2019-2020年高中化學 第三章 金屬及其化合物 3.3 用途廣泛的非金屬材料教案2 新人教版必修1教材分析材料發(fā)展的歷史從生產(chǎn)力的側面反映了人類社會發(fā)展的文明史，因此，歷史學家往往根據(jù)當時有代表性的材料將人類社會劃分為石器時代、青銅器時代和鐵器時代等。銅及其合金青銅，是人類社會最早出現(xiàn)的金屬材料。金屬材料在一個國家的國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的位置，因為金屬材料的資源比較豐富，已積累有一整套相當成熟的生產(chǎn)技術，有組織大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)驗，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，價格低廉、性能優(yōu)異。此外，金屬材料自身還在不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的鋼鐵工業(yè)在冶煉、澆鑄、加工和熱處理等方面不斷出現(xiàn)新工藝。新型的金屬材料如高溫合金、形狀記憶合金、儲氫合金、永磁合金、非晶態(tài)合金相繼問世，大大擴展了金屬材料的應用范圍。鑒于金屬材料在國民經(jīng)濟中占有非常重要的地位，在日常生活中得到了廣泛的應用，可以通過這一節(jié)的教學，讓學生了解金屬材料的發(fā)展歷史、重要作用和面臨的挑戰(zhàn)，通過激發(fā)學生的愛國熱情和社會責任感來提高學生的求知欲。教學建議第三節(jié)用途廣泛的金屬材料是一節(jié)全新的內容，閱讀性比較強。教學建議如下：1通過金屬材料發(fā)展史及有關的知識，使學生初步認識合理使用金屬材料的意義。學生過去對有關金屬材料的知識了解不多，金屬材料究竟包含哪些材料？它們有哪些功能？主要應用在哪些方面？學生對這些問題不太清楚，對金屬材料的學習也就不可能有興趣，也就達不到本節(jié)的教學目的。教師在教學中應該做一些介紹，或讓學生互相交流，教師補充，讓學生對金屬材料形成一個初步概念。金屬材料的基本元素是金屬。因此，籠統(tǒng)地說，金屬材料具有高強度、優(yōu)良的塑性和韌性，耐熱、耐寒，可鑄造、鍛造、沖壓和焊接，還有良好的導電性、導熱性和鐵磁性，因此是一切工業(yè)和現(xiàn)代科學技術中最重要的材料。2介紹金屬材料面臨的挑戰(zhàn)，激發(fā)學生的社會責任感。近一二十年來，金屬材料的發(fā)展受到了巨大的壓力，這種壓力來自外部和內部兩個方面。就外部來講，從20世紀中期開始，高分子材料的崛起，尤其是工程塑料從性能到應用許多方面已能和傳統(tǒng)的金屬材料相抗衡，加上原料豐富、價格便宜，產(chǎn)量以驚人的速度增長。與此同時，先進陶瓷材料也嶄露頭角，特別是在現(xiàn)代電子工業(yè)中占有重要地位。因此，材料領域從金屬材料的一統(tǒng)天下轉變?yōu)榻饘?、陶瓷、高分子材料三足鼎立的新格局。從內部來講主要是能源、資源和環(huán)境三個方面。金屬材料的近百年的大力發(fā)展，某些主要的金屬礦產(chǎn)資源日漸緊張，高品位的金屬礦產(chǎn)很快減少，低品位的礦產(chǎn)使能源消耗和成本增加。金屬工業(yè)是能源的最重要消耗者，也是嚴重的環(huán)境污染者。這些問題對金屬材料今后的發(fā)展提出了有力的挑戰(zhàn)。應對措施，一是對已有的金屬材料要最大限度地提高它的質量，挖掘它的潛力，使其產(chǎn)生最大效益。近些年來，金屬材料的制造技術有非常迅速的進步，先進的冶煉技術、精煉技術、鑄造技術、連鑄連軋技術、成型加工技術和熱處理技術在不斷提高，微量雜質的技術、微量元素的合金化技術有所創(chuàng)新。二是開拓金屬材料的新功能，以適應更高的使用要求。超高強度鋼、超低碳不銹鋼等新的合金鋼和新的有色合金應運而生。三是加強廢舊金屬的回收和再利用。通過對金屬材料面臨的挑戰(zhàn)和應對措施的初步介紹，可提高學生的社會責任感，有志者會明確自己努力的方向，會奮發(fā)學習，將來去承擔更大的社會責任。3積極開展社會調查活動，提高學生對金屬材料的認識，增強其社會活動能力。通過開展社會調查活動，去了解金屬材料的組成、來源、價格和用途，從不同角度增加對金屬材料的認識。尤其是通過家庭房屋的裝潢，將性能和成本作為選材的重要條件去考慮。社會調查活動需要認真組織，有調查目的、調查計劃、調查內容、調查記錄、調查總結和結果評價，以使活動收到預期的效果。4開展多種形式的交流活動，培養(yǎng)學生的互助合作精神。教科書中安排了角色扮演活動，這種活動學生會比較感興趣。學生根據(jù)自己所扮演的角色，去了解這種角色的心聲，然后進行交流，可以提高對某一問題的認識。這種活動既可以培養(yǎng)學生收集、整理資料的能力，又可以培養(yǎng)學生發(fā)表自己見解的能力，還可以培養(yǎng)學生的合作精神等。三維目標1知識和技能(1)要求掌握常見合金的重要用途。(2)初步認識合理使用金屬材料的意義。2過程和方法采用討論、社會調查、思考與交流、角色扮演等多種方法進行教學。3情感態(tài)度與價值觀(1)介紹金屬材料面臨的挑戰(zhàn)，激發(fā)學生的社會責任感。(2)積極開展社會調查活動，提高學生對金屬材料的認識，增強其社會活動能力。(3)開展多種形式的交流活動，培養(yǎng)學生的互助合作精神。學習重點常見合金的重要作用。學習難點金屬材料的正確使用。導入新課學生打開元素周期表，數(shù)出金屬元素和非金屬元素的種類，得出金屬元素占大部分，常用金屬元素只有少數(shù)，最常用的也只有幾種(Cu、Fe、Al等)。日常生產(chǎn)生活中普遍使用的也就是這幾種金屬制成的材料：銅合金、鐵合金、鋁合金等。今天我們就來學習用途廣泛的金屬材料。展示讓學生把課前準備的各種各樣的金屬材料都拿出來，同時用多媒體投放幾張圖片：推進新課教師講解材料發(fā)展的歷史，從生產(chǎn)力的側面反映了人類社會發(fā)展的文明史，歷史學家往往根據(jù)當時代表性的材料將人類社會劃分為石器時代、銅器時代和鐵器時代等。投影材料設問同學們帶來的金屬材料都不是純凈的金屬，都是什么？概念：兩種或兩種以上的金屬(或金屬跟非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質合金與各成分金屬的熔點和硬度的比較：一般硬度大于各成分金屬，一般熔點低于各成分金屬。舉例(1)純鐵和鋼硬度比較(純鐵質軟)(2)碳、純鐵和生鐵的熔點比較(分別為3 000 、1 534 、1 200 )小結合金物理、化學機械性能優(yōu)于各成分金屬，這就是日常生產(chǎn)生活中為什么很少使用純金屬的原因。下面我們學習常見合金及其用途。1銅合金：(課前安排有條件的同學上網(wǎng)百度搜索：青銅百科、黃銅百科、白銅百科)學生閱讀學生站起來大聲閱讀摘錄的有關青銅、黃銅、白銅的知識，主要內容如下：青銅百科：青銅是人類社會最早出現(xiàn)的合金，它是銅和錫、鉛的合金，也是金屬冶鑄史上最早的合金。青銅發(fā)明后，立刻盛行起來，從此人類歷史也就進入新的階段青銅時代。一般把中國青銅器文化的發(fā)展劃分為三大階段，即形成期、鼎盛時期和轉變期。黃銅百科：黃銅是最常見的銅制品，它是由銅和鋅所組成的合金。有普通黃銅和特殊黃銅之分。黃銅一詞專指銅鋅合金，始于明代，通過對明代銅錢成分的分析，發(fā)現(xiàn)明會典中所說的鑄錢中真正意義上的黃銅的出現(xiàn)較其他幾種銅合金晚很多，這是因為黃銅中金屬鋅的獲得比較困難。白銅百科：白銅是以鎳為主要添加元素的銅基合金，呈銀白色，有金屬光澤，故名白銅。白銅的發(fā)明是我國古代冶金技術中的杰出成就。17至18世紀，鎳白銅大量傳入歐洲，并被視為珍品。稱作“中國銀”或“中國白銅”，對西方近代化學工藝曾起過巨大影響。設問同學們想一想，現(xiàn)代日常生產(chǎn)生活中用途最為廣泛的金屬材料是什么？2鐵合金：生鐵和鋼投影(1)生鐵：含碳量在2%4.3%之間，還含有硅、錳及少量硫、磷。可鑄不可鍛。(2)鋼的分類、特性和用途：鋼主要合金元素特性用途碳素鋼低碳鋼含碳低于0.3%韌性好機械零件鋼管中碳鋼含碳低于0.6%韌性好機械零件鋼管高碳鋼含碳0.6%2%之間硬度大刀具、量具、模具合金鋼錳鋼錳韌性好、硬度大鋼軌、軸承、坦克、裝甲等不銹鋼鉻抗腐蝕醫(yī)療器械硅鋼硅導磁性變壓器；發(fā)電機芯鎢鋼鎢耐高溫、硬度大刀具提問(1)鐵合金的分類是以什么為標準的？(含碳量)(2)鋼的含碳量與韌性、硬度的關系(含碳量越高，韌性越差，硬度越高)辨別學生帶來的鐵制品哪些是生鐵，哪些是碳素鋼、不銹鋼？說明(1)普通鐵鍋、鉛球、鐵柵欄等是生鐵制品(2)建筑業(yè)中所用的鋼筋屬于碳素鋼，根據(jù)質量要求不同含碳量不同(3)普通刀具、老虎鉗、扳手屬于高碳鋼(4)塑鋼不是金屬材料，是聚甲醛，屬于有機高分子材料設問除了鐵制品，還有哪些常見的金屬材料？投影3其他常見合金鋁合金：具有密度小、強度大等優(yōu)點，主要用于汽車、飛機、火箭、船舶制造。鈦合金：含鋁6%，釩4%，具有密度小、強度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)點，主要用于飛機、火箭、導彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等尖端領域。聯(lián)系時事嫦娥一號奔月工程中與金屬材料有關的問題。多媒體鏈接從一則新聞報道的片斷中看金屬材料在衛(wèi)星和火箭上的應用：5家配套單位直接參與嫦娥工程的項目負責人接受記者采訪：探月衛(wèi)星和火箭80%以上鋁鎂材料由東輕生產(chǎn)。東輕公司總經(jīng)理助理、銷售公司總經(jīng)理告訴記者，曾被確定為“神舟”系列飛船鋁鎂合金材料指定生產(chǎn)廠家的東輕，此次又被指定為“嫦娥”系列工程鋁鎂合金材料供應廠家。嫦娥一號衛(wèi)星的“筋骨”結構部件，“長三甲”火箭的推進器、整流罩、火箭筒體、連接環(huán)等部件使用大量的鋁鎂合金材料都是由東輕制造的。投影月球上有哪些豐富的礦產(chǎn)資源？月球的礦產(chǎn)資源極為豐富，地球上最常見的17種元素，在月球上比比皆是。以鐵為例，僅月面表層5厘米厚的沙土就含有上億噸鐵，而整個月球表面平均有10米厚的沙土。月球表層的鐵不僅異常豐富，而且便于開采和冶煉。據(jù)悉，月球上的鐵主要是氧化鐵，只要把氧和鐵分開就行；在月球表層，鋁的含量也十分豐富。簡介記憶合金(主要是鎳鈦合金材料)在月球上的應用：1969年7月20日，“阿波羅”11號登月艙在月球著陸，實現(xiàn)了人類第一次登月旅行的夢想。宇航員登月后，在月球上放置了一個半球形的直徑數(shù)米大的天線，用以向地球發(fā)送和接收信息。數(shù)米大的天線裝在小小的登月艙里送上了太空。天線就是用當時剛剛發(fā)明不久的記憶合金制成的。用極薄的記憶合金材料先在正常情況下按預定要求做好，然后降低溫度把它壓成一團，裝進登月艙帶上天去。放到月面上以后，在陽光照射下溫度升高，當達到轉變溫度時，天線又“記”起了自己的本來面貌，變成一個巨大的半球形。思考金屬材料的使用與化學的發(fā)展密切相關，人類社會較早使用了金、銀、銅，后來發(fā)展到鐵制品的廣泛應用，近現(xiàn)代又大規(guī)模使用鋁制品，繼而有更多新型的金屬材料問世，這與哪些方面的因素有關？(1)與金屬的活動性有關(2)與冶煉技術的發(fā)展有關(3)與社會需求有關過渡各種各樣的材料琳瑯滿目，從經(jīng)濟學角度講不能大材小用，更不能胡亂使用，好鋼用在刀刃上。思考相同截面積的銅導線比鋁導線的導電能力強。為什么高壓遠途輸電時選用鋁線，而不是銅線？(1)鋁密度小(2)鋁資源豐富(3)鋁的耐腐蝕能力強角色扮演就是否應該停止使用鋁質飲料罐組織小組討論，最后小組推薦代表發(fā)言。角色扮演：開采鋁礦的工人、生產(chǎn)鋁質飲料罐的工人、飲料公司的老板、售貨員、消費者、環(huán)保局的官員、回收公司的人員討論過程中可能涉及的部分因素：鋁的性質適宜制造飲料罐、鋁礦的儲量較豐富、鋁廢棄后會污染環(huán)境、鋁制品的使用對人體有害、使用鋁質飲料罐很方便、開采鋁礦會對環(huán)境造成破壞、可以用玻璃瓶代替鋁質飲料罐、玻璃瓶攜帶不便與易碎性、碳酸飲料對容器的質量要求、塑料容器的使用問題等。提問日常生活中涉及的鋁可能對人體產(chǎn)生危害的習慣有哪些？(1)使用鋁制品炊具 (2)用鋁箔包裹食品(3)炸油條(4)明礬凈水(5)用氫氧化鋁治胃病等課堂小結使用任何材料都有利有弊，禁止使用鋁質飲料罐是不現(xiàn)實的，重要的是要充分利用好礦產(chǎn)資源，人人樹立環(huán)保節(jié)能的意識，同時努力研發(fā)新的無污染、資源消耗少的替代品才是正確的發(fā)展思路。某家庭準備裝修窗戶，可使用的材料有：木材、鋼鐵、鋁合金、塑鋼等，請你調查(或上網(wǎng)查詢)每種材料的性能、價格、制造或安裝成本、利弊，進行分析。你認為選用哪種材料比較好？說說你的理由。 提示：選材需要考慮以下幾個方面：(1)主要用途(2)外觀(3)物理性質(密度、硬度、強度、導電性)(4)化學性質(對水的作用、耐腐蝕性)(5)價格(6)加工難度(7)日常維修等總結以金屬材料面臨的挑戰(zhàn)和應對策略，激發(fā)學生的社會責任感作為本節(jié)課的總結。投影1金屬材料面臨的挑戰(zhàn)和應對策略：(1)外部壓力：高分子材料的崛起，尤其是工程塑料，性能優(yōu)越、原料豐富、價格便宜，產(chǎn)量以驚人的速度增長(2)內部壓力：主要的金屬礦產(chǎn)資源日漸緊張，高品位的礦產(chǎn)減少很快，低品位的礦產(chǎn)使能源消耗和成本增加，金屬工業(yè)是能源的最主要的消耗者，也是嚴重的環(huán)境污染者2應對措施：(1)對已有的金屬材料要最大限度地提高質量，挖掘它的潛力，使其產(chǎn)生最大的效益(2)開拓金屬材料的新功能，以適應更高的使用要求(3)加強廢舊金屬的回收和再利用激勵有責任感的同學要明確自己的目標，奮發(fā)學習、努力進??！1稀土元素稀土元素是鑭系元素系稀土類元素群的總稱，包含鈧Sc、釔Y及鑭系中的鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、钷Pm、釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、鉺Er、銩Tm、鐿Yb、镥Lu，共17種元素。稀土元素能與其他元素組成品種繁多、功能千變萬化，用途各異的新型材料，被稱為“現(xiàn)代工業(yè)的維生素和神奇的新材料寶庫”。我國稀土資源占世界稀土資源的80%，以氧化物(REO)計達3 600萬噸，遠景儲量實際是1億噸。我國稀土資源分南北兩大塊。北方：輕稀土資源，集中在包頭、白云鄂博特等地，以后在四川冕寧又有發(fā)現(xiàn)。主要含鑭、鈰、鐠、釹和少量釤、銪、釓等元素。南方：中重稀土資源，分布在江西、廣東、廣西、福建、湖南等省，以罕見的離子態(tài)存在于花崗巖風化殼層中，主要含釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔和鑭、釹等元素。稀土的神奇特性，也是被人們逐漸認識的。發(fā)展到現(xiàn)在，稀土已經(jīng)從應用于冶金、機器、石油、化工、玻璃、陶瓷、紡織染色，皮草鞣制和農(nóng)牧養(yǎng)殖業(yè)等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，逐漸發(fā)展到光、電、磁多功能高科技新材料中。在鋼、鐵有色金屬中，添加微量稀土，可以明顯地提高金屬材料的性能；稀土球墨鑄鐵管比普通鑄鐵管的強度高56倍。稀土添加到某些鋼中，可以明顯提高鋼材的強度、耐磨性和抗腐蝕性，稀土鋁導線不但提高強度20%，而且還提高2%4%的導電性能。稀土微肥和稀土復合肥，可提高作物產(chǎn)量，并可增加作物的抗病性能。稀土作為基體元素能制造出具有特殊“光電磁”性能的多種功能材料，如稀土永磁材料、稀土鎳氫電池材料、稀土熒光材料、稀土催化劑、稀土激光材料、稀土精密陶瓷材料、生物工程材料等，它們都是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)、開發(fā)新能源、治理環(huán)保和國防尖端技術等方面必不可缺少的材料。例如稀土永磁材料(釹鐵硼永磁)是當今磁性最強的永磁體，它被稱為“一代磁王”。稀土永磁材料現(xiàn)已廣泛的用到了微型電機，工業(yè)用電機、風力發(fā)電機、音響設備、儀器儀表，航天航空通訊，醫(yī)用核磁共振成像儀等方面。稀土永磁材料用于電機，可使設備小型化、輕型化，同等功率的電機，體積和重量可減少30%以上。用稀土永磁同步電機代替工業(yè)上的異步電機，節(jié)電率可達12%15%，真正的稀土三基色熒光燈代替白熾燈，節(jié)電率可達到80%。稀土金屬鹵化物燈已被大量用于城市廣場、體育場館和高層建筑的美化泛光照明。這些新型電光源不但節(jié)電效果明顯。而且大大提高了照明質量，其生產(chǎn)過程也減少了污染，被稱作“綠色照明”。彩色電視正是采用了稀土三基色熒光粉，才能獲得彩色逼真的畫面。稀土鎳氫電池，可以充電而無記憶效應，代替了有污染的鎳鎘電池，被稱作無污染的“綠色電池”。它已廣泛用于移動電話、筆記本電腦等設備上。各種稀土功能材料，在航空、航天和尖端國防技術上，如雷達、偵查衛(wèi)星、激光制導和自動指揮系統(tǒng)等方面都獲得了廣泛的應用。稀土在高新技術領域中的應用，與其工業(yè)技術發(fā)達程度成正比。美國的稀土用量一直居世界第一位，日本、英國、法國、德國等工業(yè)發(fā)達國家都沒有稀土資源，但他們都有很先進的稀土應用技術。美國認定的35個戰(zhàn)略元素和日本選定的26個高技術元素中，都包括了全部的稀土元素。所以稀土被稱為神奇的稀土。