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2019-2020年高中化學 3.1《 金屬的化學性質(zhì)》（第2課時）教學設計 新人教版必修1 【教學目標】： 1、 通過學習鈉、鋁、鐵分別與水的反應，找出與水反應的相同點和差異 2、 2、根據(jù)鈉、鋁、鐵與水的反應情況差異，找出其本質(zhì)原因 【教學重點難點】：鈉與水的反應、鋁與氫氧化鈉溶液的反應 【教學過程】 【板書】二、金屬與水的反應 【講述】鈉除了能與氧氣反應之外，能否跟水反應呢？其他的金屬能否與水反應呢？這節(jié)課我們就來探究金屬與水反應的問題。我們來做一下鈉與水反應的實驗，看看鈉到底能不能跟水反應呢？反應又能生成什么物質(zhì)？ 【演示實驗1】 在小燒杯中加入約1/2的水，滴入1～2滴酚酞溶液，將切好的鈉投入到水中，蓋上表面皿，觀察現(xiàn)象。 ★觀察時應注意幾方面內(nèi)容：鈉在水中的哪個部位反應，形態(tài)有何變化，如何運動，發(fā)出怎樣的聲音，溶液顏色有何變化？ 實驗現(xiàn)象： 1、鈉投入水里后，浮在水面上 2、鈉立即跟水反應，并有氣體產(chǎn)生，同時鈉熔化成閃亮的小圓球。 3、小圓球在水面上向各個方向迅速游動 4、有嘶嘶的聲音發(fā)出，最后小圓球消失 5、反應后的滴有酚酞的水溶液變紅色 實驗結論： 1、因為鈉的密度比水小。 (浮) 2、鈉與水的反應是放熱反應，且鈉的熔點較低 (熔) 3、鈉與水反應產(chǎn)生氣體，推動小球迅速游動； (游) 4、產(chǎn)生的氫氣與水摩擦、與空氣中的氧氣化合、反應放熱等，從而發(fā)出響聲。(響) 5、說明鈉與水反應生成了堿 (NaOH) (紅) 【說明】：①鈉與水的反應是氧化還原反應，鈉是還原劑，水是氧化劑，其電子轉(zhuǎn)移： ②鈉與水的反應是鈉原子和水電離出來的氫離子反應即該反應屬于離子反應。 其離子方程式： 2Na+2H2O2Na++2OH－+H2↑ ③鈉的保存：實驗室中的鈉需保存在煤油中，其原因有：（1）鈉與空氣中的氧氣反應；（2）鈉與水反應；（3）鈉不與煤油反應，且其的密度大于煤油的密度。 【思考】根據(jù)金屬活潑順序，鈉排在銅的前面，那么金屬鈉能否從CuSO4溶液中置換出單質(zhì)銅？推測可能出現(xiàn)的現(xiàn)象。 【演示實驗2】在燒杯中加入約20ml的CuSO4溶液，將切好的鈉投入到其中，蓋上表面皿，觀察現(xiàn)象。 現(xiàn)象：除鈉與水的反應現(xiàn)象外，還產(chǎn)生藍色絮狀沉淀 【結論】鈉與鹽溶液反應不能置換出金屬，實際上是將鈉投入鹽溶液中，首先鈉與水反應，然后生成的氫氧化鈉再與鹽反應生成難溶的堿。 【問題討論】1、鈉既能與氧氣反應，又能與水反應，那么鈉應該如何保存呢？ 隔絕空氣，保存在煤油中 2、已知鈉和四氯化碳不能反應，四氯化碳的密度比鈉大，那么鈉能否保存在四氯化碳中？ 不能保存在四氯化碳中，浮在上面 3、鈉著火應該怎么撲滅？用水行嗎？泡沫滅火器呢？ 鈉能與水反應，同時產(chǎn)生易燃的氫氣并放出大量的熱，鈉也能在二氧化碳中燃燒，所以鈉著火，不能用水、泡沫滅火器、干粉滅火器滅火，應用沙子壓滅。 鈉是活潑金屬，能夠和水反應，那么鐵能否和水反應呢？平常我們何以用鐵鍋來煮水，說明鐵是不能和冷水和熱水反應的。但是能否與水蒸氣反應呢？閱讀課本P42的內(nèi)容。 【科學探究】 可用以下三種實驗裝置中的任意一種探究鐵與水蒸氣的反應。 3 2 1 【思考】鐵與水的反應中，如果將實驗中的還原鐵粉換成鐵片或鐵釘，反應能否發(fā)生？ 不能，鐵釘與水蒸氣的接觸面積小。 【小結】金屬與水反應的規(guī)律是： （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和冷水反應緩慢，與沸水迅速反應，Al與冷水很難反應，與沸水能反應，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，生成不溶性氧化物和H2。 3Fe + 4H2O(g) === Fe3O4 + 4H2 Zn + H2O(g) === ZnO + H2 （4）Cu、Hg、Ag、Pt、Au不與水反應。 【板書】三、鋁與鹽酸及氫氧化鈉溶液的反應 【實驗3—4】鋁與鹽酸、氫氧化鈉溶液的反應 現(xiàn)象：均有氣泡產(chǎn)生 方程式： 2Al+6H+=2Al3++3H2 （常溫下與遇濃H2SO4，濃HNO3鈍化，加熱時反應不放出H2） 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2 【講述】Al與NaOH反應的實質(zhì)是Al的表面有一層氧化膜(氧化鋁)，能與NaOH反應而除去，從而使鋁裸露出來與水反應生成Al(OH)3，Al(OH)3和NaOH反應生成NaAlO2，促進Al和水的反應而溶解，因此水是氧化劑。該反應也可以分兩步寫出： 2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑ 2Al(OH)3+2NaOH=2NaAlO2+4H2O 【應用】鋁制容器不宜蒸煮或長時間盛放酸性、堿性或咸的食物。 【課外閱讀】鋁對人體的毒性效應 鋁是自然界最常見的元素，也是地殼中分布廣泛，含量高達8.8%(質(zhì)量分數(shù))，僅次于氧和硅，多以硅鋁酸鹽的形式存在于礦物、巖石、粘土和土壤中，在生物體內(nèi)鋁的含量很少，被稱為微量元素。過去很長時間內(nèi)認為鋁是無毒元素，鋁對環(huán)境的污染，對人類健康的影響一直未被引起注意，但隨著近代對鋁礦的開采，煉鋁工業(yè)的發(fā)展，鋁及鋁的合金和化合物已遍及國防、科研、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各個部門，并已進入千家萬戶。這一方面給人類社會帶來了現(xiàn)代化的舒適和方便，但也給人類生活帶來了一定的危害。 長期以來鋁一直被認為是無毒元素，鋁制烹調(diào)器皿、含鋁膨松劑、發(fā)酵粉、凈水劑的使用也均未發(fā)現(xiàn)鋁的直接毒性，大劑量的口服含鋁藥物也無顯著的毒性反應，也就是說鋁無直接的毒性效應。但近幾年的研究表明，鋁可以擾亂生物體的代謝作用，造成長期地、緩慢地對人類健康的危害。 鋁對土壤的污染可引起對植物的毒性效應，鋁對水體的污染可引起對水生生物的毒性效應，這些毒性效應也可間接對人體產(chǎn)生毒性效應。下面就鋁對人體直接產(chǎn)生的毒性加以簡述： 一、鋁進入人體的渠道 1、含鋁凈水劑的使用 自19世紀末葉美國首先將硫酸鋁用于給水處理以來，一直被廣泛應用，在最早時中國人也有用明礬凈水的習慣。目前世界各國水廠多采用鋁鹽(如硫酸鋁、明礬、聚硫酸鋁、聚氯化鋁)對飲用水進行凈化，這些可溶性酸性的水(用漂白粉或氯氣消毒的自來水)更易使Al3+溶出隨飲用水進入人體。1983年美國國家環(huán)保局對200個水廠調(diào)查表明，用硫酸鋁作為混凝劑的50%水廠自來水中含鋁量在0.12mg/L以下，未處理的水為0.96mg/L。1986年美國自來水協(xié)會調(diào)查表明，25%的水廠自來水均含鋁0.2mg/L，處理水為0.25mg/L，而自來水中含鋁量高達0.41mg/L的水廠中82%為用石灰調(diào)pH值，鋁含量平均為0.026mg/L的水廠只有35%的石灰調(diào)pH。這表明水的凈化處理技術對自來水中鋁的殘留量有很大的影響。 2、含鋁膨松劑的作用 目前常用的膨松劑有明礬和磷鋁酸鈉(Na3Al(PO)4)2，在制作油條、粉絲等膨化食品時加入，隨食用Al3+進入人體。 3、鋁制炊具的不當使用 在使用鋁制炊具時接觸酸(醋)、堿、鹽等也可以使大量Al3+溶出進入食物中。又如我們習慣用鋁鍋燒開水，此水中鋁含量大于216/L，最高可達4631/L，比自來水和鐵壺煮水高出9~190倍。 4、飲茶及含鋁藥劑的使用 飲茶雖有利健康，但多種茶葉中含鋁量也很高，如綠茶含403.31/L，紅茶已含485.79/L，花茶含319.06/L，在茶葉的泡制過程中Al3+會溶出進入人體。血液透析時透析液含鋁多，也可引起鋁在體內(nèi)滯留；長期使用氫氧化鋁胃藥也會造成鋁在人體內(nèi)的蓄積，但這不是主要的。 二、鋁對人體的毒性效應 正常人體含鋁量50~100mg，人體攝入的鋁99.7%來自食品、飲水和飲料，每天從飲食中攝取鋁平均45mg左右。進入胃腸道的鋁吸收率為0.1%，大部分隨糞便排出體外，少量的鋁經(jīng)腸道吸收人體。近10年來人們發(fā)現(xiàn)了鋁的毒性，并引起了重視。普遍認為鋁的毒性主要表現(xiàn)為對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損害，臨床上鋁中毒的表現(xiàn)主要有鋁性腦病、鋁性胃病和鋁性貧血等，老年性癡呆癥的發(fā)生增多就與鋁在體內(nèi)的積累有關，醫(yī)學研究發(fā)現(xiàn)該病的病人腦組織中含有高濃度的鋁。將AlCl3注入貓腦等動物實驗也證實了這一點。原因是神經(jīng)元吸收鋁后，鋁進入神經(jīng)核內(nèi)，改變了細胞的骨架，影響染色體而產(chǎn)生病變，造成蛋白質(zhì)的生化代謝的紊亂，導致癡呆病的發(fā)生。 鋁在人體內(nèi)還能干擾磷的代謝，鋁在腸道內(nèi)可與磷酸鹽形成不溶性的AlPO4，阻止腸道對磷的吸收，從而使血液中和其它組織內(nèi)磷的總量送還和，磷在生物體內(nèi)起著舉足輕重的作用，磷的缺少會引起機體的代謝紊亂，也會影響機體對鈣的吸收，造成機體脫鈣的現(xiàn)象，最終導致骨軟化癥。另外，Al3+能取代重要酶及生物分子上的Mg2+，與生物配體形成比Mg2+更穩(wěn)定的化合物，抑制Mg2+依賴酶的活性。Mg2+對神經(jīng)系統(tǒng)有抑制作用，低鎂時神經(jīng)肌肉興奮性增強，因此，一旦Al3+取代Mg2+，將引起機體代謝的不平衡，造成神經(jīng)系統(tǒng)等各方面的疾患。 總之，鋁在人體中引起的毒性是緩慢的，長期的，不易覺察的，但是一旦發(fā)生代謝紊亂的毒性反應，則后果是嚴重的，是不可恢復的。 三、控制鋁對人體危害的有效途徑 (1)迄今為止，自來水工業(yè)普遍采用鋁鹽凈化飲用水，國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)方法制得飲用水含量比原水一般高出1~2倍，這對人體可能構成一定的不良影響，因此水的凈化處理技術有待于進一步改進。 (2)少施或不施酸性化肥如硫銨[(NH4)2SO4]，氯化銨(NH4Cl)等，降低土壤的酸度，使Al3+盡量少釋放，以免影響作物的生長。我國在這方面也多有改進，多生產(chǎn)尿素、碳銨等中性肥料和腐植酸類肥料。 (3)鋁對環(huán)境的污染與酸雨有關，我國南方等地酸雨現(xiàn)象比較突出，酸雨可使工業(yè)含鋁污泥和土壤中的鋁轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄凿X，從而給作物帶來毒害及水體污染。我國正發(fā)展排煙脫硫的化學方法，控制SO2的排放，以便減少酸雨的降落。 (4)改良不合理的飲食習慣，盡量減少Al3+的人口渠道，丟掉傳統(tǒng)油條膨松劑的使用，治療胃病的藥物盡量避開Al(OH)3的制劑，改用胃動力藥。