化学九年级下册（2024）金属的物理性质教案

这是一份化学九年级下册（2024）金属的物理性质教案，共9页。
新课导入
[情境导入] 中国空间站材料舱外暴露实验装置自2023年3月8日出舱,在轨实验满一年,2024年3月14日,装置及装置中安装的首批400余个材料样品圆满完成舱外暴露实验,成功返回中国空间站内。首批舱外暴露实验的材料包括非金属及金属两类,共计407个,其中金属材料有镁合金、多孔铜材料等。你了解这些金属材料吗?
[问题导入] 根据生活经验,你知道哪些金属制品?
[多媒体展示] 金属制品的图片。
[讲解] 图片中的物质都是由金属材料制成的。金属材料包括纯金属以及它们的合金。
[新课引入] 金属有哪些性质呢?本节课我们就来学习有关金属的知识。
教学建言
[建言1] 金属的物理性质和用途的关系
金属的物理性质和用途的关系可通过下列表格数据、图片分析。
注:上表中的导热性能和导电性能1为最强,9为最弱。
探讨以下问题:
(1)为什么菜刀、镰刀等主要用铁制而不用铝制?
(2)银的导电性比铜的好,为什么导线一般用铜制而不用银制?
(3)为什么有的铁制品如水龙头要镀铬?为什么不镀金?
(4)为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用铝制?如果用铝制会出现什么情况?
(5)总结金属的物理性质和用途的关系。
[建言2] 认识金属的一些物理性质和合金的特性
(1)比较不同金属材料的硬度,引导学生自己设计实验方案。
问题1:如何设计实验证明不同金属材料的硬度大小?不同纯金属的硬度是否有差异?合金和组成它的纯金属相比,硬度大小有什么关系?(课前学生自己准备材料)。
问题2:观察到什么现象?得出什么结论?
(2)比较不同材料的导热性能,引导学生按照教材P4~5学生实验探究2的实验步骤进行操作。
问题1:实验中应该控制哪些变量?
问题2:观察到什么现象?得出什么结论?
(3)引导学生分析教材P5学生实验探究3中某些合金及其组分金属的熔点和表6-2中一些常见合金的组分、特性和重要用途。
问题1:通过比较某些合金及其组分金属的熔点,得出什么结论?
问题2:交流讨论表格中常见的合金的相关信息,回答合金的特性和用途。
(4)引导学生分析合金的判断要点:
①大多数合金是混合物。
②合金最少含有一种金属元素。
③合金是指由一种金属与其他金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质。
理解记忆:合金=金属+金属(或非金属)。
情境素材建议
[新课标情境素材建议]
航空航天、国防科技等领域使用的合金材料及其发展
材料1:随着人类社会生产和科学技术的进步,新型合金不断问世,它们具有更加优良的性能。钛合金就是其中的一类,具有高强度、低密度、抗腐蚀性强等特点,中国空间站的建造就用到了钛合金(如图)。工业上在惰性气氛中,用熔融金属镁在800~1000 ℃条件下还原TiCi4,发生置换反应来冶炼钛。还原后的混合物经粉碎、酸洗(稀盐酸或稀硫酸)去除杂质,干燥后得到海绵钛(纯度99%左右)。2022年中国科学家成功研发出高性能的钼合金材料,它具有抗辐射、高熔点、高热导率等特点,在室温及高温下均具有优异的强韧性,或可用于制造太空核反应堆。
材料2:2020年11月10日,我国首台拥有自主知识产权的全海深载人潜水器“奋斗者”号顺利下潜至地球海洋最深处,在太平洋马里亚纳海沟成功坐底,深度达10909 m,创造了中国载人深潜的新纪录。
在10000 m以下的深海,水压是海洋表面的1100倍。为完成万米探潜,“奋斗者”号潜水器的载人舱球壳采用了我国自主研发的Ti62A钛合金新材料,其通过先进的焊接技术连接打造,抗压能力卓越。中国制造正在为“上九天揽月”“下五洋捉鳖”提供更多的可能。
材料3:航天飞机的机翼前缘、机身框架等部位会用到铝合金。如美国的航天飞机,其机翼前缘采用铝合金蜂窝结构,在减轻重量的同时,具备良好的抗冲击性能和结构强度。
考查点:
(1)钛合金作为应用于航空航天领域和潜水器的合金材料,具有什么优势?
(2)高性能钼合金材料具备哪些特点?可能应用在哪些场景?并分析为什么纯金属往往需要制成合金使用?
(3)中国空间站使用钛合金,飞机使用铝合金。从材料性质角度推测这两种合金适合航天应用的原因。
(4)写出工业上冶炼金属钛的化学方程式,并说明为什么钛的生产成本较高?
[答案] (1)钛合金属于新型合金,具有优良的性能,例如高强度、低密度、抗腐蚀性强、抗压能力强等特点,这些特性使其适合用于对材料性能要求极高的中国空间站和潜水器的建造。
(2)高性能钼合金材料具有抗辐射、高熔点、高热导率等特点,且在室温及高温下均有优异的强韧性,可应用于制造太空核反应堆等。
制成合金的原因:①改善机械性能(如硬度、强度、韧性);②增强抗腐蚀性;③获得特殊功能(如记忆效应)。
(3)质轻,强度和硬度好,耐腐蚀等(合理即可)。
(4)化学方程式:TiCl4+2MgTi+2MgCl2。
成本高的原因:①需在惰性气氛中操作,反应温度较高;②需多步纯化工艺。
视频资源
[视频] 比较合金和纯金属的硬度
板书设计
课后习题变式
1.[1题变式:从知识点考查角度] 下列性质不属于金属共性的是( )
A.有金属光泽 B.有良好的导电性和导热性
C.有延展性 D.常温下都是固体
[答案] D
2.[2题变式:从传统工艺情境角度] 河南博物院的藏品“金缕玉衣”是我国重要的黄金文物,所用的金丝最细处仅有0.08 mm,金能制成金丝是利用了其( )
A.导电性 B.密度大 C.延展性 D.熔点高
[答案] C
3.[2题变式:从证据推理角度] 2024年8月18日,我国“蛟龙号”载人潜水器抵达西太平洋首个作业区,完成航次首潜。“蛟龙号”外壳使用的钛合金可能具有的性质是( )
A.耐高压 B.易与海水反应 C.硬度小 D.易与氧气反应
[答案] A
4.[3题变式:从传统工艺情境角度] 明代《天工开物》描述了锡的冶炼方法,炼锡时混入少许铅形成合金,产物更易熔化流出,原因是形成合金后( )
A.熔点升高 B.熔点降低 C.硬度变大 D.硬度变小
[答案] B
5.[3题变式:从生活、实验情境角度] 金属材料在生活、生产中应用十分广泛。
(1)图A是金属的一个应用实例,利用了金属的物理性质有 (答出一点即可)。
(2)已知较硬金属可在较软金属表面刻画,并留下痕迹。图B是两块金属片相互刻画后,在纯铜片上有明显的划痕。该实验现象说明 。
[答案] (1)导电性(或延展性) (2)黄铜片的硬度比纯铜片的硬度大
6.[5题变式:从性质与用途角度] 下列有关金属的说法中,正确的是( )
A.铁锅可用作炒菜的炊具,主要是利用了铁的密度大
B.油罐车的尾部经常有一条铁链拖到地面上,这是利用了铁的导电性
C.钢的性能优良,所以钢是很纯的铁
D.多数合金的抗腐蚀性比其组成金属的差
[答案] B
7.[6题变式:从实验情境角度] 用图示装置进行实验(夹持仪器略去)。下列说法不正确的是( )
A.铜是红色的固体,具有金属光泽 B.铜被加工成铜片,说明铜具有延展性
C.蜡烛熔化、掉落,说明铜具有导热性 D.火柴燃烧,证明可燃物燃烧需要氧气
[答案] D
8.[6题变式:从问题解决情境角度] 我们看到过高大的铁架支撑着一根根高压电缆,这些电缆主要由铝制成。
通过对表中信息的分析,说明高压电缆用铝制而不用铜制的原因:
。
[答案] 铝在地壳中含量比铜在地壳中含量高,且铝的密度比铜的小,可避免铁架承受过大的压力和电缆承受过大的拉力(叙述合理即可)
9.[7题变式:从实验分析角度] 柯柯和悦悦设计了如图所示的实验来比较铜、铝、铁三种金属的导热性。实验中,金属棒的一端用酒精灯加热,另一端的石蜡熔化,小针掉落,通过记录小针掉落的先后顺序来比较金属导热能力的强弱。请回答下列问题。
(1)实验原理分析:该实验是通过观察 来比较金属导热性的,其科学依据是导热性越好的金属,热量传递越 (填“快”或“慢”,下同),石蜡熔化速度越 。
(2)实验设计评价:从对比实验的角度分析,图中实验设计存在哪些需要改进之处?(至少指出两点)
。
(3)实验改进建议:为了更准确地比较三种金属的导热性,你可以对实验装置作出哪些改进?(提出一条具体建议)
[答案] (1)小针掉落的时间 快 快
(2)未控制变量,金属棒的长短不同,小针的长短不同(答出任意两点即可)
(3)使用相同粗细、相同长度的铜棒、铝棒和铁棒进行实验(答出一点即可)。
10.[8题变式:从调研研究角度] 查阅有关资料与交流:我们目前用的第五套人民币1元、5角、1角硬币各是用什么合金制造的?这些合金具有什么性质?
[答案] 1元硬币和5角硬币材质为钢芯镀镍,1角硬币材质为不锈钢;用来铸造硬币的合金需要具有以下性质:硬度大、耐磨性好、抗腐蚀性好、熔点较高、色泽美观等。
教材参考答案
[教材P3调查与交流参考答案]
1.铜、铝、银都是导电性较好的金属,普通电线可用铜丝制作,铝的密度较小,可用于制造高压线,银在自然界中储量较少,价格较高、密度较大,一般不用于制作普通电线或高压线。
2.铝的熔点只有660 ℃,用铝丝代替钨丝制作电灯泡里的灯丝,在灯泡使用过程中由于产生热量,铝丝很容易被熔断,从而缩短灯泡的使用寿命。
[教材P4~5学生实验探究参考答案]
1.[实验6-1] >< 铜>铝>铁。
(4)错误。合金具有与金属类似的物理共性,但跟组成它的金属相比,导电导热性能、熔点、硬度、密度等都有差别。有些合金的化学性质与组成它的金属也有不同,可能更耐腐蚀等。
(5)错误。合金与组成它的金属相比,通常是硬度增大、熔点降低。如焊锡的熔点比锡和铅的低。
6.质轻、硬度大 熔点高 液态金属、熔点低、比热容小、对温度变化敏感 硬度大、熔点低 导热性好、硬度大、韧性好 生物相容性好
7.不合理。根据对比实验的要求,应使用长短、粗细相同的铜棒、铝棒、铁棒,在其一端分别用等量的石蜡(热熔再冷却)固定长短、粗细相同的小针。并用酒精灯的外焰同时在三根金属棒另一端(距离石蜡相同长度的位置)加热,以小针跌落的时间来判断铜棒、铝棒和铁棒的导热性。
提示:图中金属棒的长短不同、小针的长短不同。
8.提示:以下是“自行车车架材料发展史”的相关内容提示,教师应引导学生根据实际调查情况进行修改、完善和创新,并尽可能地收集一些图片材料,制作图文展板进行展示与交流讨论。
金属
密度/(g·cm-3)
熔点/℃
导热性能
导电性能
铝
2.7
660
4
4
铜
8.92
1083
2
2
金
19.3
1064
3
3
铁
7.86
1535
8
7
铅
11.3
327
9
9
银
10.5
962
1
1
金属
地壳中的含量(质量分数)
导电性(以银的导电性为100作标准)
密度/(g·cm-3)
铜
0.007‰
99
8.92
铝
7.73‰
61
2.70
发展阶段
(时间)
使用材料
制作成本
使用情况(使用场景、
家庭成员使用经历等)
对人们生活的影响
小结和感想
20世纪
初期
高碳钢
较高
主要用于城市通勤,部分家庭拥有,作为主要交通工具
极大地提高了人们的出行效率,扩大了活动范围
20世纪
50-70年代
铝合金
中等
开始在城镇中普及,一些年轻人用于上学、上班
使出行更加便捷,方便了人们的日常工作和学习
20世纪
80-90年代
钛合金
高
多用于专业运动自行车,普通家庭较少使用
促进了自行车运动的发展,提升了人们对健康生活的追求
21世纪初
碳纤维
很高
更多用于竞技体育和高端消费市场
推动了材料技术的进步,引领了高端自行车制造业的发展
近年来
新型复合
材料(如
镁合金等)
较高
在中高端自行车市场逐渐增多,满足不同消费者需求
丰富了人们的出行选择,助力绿色出行