資源簡介

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化 學
通用類
主題四 常見無機物及其應用
4.2.1 金屬單質
主題四 常見無機物及其應用 4.2.1 金屬單質
學習目標
1.了解鈉、鋁、鐵等常見金屬單質及其重要化合物的主要性質，學會從物質通性和核心元素價態兩個角度研究物質性質的一般方法，深化“結構決定性質”的學科觀念。
2.知道Fe3+的檢驗方法，并運用學過的知識設計合理的實驗方案、開展實驗探究。學會利用焰色反應鑒別金屬元素及其離子的方法。
3.了解金屬單質及其化合物在生產、生活中的廣泛應用，能列舉出日常生活中常用的鋁、鐵制品，能針對常見金屬回收利用等熱點問題開展調研并提出合理建議。
觀察與認知
觀察元素周期表中金屬與非金屬元素分布圖，有哪些發現？
金屬元素占據元素周期表大約五分之四的比例
一.金屬的通性
1.金屬的物理性質
金屬晶體中包含著中性原子、帶有正電荷的金屬陽離子和從金屬原子上脫落下來的自由電子。
這些電子不是固定在某一金屬離子的附近，而是在晶體中自由地移動。依靠流動的自由電子，金屬原子和金屬陽離子相互連接在一起而形成金屬晶體。
金屬的晶體結構
一.金屬的通性
1.金屬的物理性質
（1）金屬的顏色和光澤
大多數金屬呈銀白色，少數金屬呈其他顏色。例如，金呈黃色，銅呈紫紅色。
（2）金屬的延展性
金屬具有不同程度的延展性，可以抽成細絲也可以壓成薄片，例如，最細的白金絲直徑不到0.2 μm；最薄的金箔，厚度只有0.1 μm 。
（3）金屬的導電性和導熱性
大多數金屬具有良好的導電性和導熱性,導電性好的金屬通常導熱性也好，常見的幾種金屬按照導電和導熱能力由大到小排列如下：
銀、銅、金、鋁、鋅、鐵、鉑、錫、鉛
一.金屬的通性
1.金屬的物理性質
（4）金屬的密度、硬度和熔點
大多數金屬的密度、硬度較大，熔點較高，但差別也較大。幾種金屬的的密度、硬度和熔點見下表
金屬 鉑 金 銅 鐵 鋁
密度/(g·cm-3 ) 21.45 19.3 8.92 7.86 2.70
硬度 4.3 2.5 3 4 2.9
熔點/℃ 1774 1062 1083 1535 660
一.金屬的通性
黑色金屬和有色金屬：
黑色金屬通常是指鐵、鉻 、錳及其合金，主要是鐵碳合金；
有色金屬是指除去鐵、鉻、錳之外的所有金屬
重金屬和輕金屬：
密度小于4.5 g/cm3 的叫輕金屬（如鉀、鈉、鈣、鎂等）；
密度大于4.5 g/cm3 的叫重金屬（如鋅、鉛、鎳等）
常見金屬和稀有金屬：
常見金屬如鋁、鐵、銅等。
自然界存在量較少的金屬叫稀有金屬（如鋯、鈮、鉬等）
金屬的分類
一.金屬的通性
2.金屬的化學性質 觀察與認知
下圖為鈉、鎂、鋁的原子結構示意圖，運用學過的原子結構知識，小組合作推測它們在化學反應中的電子得失情況、化學鍵形成及基本化學性質。
鈉、鎂、鋁原子結構示意圖
一.金屬的通性
金屬原子失去電子形成陽離子的性質稱為金屬性。
多數金屬元素在發生化學反應時，較容易失去電子。
金屬最主要的共同化學性質是都易失去電子變成金屬陽離子而表現出還原性。
Cu+Cl2 CuCl2
點燃
2Mg+O2 2MgO
點燃
金屬單質的化學通性
Fe+2HCl FeCl2 +H2↑
點燃
金屬活動性由強到弱的順序為：
K Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb（H） Cu Hg Ag Pt Au
由于金屬失去電子的難易程度不同，因而其還原性的強弱也不相同，化學活動性因此會有較大差別
二.堿金屬元素的代表——鈉
觀察與認知
觀察下圖所示鈉的取用和保存方法，結合金屬單質的通性，小組討論并總結鈉的物理性質。
金屬鈉及其保存方法
Na保存在煤油中
二.堿金屬元素的代表——鈉
觀察與認知
鈉是電和熱的良導體，熔、沸點低，質地軟，是具有銀白色光澤的輕金屬
單質 顏色 狀態 密度（20℃）/ （g·cm-3） 硬度 （金剛石=10） 熔點 /℃ 沸點 /℃ 導電性
（Hg=1）
Na 銀白色 固 0.971 0.4 97.9 883 20.8
二.堿金屬元素的代表——鈉
結合鈉元素的原子結構示意圖，從核外電子排布的角度出發，預測鈉單質的化學性質，并小組合作完成實驗，驗證鈉的化學性質。
失去1e－
+11
2
8
1
Na
+11
2
8
Na＋
鈉原子在反應中易失去1個電子，具有還原性
二.堿金屬元素的代表——鈉
實驗與探究
實驗探究1：鈉與氧氣的反應
操作1：取一小塊金屬鈉，用濾紙吸干表面的煤油，用小刀切去一端的表層，觀察表面的顏色；將其放置在空氣中，觀察表面顏色的變化。
新切開的金屬鈉呈光亮的銀白色，在空氣中放置后表面會迅速變暗，
反應方程式為：
4Na+O2 == 2Na2O
實驗發現：新切開的金屬鈉在空氣中放置，可發生如下變化：
①光亮的銀白色表面變暗→②變為液滴→③變為白色固體→④最后變為白色粉末。
你能用化學方程式解釋這些現象嗎？
二.堿金屬元素的代表——鈉
實驗與探究
實驗探究1：鈉與氧氣的反應
操作2：將一小塊金屬鈉放在石棉網上加熱，觀察現象。
金屬鈉與氧氣的反應
鈉熔化成銀白色小球、并迅速燃燒、火焰呈黃色，最后生成淡黃色固體，反應方程式為：
2Na + O2 Na2O2
△
二.堿金屬元素的代表——鈉
實驗與探究
實驗探究1：鈉與氧氣的反應
操作3：向盛有水的燒杯中滴加幾滴酚酞試液，然后投入一小塊（約綠豆粒般大小）金屬鈉，觀察實驗現象。
鈉熔化成銀白色小球、并浮在水面上迅速游動，同時發出嘶嘶的響聲，溶液變為紅色，反應方程式為：
2Na + 2H2O == 2NaOH + H2↑
二.堿金屬元素的代表——鈉
Na的密度比水小
鈉的熔點低，且反應為放熱反應
浮
反應產生的氣體逸出時推動Na
反應劇烈
有堿（NaOH）生成
熔
游
響
紅
二.堿金屬元素的代表——鈉
將一小粒鈉投入硫酸銅溶液中，是否會置換出銅？以此為導引，小組討論總結金屬鈉與酸、堿、鹽的水溶液反應的規律。
金屬鈉先與溶劑水反應生成NaOH，
NaOH再與CuSO4反應生成Cu(OH)2藍色沉淀。
二.堿金屬元素的代表——鈉
鈉的用途
生活
生產
高壓鈉燈
黃光射程遠，透霧能力強
制Na2O2
核反應堆導熱劑
Na、K合金為液體且導熱性能好
Na有強還原性
冶煉某些金屬
與氧氣反應
二.堿金屬元素的代表——鈉
實踐活動
你知道潛水艇和海底深潛運動呼吸面具中O2 的來源嗎？
試查閱相關資料寫出反應方程式。
三.地殼中含量最多的金屬元素——鋁
鋁在地殼中的含量僅次于氧和硅，是地殼中含量最多的金屬元素。
觀察與認知
三.地殼中含量最多的金屬元素——鋁
結合圖片，以小組為單位，列舉出生活中常見的鋁制品，
討論鋁制品廣泛使用的原因，總結鋁的物理性質。
常見的鋁制品
三.地殼中含量最多的金屬元素——鋁
鋁是銀白色的輕金屬，密度為2.7 g/cm3，熔點為660 ℃。延展性好，可以抽成細絲，也可壓成薄片成為鋁箔，用來包裝膠卷、糖果等。
鋁的導電、導熱性強，在工業上常用鋁代替鋼作導線、熱交換器和散熱材料等。
鋁有一定的耐腐蝕能力，且在粉末狀態仍能保持原有的金屬光澤，因而可用鋁粉與某些油漆混合制成銀白色的防銹油漆。
鋁還可以跟許多元素形成合金。因鋁合金質輕而堅韌，它們在汽車、飛機、火箭等制造業以及日常生活中具有廣泛的用途。
三.地殼中含量最多的金屬元素——鋁
畫出鋁的原子結構示意圖，并結合金屬單質的通性，預測鋁單質的化學性質。
鋁原子的最外電子層上有3 個電子，在化學反應中很容易失去而形成+3 價的陽離子，因此，鋁具有較強的還原性。
失去3e-
+13
2
8
3
Al
+13
2
8
Al３＋
實驗與探究
三.地殼中含量最多的金屬元素——鋁
實驗探究1：鋁與氧的反應
操作1：取一小片鋁箔，用砂紙磨去表面的氧化膜，觀察表面的顏色；
在酒精燈點燃該鋁箔，觀察現象。
磨去表面氧化膜的鋁箔呈現銀白色金屬光澤，點燃時劇烈燃燒，發出耀眼的白光，且鋁箔熔化，失去光澤，熔化的鋁不滴落。
鋁表面的氧化膜致密而堅固，具有抗腐蝕能力，且熔點很高，點燃時包在鋁的外面，使液態鋁不滴落。
4Al + 3O2 2Al2O3
點燃
三.地殼中含量最多的金屬元素——鋁
實驗與探究
實驗探究2：鋁與金屬氧化物的反應
觀看鋁熱反應視頻，記錄現象，寫出對應的反應方程式。
鋁和某些金屬氧化物反應時，劇烈放熱。放出的熱量，能夠把還原出來的金屬熔化。
通常把用鋁從金屬氧化物中置換金屬的方法稱為鋁熱法。
工業上常用鋁熱法冶煉難熔的金屬、焊接鋼軌等。
三.地殼中含量最多的金屬元素——鋁
實驗與探究
實驗探究3：鋁與酸和堿的反應
操作2：在2 支試管中分別加入5 mL 2 mol/L HCl 溶液、2 mol/L NaOH 溶液，再分別放入一小片鋁片，觀察現象；片刻后，將燃著的火柴分別放在2 支試管口，觀察現象。
HCl 溶液 NaOH 溶液
鋁片
試管中產生氣泡，鋁片逐漸溶解，點燃的火柴置于試管口時發出爆鳴聲
試管中產生氣泡，鋁片逐漸溶解，點燃的火柴置于試管口時發出爆鳴聲
鋁既能與酸反應，又能與堿作用，即Al具有兩性性質。
思考：在生活中應當如何正確使用鋁制品？
三.地殼中含量最多的金屬元素——鋁
鋁被譽為“帶翼的金屬”。作為世界上最大的鋁生產國和消費國，我國的航空航天、船舶航母、動車組列車、機械制造以及日常生活等諸多領域中都有鋁及其合金的身影。
請以小組為單位，調查鋁等常見金屬回收利用的情況，并根據調研結果，以“資源循環利用的重要性”為主題，制作一期展板，在學校內進行宣傳。
金屬鈦
鈦是銀白色金屬，熔點高，密度小，外表似鋼，但比鋼輕，而機械強度與鋼接近。在所有金屬材料中，鈦的強度與質量之比為最大。
鈦是現代工業最重要的金屬材料之一。
我國鈦產業的蓬勃發展帶來了我國航空航天業的飛速提升。尤其是新型鈦材的不斷研發，更使鈦合金在人造衛星、宇宙飛船、超音速飛機、核潛艇等的制造以及化工、生物醫藥、海洋工程等領域大展拳腳。
“蛟龍號”深海載人潛水器
“奮斗者號”萬米載人潛水器
四.使用最多的基礎金屬材料——鐵
結合圖片，以小組為單位，列舉出生活中常見的鐵制品，討論鐵制品廣泛使用的原因，總結鐵的物理性質。
觀察與認知
常見的鋼鐵制品
純鐵是具有銀白色金屬光澤的金屬，密度為7.86 g/cm3，熔點l 535 ℃。
鐵有良好的導電性、導熱性和延展性。
鐵能被磁鐵吸引，具有鐵磁性，是制造發電機和電動機必不可少的材料。
四.使用最多的基礎金屬材料——鐵
畫出鐵元素原子的原子結構示意圖，指出它在元素周期表中的位置，并結合金屬的通性，預測鐵單質的化學性質。
鐵在元素周期表中位于第四周期Ⅷ族，在化學反應中不僅容易失去最外電子層上的2 個電子形成+2 價的陽離子，還容易再失去次外電子層上的1個電子而形成+3 價的陽離子，因此，鐵具有較強的還原性。
2e
Fe
3e
Fe2+
Fe3+
四.使用最多的基礎金屬材料——鐵
金屬單質的通性
還原性
物質類別
元素價態
與非金屬的反應
與水的反應
與酸的反應
與鹽溶液的反應
高溫
高溫
高溫
注意：鐵與水反應是有條件的，即鐵不與冷、熱水反應，鐵只能在高溫下與水蒸氣反應。
高溫
四.使用最多的基礎金屬材料——鐵
鐵的應用及發展
人類最早發現和使用的鐵，是從天空中落下來的隕鐵。1973年，從我國商代古墓中出土的一把鐵刃青銅鉞。經鑒定，其鐵刃就是用隕鐵鍛制而成的。
我國是鋼鐵大國、鋼鐵強國，鋼鐵的年產量占到全球的一半，且多種特種鋼實現了國產化，其中一些已達到甚至領先于世界水平。例如：采用國產特種鋼材制造的“大國重器”——全球最大鉆井平臺“藍鯨2號”；而使用了多種自有特種鋼材、總用鋼量達42萬噸的“世紀工程”港珠澳大橋更是創造了多個世界之最。
港珠澳大橋
藍鯨2號
【跟蹤檢測】
1．鋁在人體內積累會使人慢性中毒。鋁在下列使用場合中，應加以控制的是
A．制造電纜 B．制防銹油漆
C．制飲料罐 D．煉鋁廠制造鋁錠
【答案】C
【跟蹤檢測】
2．純凈鐵的物理性質有
①光亮的銀白色　②黑色　③在潮濕的空氣中易被腐蝕　
④有延展性　⑤能導電導熱　⑥硬而脆　
⑦能被磁鐵吸引，易被磁化
A．①③④⑤⑦ B．①④⑤⑦ C．①③⑤⑦ D．全部
【答案】B
【跟蹤檢測】
3．少量鈉應保存在
A．水中 B．密閉容器中 C．四氯化碳中 D．煤油中
【答案】D
【跟蹤檢測】
4．下列有關金屬的描述正確的是
A．根據金屬與酸反應置換出氫的難易程度，可比較金屬的活潑性
B．含金屬元素的離子一定都是陽離子
C．金屬都是銀白色、都有金屬光澤、能導電、導熱、有延展性
D．常溫下所有的金屬都是固態
【答案】A
【跟蹤檢測】
5．金屬單質四兄弟W、X、Y、Z不小心掉入稀鹽酸池中，表現如下圖所示，由此可知它們的活動性由強到弱的是
A．W>X>Y>Z B．Z>Y>X>W C．Z>X>W>Y D．Z>Y>W>X
【答案】C
感謝觀看

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