2019-2020年高中化学 第三章 金属及其化合物 3.3 用途广泛的非金属材料教案2 新人教版必修1.doc

2019-2020年高中化学 第三章 金属及其化合物 3.3 用途广泛的非金属材料教案2 新人教版必修1教材分析材料发展的历史从生产力的侧面反映了人类社会发展的文明史，因此，历史学家往往根据当时有代表性的材料将人类社会划分为石器时代、青铜器时代和铁器时代等。铜及其合金青铜，是人类社会最早出现的金属材料。金属材料在一个国家的国民经济中占有举足轻重的位置，因为金属材料的资源比较丰富，已积累有一整套相当成熟的生产技术，有组织大规模生产的经验，产品质量稳定，价格低廉、性能优异。此外，金属材料自身还在不断发展，传统的钢铁工业在冶炼、浇铸、加工和热处理等方面不断出现新工艺。新型的金属材料如高温合金、形状记忆合金、储氢合金、永磁合金、非晶态合金相继问世，大大扩展了金属材料的应用范围。鉴于金属材料在国民经济中占有非常重要的地位，在日常生活中得到了广泛的应用，可以通过这一节的教学，让学生了解金属材料的发展历史、重要作用和面临的挑战，通过激发学生的爱国热情和社会责任感来提高学生的求知欲。教学建议第三节用途广泛的金属材料是一节全新的内容，阅读性比较强。教学建议如下：1通过金属材料发展史及有关的知识，使学生初步认识合理使用金属材料的意义。学生过去对有关金属材料的知识了解不多，金属材料究竟包含哪些材料？它们有哪些功能？主要应用在哪些方面？学生对这些问题不太清楚，对金属材料的学习也就不可能有兴趣，也就达不到本节的教学目的。教师在教学中应该做一些介绍，或让学生互相交流，教师补充，让学生对金属材料形成一个初步概念。金属材料的基本元素是金属。因此，笼统地说，金属材料具有高强度、优良的塑性和韧性，耐热、耐寒，可铸造、锻造、冲压和焊接，还有良好的导电性、导热性和铁磁性，因此是一切工业和现代科学技术中最重要的材料。2介绍金属材料面临的挑战，激发学生的社会责任感。近一二十年来，金属材料的发展受到了巨大的压力，这种压力来自外部和内部两个方面。就外部来讲，从20世纪中期开始，高分子材料的崛起，尤其是工程塑料从性能到应用许多方面已能和传统的金属材料相抗衡，加上原料丰富、价格便宜，产量以惊人的速度增长。与此同时，先进陶瓷材料也崭露头角，特别是在现代电子工业中占有重要地位。因此，材料领域从金属材料的一统天下转变为金属、陶瓷、高分子材料三足鼎立的新格局。从内部来讲主要是能源、资源和环境三个方面。金属材料的近百年的大力发展，某些主要的金属矿产资源日渐紧张，高品位的金属矿产很快减少，低品位的矿产使能源消耗和成本增加。金属工业是能源的最重要消耗者，也是严重的环境污染者。这些问题对金属材料今后的发展提出了有力的挑战。应对措施，一是对已有的金属材料要最大限度地提高它的质量，挖掘它的潜力，使其产生最大效益。近些年来，金属材料的制造技术有非常迅速的进步，先进的冶炼技术、精炼技术、铸造技术、连铸连轧技术、成型加工技术和热处理技术在不断提高，微量杂质的技术、微量元素的合金化技术有所创新。二是开拓金属材料的新功能，以适应更高的使用要求。超高强度钢、超低碳不锈钢等新的合金钢和新的有色合金应运而生。三是加强废旧金属的回收和再利用。通过对金属材料面临的挑战和应对措施的初步介绍，可提高学生的社会责任感，有志者会明确自己努力的方向，会奋发学习，将来去承担更大的社会责任。3积极开展社会调查活动，提高学生对金属材料的认识，增强其社会活动能力。通过开展社会调查活动，去了解金属材料的组成、来源、价格和用途，从不同角度增加对金属材料的认识。尤其是通过家庭房屋的装潢，将性能和成本作为选材的重要条件去考虑。社会调查活动需要认真组织，有调查目的、调查计划、调查内容、调查记录、调查总结和结果评价，以使活动收到预期的效果。4开展多种形式的交流活动，培养学生的互助合作精神。教科书中安排了角色扮演活动，这种活动学生会比较感兴趣。学生根据自己所扮演的角色，去了解这种角色的心声，然后进行交流，可以提高对某一问题的认识。这种活动既可以培养学生收集、整理资料的能力，又可以培养学生发表自己见解的能力，还可以培养学生的合作精神等。三维目标1知识和技能(1)要求掌握常见合金的重要用途。(2)初步认识合理使用金属材料的意义。2过程和方法采用讨论、社会调查、思考与交流、角色扮演等多种方法进行教学。3情感态度与价值观(1)介绍金属材料面临的挑战，激发学生的社会责任感。(2)积极开展社会调查活动，提高学生对金属材料的认识，增强其社会活动能力。(3)开展多种形式的交流活动，培养学生的互助合作精神。学习重点常见合金的重要作用。学习难点金属材料的正确使用。导入新课学生打开元素周期表，数出金属元素和非金属元素的种类，得出金属元素占大部分，常用金属元素只有少数，最常用的也只有几种(Cu、Fe、Al等)。日常生产生活中普遍使用的也就是这几种金属制成的材料：铜合金、铁合金、铝合金等。今天我们就来学习用途广泛的金属材料。展示让学生把课前准备的各种各样的金属材料都拿出来，同时用多媒体投放几张图片：推进新课教师讲解材料发展的历史，从生产力的侧面反映了人类社会发展的文明史，历史学家往往根据当时代表性的材料将人类社会划分为石器时代、铜器时代和铁器时代等。投影材料设问同学们带来的金属材料都不是纯净的金属，都是什么？概念：两种或两种以上的金属(或金属跟非金属)熔合而成的具有金属特性的物质合金与各成分金属的熔点和硬度的比较：一般硬度大于各成分金属，一般熔点低于各成分金属。举例(1)纯铁和钢硬度比较(纯铁质软)(2)碳、纯铁和生铁的熔点比较(分别为3 000 、1 534 、1 200 )小结合金物理、化学机械性能优于各成分金属，这就是日常生产生活中为什么很少使用纯金属的原因。下面我们学习常见合金及其用途。1铜合金：(课前安排有条件的同学上网百度搜索：青铜百科、黄铜百科、白铜百科)学生阅读学生站起来大声阅读摘录的有关青铜、黄铜、白铜的知识，主要内容如下：青铜百科：青铜是人类社会最早出现的合金，它是铜和锡、铅的合金，也是金属冶铸史上最早的合金。青铜发明后，立刻盛行起来，从此人类历史也就进入新的阶段青铜时代。一般把中国青铜器文化的发展划分为三大阶段，即形成期、鼎盛时期和转变期。黄铜百科：黄铜是最常见的铜制品，它是由铜和锌所组成的合金。有普通黄铜和特殊黄铜之分。黄铜一词专指铜锌合金，始于明代，通过对明代铜钱成分的分析，发现明会典中所说的铸钱中真正意义上的黄铜的出现较其他几种铜合金晚很多，这是因为黄铜中金属锌的获得比较困难。白铜百科：白铜是以镍为主要添加元素的铜基合金，呈银白色，有金属光泽，故名白铜。白铜的发明是我国古代冶金技术中的杰出成就。17至18世纪，镍白铜大量传入欧洲，并被视为珍品。称作“中国银”或“中国白铜”，对西方近代化学工艺曾起过巨大影响。设问同学们想一想，现代日常生产生活中用途最为广泛的金属材料是什么？2铁合金：生铁和钢投影(1)生铁：含碳量在2%4.3%之间，还含有硅、锰及少量硫、磷。可铸不可锻。(2)钢的分类、特性和用途：钢主要合金元素特性用途碳素钢低碳钢含碳低于0.3%韧性好机械零件钢管中碳钢含碳低于0.6%韧性好机械零件钢管高碳钢含碳0.6%2%之间硬度大刀具、量具、模具合金钢锰钢锰韧性好、硬度大钢轨、轴承、坦克、装甲等不锈钢铬抗腐蚀医疗器械硅钢硅导磁性变压器；发电机芯钨钢钨耐高温、硬度大刀具提问(1)铁合金的分类是以什么为标准的？(含碳量)(2)钢的含碳量与韧性、硬度的关系(含碳量越高，韧性越差，硬度越高)辨别学生带来的铁制品哪些是生铁，哪些是碳素钢、不锈钢？说明(1)普通铁锅、铅球、铁栅栏等是生铁制品(2)建筑业中所用的钢筋属于碳素钢，根据质量要求不同含碳量不同(3)普通刀具、老虎钳、扳手属于高碳钢(4)塑钢不是金属材料，是聚甲醛，属于有机高分子材料设问除了铁制品，还有哪些常见的金属材料？投影3其他常见合金铝合金：具有密度小、强度大等优点，主要用于汽车、飞机、火箭、船舶制造。钛合金：含铝6%，钒4%，具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等优点，主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等尖端领域。联系时事嫦娥一号奔月工程中与金属材料有关的问题。多媒体链接从一则新闻报道的片断中看金属材料在卫星和火箭上的应用：5家配套单位直接参与嫦娥工程的项目负责人接受记者采访：探月卫星和火箭80%以上铝镁材料由东轻生产。东轻公司总经理助理、销售公司总经理告诉记者，曾被确定为“神舟”系列飞船铝镁合金材料指定生产厂家的东轻，此次又被指定为“嫦娥”系列工程铝镁合金材料供应厂家。嫦娥一号卫星的“筋骨”结构部件，“长三甲”火箭的推进器、整流罩、火箭筒体、连接环等部件使用大量的铝镁合金材料都是由东轻制造的。投影月球上有哪些丰富的矿产资源？月球的矿产资源极为丰富，地球上最常见的17种元素，在月球上比比皆是。以铁为例，仅月面表层5厘米厚的沙土就含有上亿吨铁，而整个月球表面平均有10米厚的沙土。月球表层的铁不仅异常丰富，而且便于开采和冶炼。据悉，月球上的铁主要是氧化铁，只要把氧和铁分开就行；在月球表层，铝的含量也十分丰富。简介记忆合金(主要是镍钛合金材料)在月球上的应用：1969年7月20日，“阿波罗”11号登月舱在月球着陆，实现了人类第一次登月旅行的梦想。宇航员登月后，在月球上放置了一个半球形的直径数米大的天线，用以向地球发送和接收信息。数米大的天线装在小小的登月舱里送上了太空。天线就是用当时刚刚发明不久的记忆合金制成的。用极薄的记忆合金材料先在正常情况下按预定要求做好，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带上天去。放到月面上以后，在阳光照射下温度升高，当达到转变温度时，天线又“记”起了自己的本来面貌，变成一个巨大的半球形。思考金属材料的使用与化学的发展密切相关，人类社会较早使用了金、银、铜，后来发展到铁制品的广泛应用，近现代又大规模使用铝制品，继而有更多新型的金属材料问世，这与哪些方面的因素有关？(1)与金属的活动性有关(2)与冶炼技术的发展有关(3)与社会需求有关过渡各种各样的材料琳琅满目，从经济学角度讲不能大材小用，更不能胡乱使用，好钢用在刀刃上。思考相同截面积的铜导线比铝导线的导电能力强。为什么高压远途输电时选用铝线，而不是铜线？(1)铝密度小(2)铝资源丰富(3)铝的耐腐蚀能力强角色扮演就是否应该停止使用铝质饮料罐组织小组讨论，最后小组推荐代表发言。角色扮演：开采铝矿的工人、生产铝质饮料罐的工人、饮料公司的老板、售货员、消费者、环保局的官员、回收公司的人员讨论过程中可能涉及的部分因素：铝的性质适宜制造饮料罐、铝矿的储量较丰富、铝废弃后会污染环境、铝制品的使用对人体有害、使用铝质饮料罐很方便、开采铝矿会对环境造成破坏、可以用玻璃瓶代替铝质饮料罐、玻璃瓶携带不便与易碎性、碳酸饮料对容器的质量要求、塑料容器的使用问题等。提问日常生活中涉及的铝可能对人体产生危害的习惯有哪些？(1)使用铝制品炊具 (2)用铝箔包裹食品(3)炸油条(4)明矾净水(5)用氢氧化铝治胃病等课堂小结使用任何材料都有利有弊，禁止使用铝质饮料罐是不现实的，重要的是要充分利用好矿产资源，人人树立环保节能的意识，同时努力研发新的无污染、资源消耗少的替代品才是正确的发展思路。某家庭准备装修窗户，可使用的材料有：木材、钢铁、铝合金、塑钢等，请你调查(或上网查询)每种材料的性能、价格、制造或安装成本、利弊，进行分析。你认为选用哪种材料比较好？说说你的理由。 提示：选材需要考虑以下几个方面：(1)主要用途(2)外观(3)物理性质(密度、硬度、强度、导电性)(4)化学性质(对水的作用、耐腐蚀性)(5)价格(6)加工难度(7)日常维修等总结以金属材料面临的挑战和应对策略，激发学生的社会责任感作为本节课的总结。投影1金属材料面临的挑战和应对策略：(1)外部压力：高分子材料的崛起，尤其是工程塑料，性能优越、原料丰富、价格便宜，产量以惊人的速度增长(2)内部压力：主要的金属矿产资源日渐紧张，高品位的矿产减少很快，低品位的矿产使能源消耗和成本增加，金属工业是能源的最主要的消耗者，也是严重的环境污染者2应对措施：(1)对已有的金属材料要最大限度地提高质量，挖掘它的潜力，使其产生最大的效益(2)开拓金属材料的新功能，以适应更高的使用要求(3)加强废旧金属的回收和再利用激励有责任感的同学要明确自己的目标，奋发学习、努力进取！1稀土元素稀土元素是镧系元素系稀土类元素群的总称，包含钪Sc、钇Y及镧系中的镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu，共17种元素。稀土元素能与其他元素组成品种繁多、功能千变万化，用途各异的新型材料，被称为“现代工业的维生素和神奇的新材料宝库”。我国稀土资源占世界稀土资源的80%，以氧化物(REO)计达3 600万吨，远景储量实际是1亿吨。我国稀土资源分南北两大块。北方：轻稀土资源，集中在包头、白云鄂博特等地，以后在四川冕宁又有发现。主要含镧、铈、镨、钕和少量钐、铕、钆等元素。南方：中重稀土资源，分布在江西、广东、广西、福建、湖南等省，以罕见的离子态存在于花岗岩风化壳层中，主要含钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇和镧、钕等元素。稀土的神奇特性，也是被人们逐渐认识的。发展到现在，稀土已经从应用于冶金、机器、石油、化工、玻璃、陶瓷、纺织染色，皮草鞣制和农牧养殖业等传统产业中，逐渐发展到光、电、磁多功能高科技新材料中。在钢、铁有色金属中，添加微量稀土，可以明显地提高金属材料的性能；稀土球墨铸铁管比普通铸铁管的强度高56倍。稀土添加到某些钢中，可以明显提高钢材的强度、耐磨性和抗腐蚀性，稀土铝导线不但提高强度20%，而且还提高2%4%的导电性能。稀土微肥和稀土复合肥，可提高作物产量，并可增加作物的抗病性能。稀土作为基体元素能制造出具有特殊“光电磁”性能的多种功能材料，如稀土永磁材料、稀土镍氢电池材料、稀土荧光材料、稀土催化剂、稀土激光材料、稀土精密陶瓷材料、生物工程材料等，它们都是发展电子信息产业、开发新能源、治理环保和国防尖端技术等方面必不可缺少的材料。例如稀土永磁材料(钕铁硼永磁)是当今磁性最强的永磁体，它被称为“一代磁王”。稀土永磁材料现已广泛的用到了微型电机，工业用电机、风力发电机、音响设备、仪器仪表，航天航空通讯，医用核磁共振成像仪等方面。稀土永磁材料用于电机，可使设备小型化、轻型化，同等功率的电机，体积和重量可减少30%以上。用稀土永磁同步电机代替工业上的异步电机，节电率可达12%15%，真正的稀土三基色荧光灯代替白炽灯，节电率可达到80%。稀土金属卤化物灯已被大量用于城市广场、体育场馆和高层建筑的美化泛光照明。这些新型电光源不但节电效果明显。而且大大提高了照明质量，其生产过程也减少了污染，被称作“绿色照明”。彩色电视正是采用了稀土三基色荧光粉，才能获得彩色逼真的画面。稀土镍氢电池，可以充电而无记忆效应，代替了有污染的镍镉电池，被称作无污染的“绿色电池”。它已广泛用于移动电话、笔记本电脑等设备上。各种稀土功能材料，在航空、航天和尖端国防技术上，如雷达、侦查卫星、激光制导和自动指挥系统等方面都获得了广泛的应用。稀土在高新技术领域中的应用，与其工业技术发达程度成正比。美国的稀土用量一直居世界第一位，日本、英国、法国、德国等工业发达国家都没有稀土资源，但他们都有很先进的稀土应用技术。美国认定的35个战略元素和日本选定的26个高技术元素中，都包括了全部的稀土元素。所以稀土被称为神奇的稀土。