地推荐适合的资源教学反思与建议注重实验操作与理论结合金属化学的学习应以实验为基础，通过观察现象、分析原理，建立感性认识与理性思考的桥梁建议增加实验环节，设计探究性实验，培结合生活实例激发学习兴趣养学生的实验技能和科学思维可采用先实验、后讲解的方式，让学生带着问题思考，提高课堂参金属与日常生活密切相关，可以从学生熟悉的现象入手，如铁锈、电与度和学习效果镀首饰、铝合金自行车等，引导学生发现生活中的化学原理强化知识点的系统性与逻辑性建议组织参观钢铁厂、金属制品加工厂等，增强学生对金属工业的感性认识开展我家的金属制品调查等实践活动，让化学走出课堂金属元素知识点较多，要注重知识的系统性和逻辑性，帮助学生构建知识网络可采用思维导图等工具，梳理金属的物理性质、化学性质、冶炼提取、应用等方面的内容注重能力培养与素质提升注重纵向联系（与初中知识的衔接）和横向联系（与其他元素的比在教学过程中，不仅要关注知识传授，更要注重科学素养的培养通较），培养学生的系统思维能力过设计开放性问题、组织小组讨论、开展科学探究活动等，培养学生的创新思维、合作意识和解决问题的能力关注化学与社会、环境、经济的联系，培养学生的社会责任感和可持续发展意识培养学生实验操作能力实验是化学学科的基础，通过亲手操作实验，学生能够直观感受化学变化的魅力，培养科学探究精神告诉我，我会忘记；展示给我，我可能记住；让我参与，我才能理解在金属化学教学中，可设计以下实验活动

1.金属活动性顺序探究实验

2.金属与酸反应的对比实验

3.金属防腐蚀方法的效果比较

4.废旧电池中金属的回收实验通过实验培养学生的动手能力、观察能力、分析能力和创新能力，使学生真正成为学习的主人，培养终身学习的能力结束语掌握金属化学，开启科学探索之门理解金属的本质与应用培养科学思维与实践能力为未来科技创新奠定基础金属元素在自然界和人类社会中具有重要地金属化学学习过程中，通过实验观察、数据金属材料科学是现代科技创新的重要领域位通过学习金属的物理性质、化学性质、分析、理论推导等方法，培养了科学思维和掌握金属化学知识，为进一步学习材料科提取方法和应用领域，我们能够理解金属材实践能力，这些能力将在未来学习和工作中学、冶金工程等专业知识奠定基础，有助于料的本质，更好地利用金属资源发挥重要作用参与未来科技创新让我们带着好奇心和探索精神，在化学的海洋中继续前行，发现更多科学的奥秘！。