【正文】 合物性質(zhì)的基礎(chǔ)。本章內(nèi)容多而廣，但受到課時(shí)限制，教學(xué)要求并不高。 本章的元素化合物知識(shí)內(nèi)容可分為單質(zhì)、化合物和金屬材料三大塊。 、金屬材料在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用等的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，增強(qiáng)學(xué)好化學(xué)、服務(wù)社會(huì)的責(zé)任感和使命感。 ，提高學(xué)生對(duì) “ 化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué) ” 的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)意識(shí)、操作技能、觀察能力和分析問(wèn)題的能力等。要想了解物質(zhì)世界，了解化學(xué)，就要從構(gòu)成常見(jiàn)物質(zhì) 的元素知識(shí)開(kāi)始。為了使學(xué)生對(duì)金屬及其化合物有一個(gè) 整體的了解，本章鈉、鋁、鐵、銅的知識(shí)采用橫向?qū)Ρ鹊膶?xiě)法，這既是一種嘗試，也是當(dāng)前比較理想的編排方案。 金屬知識(shí)的內(nèi)容提前教科書(shū)將有關(guān)金屬的知識(shí)安排在 “ 物質(zhì)結(jié)構(gòu) ”“ 化學(xué)反應(yīng)與能量 ” 之前，集 中學(xué)習(xí)。金屬種類選了 “ 鈉、鋁、鐵、銅 ” ，具有代表性：兩種主族元素、兩種副族元素；一種非?；顫姷慕饘?，兩種較活潑金屬，一種不活潑金屬；除鈉外，其他三種金屬都是常見(jiàn)金屬，學(xué)生有感性的認(rèn)識(shí)，能與日常生活中金屬的應(yīng)用相結(jié)合。例如，鐵與水蒸氣的反應(yīng)是通過(guò)科學(xué)探究，給出思路，引導(dǎo)學(xué)生提出設(shè)計(jì)方案、畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置圖等。做好本章實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對(duì)金屬性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生觀察和分析問(wèn)題的能力。教科書(shū)中有關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容不多，課程標(biāo)準(zhǔn)有培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的要求，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生完成好這一實(shí)驗(yàn)。例如，鐵與水蒸氣反應(yīng)的探究，引導(dǎo)學(xué)生分析需要解決哪些問(wèn)題（制水蒸氣、在什么條件下反應(yīng)、產(chǎn)物是什么等），怎樣去解決，等。同時(shí)也讓學(xué)生注意鈉、鋁、鐵分別與氧氣、與水的反應(yīng)各不相同，它們之間存在差異。 觀察鈉的金屬光澤還可以用以下方法： （ 1）取兩支口徑不同而長(zhǎng)短適當(dāng)?shù)脑嚬?，一支試管較小，可以緊密地放到另一支試管里而不留下較多空隙。切口在空氣中露置一會(huì)兒，會(huì) 逐漸變暗。應(yīng)提示學(xué)生觀察反應(yīng)時(shí) 鈉所處的部位、形態(tài)、鈉球的運(yùn)動(dòng)和大小變化情況、周圍水霧的產(chǎn)生和發(fā)出的響聲，以及溶液的顏色變化等。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鋁分別放入鹽酸、 NaOH 溶液中有氣泡產(chǎn)生，將點(diǎn)燃的木條放在試管口，可觀察到藍(lán)色火焰。例如，增大鋁與空氣（或火焰）的接觸面，將鋁粉撒到 火焰上；提高反應(yīng)的溫度，即將鋁箔略卷，尖端夾一根火柴，然后將火柴引燃，把火柴和鋁箔一起伸入到氧氣瓶中，均可觀察到耀眼的白光。整套裝置試管口應(yīng)低于試管底。（ 4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)先從肥皂水中撤出導(dǎo)管，再移去燃著的酒精燈。 32 四幅圖分別是：鋁絲與 CuSO4溶液反應(yīng)形成銅樹(shù)、鎂條燃燒、銅絲與 AgNO3溶液反應(yīng)形成銀樹(shù)、鎂條與鹽酸反應(yīng)。（建議學(xué)生運(yùn)用物質(zhì)的量概念進(jìn)行計(jì)算，并列出計(jì)算式。 本節(jié)對(duì)鈉、鋁、鐵、銅四種重要金屬的化合物的性質(zhì) 按氧化物、氫氧化物和相應(yīng)鹽的順序編寫(xiě)。例如，金屬氧化物的性質(zhì)可列表為： 氧化物 固體顏色 水溶性 與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式（注明溶液的顏色） Na2O 白色 溶 Na2O+2HCl=2NaCl+H2O（溶液無(wú)色） MgO 白色 不溶 MgO+2HCl=MgCl2+H2O（溶液無(wú)色） Fe2O3 紅棕色 不溶 Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O（溶液黃色） CuO 黑色 不溶 CuO+2HCl=CuCl2+H2O（溶液藍(lán)色） Al2O3性質(zhì)特殊，是兩性氧化物。對(duì)于 Na2CO3和 NaHCO3分別溶于水的實(shí)驗(yàn)，有條件的話也可以邊講邊做，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)要求感受它們?nèi)苡谒畷r(shí)的熱量變化，這是只有學(xué)生親自動(dòng)手才能感受到的。 ，鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì) 疑 為了促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)地學(xué)習(xí)，可以開(kāi)展向?qū)W生征集問(wèn)題的活動(dòng)。 【實(shí)驗(yàn) 36】 用吸有 NaOH溶液的膠頭滴管垂 直從盛有 FeCl FeSO4溶液的試管口滴入 NaOH溶液，可以觀察到 FeSO4溶液中產(chǎn)生的沉淀迅速變化。 【實(shí)驗(yàn) 38】 將［實(shí)驗(yàn) 37］制得的 Al(OH)3沉淀分裝在兩支試管里，分別加 入鹽酸和 NaOH溶液，邊加邊振蕩，觀察現(xiàn)象。沒(méi)有藍(lán)色鈷玻璃片，可用幻燈片涂上藍(lán)色顏料代替。 318所示裝置的特點(diǎn)及檢驗(yàn)產(chǎn)生 CO2氣體的方法。它們的化學(xué)性質(zhì)不同： Na2O能溶于水生成 NaOH ， Al2O3不溶于水； Na2O能與酸反應(yīng)， Al2O3既能與酸反應(yīng)，又能與強(qiáng)堿反應(yīng)； Na2O疏松，對(duì)內(nèi)層金屬不能起保護(hù)作用，而在空氣中鋁表面的 Al2O3是致密的薄層，對(duì)內(nèi)層鋁有很好的保護(hù)作用。金屬材料在一個(gè)國(guó)家的國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的位置，因?yàn)榻饘俨牧系馁Y源比較豐富，已積累有一整套相當(dāng)成熟的生產(chǎn)技術(shù)，有組織大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，價(jià)格低廉、性能優(yōu)異。 金屬材料的基本元素是金屬。據(jù)統(tǒng)計(jì)，協(xié)和式超音速飛機(jī)全部結(jié)構(gòu)的 71%是用特殊的鋁合 金制造的；高速火車、汽車等交通工具對(duì)鋁型材的用量需求不斷加大；建筑裝飾用的鋁材越來(lái)越多，既漂亮、又耐腐蝕；電力系統(tǒng)和家用電器中鋁導(dǎo)線的用量超過(guò)銅導(dǎo)線；鋁箔可用于包裝食品和香煙；鋁合金還可用作電容器等。這些問(wèn)題對(duì)金屬材料今后的發(fā)展提出了有力的挑戰(zhàn)。尤其是通過(guò)家庭房屋的裝璜，將性能和成本作為選材的重要條件去考慮。 【實(shí)踐活動(dòng) 2】 針對(duì)是否應(yīng)該停止使用鋁制飲料罐的問(wèn)題，讓學(xué)生自選扮演角色，準(zhǔn)備好表達(dá)自己看法的材料，開(kāi)一次辯論會(huì)。也可以讓學(xué)生對(duì)自己家庭或某 一單位的裝璜根據(jù)教科書(shū)提示的幾個(gè)方面進(jìn)行調(diào)查，寫(xiě)出調(diào)查報(bào)告，再讓學(xué)生對(duì)學(xué)校某會(huì)議室提出裝璜意見(jiàn)。 冶金工業(yè)上還常常把金屬分為黑色金屬和有色金屬。地殼中含有%化合形式的鈉，其含量在元素中占第 6位。 ⑤ 與 N2O反應(yīng)生成 Na2O。鈉還用于制造過(guò)氧化鈉等鈉的化合物。 （ 2）鎂 1808年英國(guó)的 H .戴維在電解氧化鎂和氧化汞的混合物時(shí)，因得到鎂汞齊而發(fā)現(xiàn)了鎂，并以氧化鎂產(chǎn)地希臘的 Magnesia 城來(lái)命名為 Magnesium。鎂在生物化學(xué)上非常重要，它是構(gòu)成葉綠素的特征元素，在生物體內(nèi)也具有代謝功能；它也存在于人體細(xì)胞中。某些鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度甚至超過(guò)結(jié)構(gòu)鋼。 鋁是熱的良導(dǎo)體。應(yīng)用此原理在冶金工業(yè)上用來(lái)制取鐵、錳、鉻、釩等金屬，如 Cr2O3+2Al=Al2O3+2Cr，這種方法叫鋁熱法。土壤中也含鐵 1%～ 6%。濃的堿溶液能侵蝕鐵，生成高價(jià)鐵酸鹽。 （ 5）銅 銅是人類發(fā)現(xiàn)最早的金屬之一，也是最好的純金屬之一。在一定溫度下，銅也能與鹵素、硫等非金屬反應(yīng)生成鹵化物或硫化物。 Na+、 K+、 Mg2+、 Ca2+四種離子占人體中金屬離子總量的 99%。神經(jīng)細(xì)胞、心肌和其他重要器官功能都需要鉀，肝臟、脾臟等內(nèi)臟中鉀比較 富集。鎂占人體重量的 %，人體內(nèi)的鎂以磷酸鹽形式存在于骨骼和牙齒中，其余分布在軟組織和體液中， Mg2+是細(xì)胞內(nèi)液中除 K+之外的重要離子。在血中 鈣的正常濃度為每 100 mL 血漿含 9～ mg，其中一部分以 Ca2+存在，而另一部分則與血蛋白結(jié)合。在熔融狀態(tài)下， Na2O2幾乎不分解，但遇到棉花、炭粉或鋁粉時(shí)可發(fā)生爆炸。 Na2CO3易溶于水，溶解時(shí)放熱。碳酸鈉吸濕性很強(qiáng)，吸濕后可結(jié)成硬塊。 NaHCO3是發(fā)酵粉的主要成分，也用于制滅火劑、焙粉或清涼飲料等方面的原料，在橡膠工業(yè)中作發(fā)泡劑?；钚匝趸X即γ 型氧化鋁，是一種多孔物質(zhì)，每克內(nèi)表面積可達(dá)數(shù)百平方米，有極高的活性，可吸附水蒸氣和許多氣體、溶液分子，常用作吸附劑、催化劑和干燥劑。H 2O〔即 AlO(OH)〕。 煉鋼生鐵 碳在這種鐵的合金里主要是以碳化鐵的形態(tài)存在。 球墨鑄鐵 把鑄造生鐵加熱熔化，并用鎂合金或稀土合金等處理，就能使鐵碳合金里的石墨從片狀變?yōu)榍驙?。鋼?jiān)硬，有韌性、彈性，可以鍛打、壓延，也可以鑄造。在碳素鋼里適量地加入一種或幾種合金元素，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使鋼具有各種不同的特殊性能，如強(qiáng)度、硬度大，可塑性、韌性好，耐磨，耐腐蝕，以及其他許多優(yōu)良性能。硬鋁屬 AlCuMg 合金系，具有很強(qiáng)的時(shí)效硬化能力，可熱處理強(qiáng)化。根據(jù)傳統(tǒng)的分類方法，銅 合金可分為紫銅、黃銅 (CuZn)、白銅 (CuNi)和青銅 (Cu與 Sn、 Al、 Be、 Si、 Mn、 Cr、 Cd、 Zr、 Ti等元素組成的合金的統(tǒng)稱 )四類。 （ 1）金屬纖維 除了由大單晶組成的鎢纖維，所有其他的金屬纖維均是多晶無(wú)機(jī)纖維。在紡織行業(yè)中，用鋁絲制做帶金屬光澤的裝飾線。 1987 年美國(guó)宣布發(fā)現(xiàn) Tc為 98 K的超導(dǎo)材料，緊接著中國(guó)科學(xué)院物理研究所發(fā)現(xiàn)了 YBaCuO系超導(dǎo)體，轉(zhuǎn)變溫度在 100 K以上， Tc 為 K，超導(dǎo) 臨界溫度第一次突破了液氮溫度（ 77 K）。氫原子核需要的磁聲較小，相應(yīng)的電磁輻射是在兆赫范圍內(nèi)，很容易進(jìn)入人體。超導(dǎo)技術(shù)的關(guān)鍵是制作超導(dǎo)電纜。 20世紀(jì) 30～ 60年代是永磁材料發(fā)展的第一個(gè)時(shí)期，如 FeNiAl系、 FeCrCo系、 CuNiFe系、 CuNiCo系、 FeCoV系和MnAlC 系等永磁材料，它們的磁能積為 40～ 88 kJ/m3。以波音 747為例，每減輕 1 kg，一年可獲利 2 000美元。通過(guò)兩者合理配制，調(diào)節(jié)合金的吸放氫性能，制得在室溫下能夠可逆吸放氫的較理想的儲(chǔ)氫材料。 （ 2）儲(chǔ)氫合金 由于石油和煤炭的儲(chǔ)量有限，而且在使用過(guò)程中會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染等問(wèn)題，尤其是 20世紀(jì) 70年代全球石油危機(jī)，使氫能作為新的清潔燃料成為研究熱點(diǎn)。由于鐵氧體永 磁材料的化學(xué)穩(wěn)定性好而且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本較低，磁性也不錯(cuò)，至今仍是工業(yè)產(chǎn)量最大的永磁材料。超導(dǎo)線圈可產(chǎn)生磁懸浮列車所需的強(qiáng)大磁場(chǎng)。 核磁共振譜儀 采用常規(guī)磁體或永久磁體的核磁共振譜儀的共振頻率只能達(dá)到 100 MHz?，F(xiàn)已知道元素周期表上有 26 種金屬元素具有超導(dǎo)性，它們的 Tc 均在 10 K 以下，難以有實(shí)用價(jià)值。他在測(cè)量水銀的低溫電阻時(shí)發(fā)現(xiàn)電阻隨溫度降低而下降，然后突然降為零，并將這種電阻為零時(shí)的溫度（ K）稱為臨界溫度，用 Tc表示。品種有鋼絲、鋁絲、鎢絲、鈹絲等。 鑄造銅合金與變形銅合金的區(qū)別主要是： ① 鑄造合金通常無(wú)論是熱加工或者冷加工，都較難以塑性變形。鍛鋁合金有 AlMgSi和 AlMgSiCu系普通鍛用鋁合金及 AlCuMgFeNi系耐熱鍛鋁合金三種。如今，鋁合金已成為第二大金屬，其產(chǎn)量?jī)H次于鋼鐵而超過(guò)其他有色金屬的總和。 碳素鋼 碳素鋼又叫普通鋼。球墨生鐵比普通生鐵好，它的某些性能接近于鋼，而價(jià)格卻比 鋼便宜得多。由于它的斷口呈白色， 又叫白口鐵。氫氧化鋁是典型的兩性氫氧化物，它既能溶于強(qiáng)酸生成鋁鹽溶液，又能溶于強(qiáng)堿生成偏鋁酸鹽溶液。氧化鋁是電解法制金屬鋁的主要原料，所用的氧化鋁越純，煉出的鋁就越純。 一般說(shuō)來(lái)，碳酸和碳酸鹽的熱穩(wěn)定性有下列規(guī)律： （ 1） H2CO3＜ MHCO3＜ M2CO3（ M為堿金屬） （ 2）同一主族元素（如堿金屬元素）的碳酸鹽： Li2CO3＜ Na2CO3＜ K2CO3＜ Rb2CO3 （ 3）堿金屬碳酸鹽＞堿土金屬碳酸鹽＞過(guò)渡金屬碳酸鹽 、氫氧化鋁 （ 1） Al2O3俗名礬土，是一種難熔又不溶于水的白色粉末。在工業(yè)上純堿可代替氫氧化鈉來(lái)中和酸，冶金工業(yè)用它作助熔劑，水的凈化中用它作軟化劑，機(jī)械零件表面的去油劑，以及用來(lái)制鈉的其 他化合物。碳酸鈉以水合物存在時(shí)有Na2CO3 Na2O2可與空氣中的 CO2作用放出氧氣，因此常用在 缺乏空氣的場(chǎng)合，如礦井、坑道、潛水、宇宙飛船等方面，以供人們呼吸應(yīng)急用。鈣能維持神經(jīng)肌肉的正常興奮和心跳規(guī)律，血鈣增高可抑制神經(jīng)肌肉的興奮，如血鈣降低，則引起興奮性增強(qiáng)，而產(chǎn)生手足抽搐（即 “ 抽風(fēng) ” ）。若缺鎂會(huì)導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈病變，心肌壞死，出現(xiàn)抑郁、肌肉軟弱無(wú)力和暈眩等癥狀。 植物對(duì)鉀的需要同高級(jí)動(dòng)物對(duì)鈉的需要一樣，鉀是植物生長(zhǎng)所必需的一種成分。在人體血漿中， c(Na+)≈ mol/L， c(K+)≈ mol/L ；在細(xì)胞內(nèi)液中， c(Na+)≈ mol/L ， c(K+)≈ mol/L 。水溶液中 +1價(jià)銅的化合物不穩(wěn)定，歧化生成單質(zhì)銅和 +2價(jià)銅。銅稍硬，極堅(jiān)韌，耐磨損，還有很好的延展性，容易鍛造和壓延成薄片，可軋成很細(xì)的金屬絲。 鐵是生命過(guò)程所必需的元素，是紅細(xì)胞（血紅蛋白）的主要成分。常見(jiàn)的化合價(jià)為 +2和 +3價(jià)。把鋁放入冷的濃硝酸或濃硫酸中會(huì)被鈍化，因此，濃硝酸或濃硫酸可用鋁的容器貯存。因此鋁是制造機(jī)器活塞、熱交換器、飯鍋和電熨斗的理想材料。此外，導(dǎo)彈、宇宙飛船、人造衛(wèi)星也大量使用鋁及其合金。目前鎂的主要來(lái)源是先從海水中獲得氯化鎂，而后電解熔融氯化鎂來(lái)制取。海水中也含有約 %的 Mg2+，它使海水具有苦味。在電力工業(yè)上用于制鈉燈，鈉燈不降低照度水平但能減少能源消耗。 鈉能與 H2O 反應(yīng)，也能與酸、鹽溶液反應(yīng)。 鈉能與許多氣體發(fā)生 反應(yīng)： ① 在空氣中 120 ℃ 時(shí)著火， 160 ℃ 以下氧氣不足時(shí)反應(yīng)的主要產(chǎn)物是 Na2O，250～ 300 ℃ 與足量氧氣反應(yīng)生成的是 Na2O2和少量的 NaO2。它們或它們的合金的表面常有灰黑色的氧化物，所以稱這類金屬為黑色金屬。 四、習(xí)題參考 ，主要取決于該金屬的儲(chǔ)量、冶煉成本、市場(chǎng)價(jià)格等以及所具有的性能和是否易于加工等。這可以使學(xué)生逐步學(xué)會(huì)站在他人的立場(chǎng)思考問(wèn)題，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生傾聽(tīng)別人的意見(jiàn)，尊重 、關(guān)心和愛(ài)護(hù)他人的情感是很有利的。 ，培養(yǎng)學(xué)生的互助合作精神 教科書(shū)中安排了角色扮演活動(dòng)，這種活動(dòng)學(xué)生會(huì)比較感興趣。近些年來(lái)，金屬材料的制造技術(shù)有非常迅 速的進(jìn)步，先進(jìn)的冶煉技術(shù)、精煉技術(shù)、鑄造技術(shù)、連鑄連軋技術(shù)、成型加工技術(shù)和熱處理技術(shù)在不斷提高，微量雜質(zhì)的技術(shù)、微量元素的合金化技術(shù)有所創(chuàng)新。就外部來(lái)講，從 20 世紀(jì)中期開(kāi)始，高分子材料的崛起，尤其是工程塑料從性能到應(yīng)用許多方面