高中化学人教版 (2019)必修 第一册金属材料表格教案设计

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第一册金属材料表格教案设计，共5页。教案主要包含了问题探究，知识梳理，思考与讨论等内容，欢迎下载使用。
课程基本信息
学科
高中化学
年级
高一
学期
秋季
课题
金属材料（第一课时）
教科书
书 名：化学必修第一册教材
出版社：人民教育出版社 .6月
教学目标
了解合金的概念，并能联系纯金属与合金的微观结构解释二者性能的差异。
以铁合金、铝合金为例，能从元素组成上对合金进行分类，并认识不同类型金属材料组成、性能与应用的联系，强化性能决定用途的观念。
了解储氢合金、钛合金等新型合金，感受化学科学对创造更多新材料以满足人类生活需要和促进科技发展的重要作用。
教学内容
教学重点：认识不同类型金属材料组成、性能与应用的联系
教学难点：结构决定性能、性能决定用途的观念
教学过程
情境线
问题线
活动线
知识线
素养线
结合生活中常见的金属材料引出合金的概念、性能，比较纯金属和合金的结构
1.金属材料包括纯金属和合金。什么是合金？
2.金属不用，为何要用合金？
3.为什么合金的性能与纯金属有很大的差异呢 ？
1.回忆合金概念
2.讨论合金的性能
3.联系合金与纯金属的微观结构差异解释二者性能的差异
合金及其性质
宏观辨识与微观探析；模型认知；科学精神与社会责任感
了解人类使用最广泛的铁合金，并认识不同类型金属材料组成、性能与应用的联系
1.工业生产最多的金属材料是什么？
2.分析生铁和钢的含碳量与性能的关系？
3.结合数据分析碳素钢的含碳量与性能的关系？
4.向碳素钢中加入不同的合金元素，可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示？
1.回顾铁合金在生活生产中的应用
2.探讨生铁和钢的含碳量与性能的关系
3.分析碳素钢的含碳量与性能的关系
4.讨论合金元素的种类和含量不同对合金性质的影响，强化结构决定性能、性能决定用途的观念
铁合金的分类、性能及其用途
科学精神与社会责任感；宏观辨识与微观探析；模型认知；团队意识和合作精神
认识铝合金及其应用
1.全球增长速度最快的合金是谁？
2.硬铝的主要特性有哪些？
3.为什么铁合金、铝合金是生活、生产中使用最广泛的金属材料？能否从原料来源的角度进行解释？
1.认识铝合金
2.了解硬铝的性质及用途
3.分析铁合金、铝合金使用广泛的主要原因
铝合金的性能及其用途
证据推理与模型认知；创新意识
认识新型合金
1.为满足尖端技术发展的需要，人们还设计和合成了许多新型合金，你了解到的有哪些？
2.你能说出它们的原理吗？
1.搜集新型合金的资料
2.交流讨论新型合金的原理及用途
新型合金的性能及其用途
科学精神与社会责任感；宏观辨识与微观探析；创新精神
任务一：认识合金
【设问】你还记得什么是合金吗？
【讲授】合金是指在金属中加热熔合某些金属或非金属制得的具有金属特征的混合物。加热融合是一种物理变化，故合金中各成分保持各自原有的化学性质。要注意的是，合金中至少含有一种金属单质，合金可以由金属与金属熔合而成，也可以由金属与非金属熔合而成。所以合金是一种混合物，例如生铁和钢就是含碳量不同的两种铁合金。当然还有铝合金、镁合金、钛合金等。
【问题探究】现在有5种金属，根据表格中提供的熔沸点，请你判断一下不能得到合金的是哪一项？
【讲授】若一种金属的熔点高于另一金属的沸点，则二者不能形成合金，表格中铁的熔点是1535℃，而钾的沸点是774℃，钾的沸点低于铁的熔点，铁熔化时，而钾已变成气体，因此钾与铁不能形成合金。所以这道题目我们选择D。
【设问】那么大家有没有想过为什么我们使用的金属材料主要是合金，而不是纯金属呢？
【讲授】合金与金属相比，除具有金属的特性外，还具有许多比各成分金属更优良的物理、化学或机械的性能。如熔点低（多数合金熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点）、硬度大（一般合金比其组分中任一金属的硬度要大）、导电性导热性低于任一组分金属（利用合金的这一特性，可以制造高电阻和高热阻材料）、耐腐蚀等。
【设问】在纯金属内加入其它元素形成合金以后，结构发生了哪些变化，使合金的性能与纯金属有如此大的差异？
【讲授】在纯金属内，所有原子的大小和形状都是相同的，原子的排列十分规整。而合金内加入其他元素的原子大小不一，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层与层之间相对滑动变得困难，导致合金的硬度变大。由此可知，纯金属和合金的结构不同，决定其性能及用途也有很大差异。
【知识梳理】由此同学们是否能分析出制造飞机的材料中为什么大量使用铝合金而不用纯铝了？
【讲授】对的，纯铝的强度不够，为了确保飞机的机身材质能够抵抗得住高速飞行时的阻力压强，又要兼顾减轻机体重量，所以选用了高强度的铝合金。
任务二：认识铁合金
【设问】那大家知道工业生产最多的金属材料是什么吗？
【讲授】人类使用最广泛的是铁合金。生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。由于含碳量不同，钢和生铁在性能上有很大差异。生铁是含碳 2%～4.3%，硬度大、抗压性强、性脆，可铸造成型，用于制造机座、管道。钢含碳 0.03%～2%，可分为碳素钢和合金钢，延展性、机械性能好，用于制造机械和交通工具。
【设问】请大家结合数据分析生铁和钢的含碳量与性能的关系？
【师】是的，随着含碳量降低，铁合金的韧性增强，可塑性更好。
【讲授】钢是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分可分为碳素钢和合金钢。根据含碳量不同，碳素钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。低碳钢韧性、焊接性好但强度低，用于制造钢板、钢丝和钢管等。中碳钢强度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等。高碳钢硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹簧和刀具等。
【设问】大家能总结出碳素钢的含碳量与性能的关系吗？
【师】数据表明，含碳量大，钢的强度大，钢的韧性低。
【讲授】合金钢也叫做特种钢，是在碳素钢里适量加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种特殊性能。不锈钢是最常见的一种合金钢，它的合金元素主要是铬（Cr）和镍（Ni），在大气中比较稳定，不易生锈，抗腐蚀能力强，常用于制造：医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体。
【思考与讨论】在碳素钢中，由于含碳量不同，高碳钢、中碳钢和低碳钢的性能有很大差异；向碳素钢中加入不同的合金元素，可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示呢？
【师】是的，细心的同学可以发现：合金元素的含量和合金的元素不同，其性能不同；结构决定性能，性能决定其用途；可通过改变合金元素来开发新功能的金属材料。接下来我们来课堂小练一下。
任务三：认识铝合金
【过渡】铁合金是产量最多的合金，那大家知道全球增长速度最快的合金是谁吗？
【师】对，是铝合金。在铝中加入少量合金元素，如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素，可以制得铝合金，例如硬铝，硬铝中含Cu4%、Mg0.5%、Mn0.5%、Si0.7%，密度小，强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料，因而被称为“会飞的金属”，东方红一号的外壳就是用铝合金制成的，嫦娥一号”上首次使用了铝锂合金。
【设问】那么为什么铁合金、铝合金是生活、生产中使用最广泛的金属材料？能否从原料来源的角度来进行解释？
【讲授】大家可以看这张图，地壳中含量最多的金属元素是铝，其次是铁，我们在生产过程中需要从自然资源中转化、分离出金属单质，然后再调整组成、熔合成合金，再加工成金属材料产品的，因此原料来源多是铁合金、铝合金使用广泛的很大的一个原因。
任务四：认识新型合金
【过渡】近年来，为满足某些尖端技术的需要，人们又设计和合成了许多新型合金。你了解的有哪些？
【讲授】对，有储氢合金、钛合金、记忆合金、耐热合金，储氢合金是一类能够大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物的材料。如Ti-Fe合金、La-Ni合金，为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。具有实用价值的储氢合金要求储氢量大, 金属氢化物既容易形成,稍稍加热又容易分解,室温下吸、 放氢的速率要快。
【师】钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。
耐热合金又称高温合金，是在高温使用环境条件下，具有组织稳定和优良力学、物理、化学性能的合金，常应用于航空航天、生物工程和电子工业。
记忆合金在外力作用下会产生变形，当把外力去掉，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状。由于它具有百万次以上的恢复功能，因此叫做“记忆合金”。我们可以通过一个视频来了解一下。记忆合金是一种“有生命的合金”，在医疗上也被大量应用，比如矫正牙齿时用的矫齿丝。
【小结】金属材料的发展即将面临许多压力：一方面，新型高分子材料、新型陶瓷材料的崛起，与传统金属材料齐头并进；另一方面，金属材料大量开发，金属矿产资源日渐紧张。所以要对已有金属材料最大限度的利用，又要不断开拓金属材料的新功能，同时建立废旧金属的回收和再利用机制。