實(shí)驗(yàn)·探究：“金屬的化學(xué)性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)課教學(xué)實(shí)踐

一、教材分析

在金屬的世界里，每一類(lèi)金屬都有其獨(dú)特的化學(xué)語(yǔ)言。它們?cè)诨瘜W(xué)反應(yīng)中或活潑、或穩(wěn)定，展現(xiàn)出千變?nèi)f化的特性。在探討金屬的化學(xué)特性之前，學(xué)生已經(jīng)對(duì)金屬的物理屬性有了一定了解。課程建立在現(xiàn)有知識(shí)基礎(chǔ)上，引領(lǐng)學(xué)生對(duì)金屬的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行更深入的探討，促使學(xué)生對(duì)元素的化合物知識(shí)有更全面的掌握。

二、學(xué)情分析

在之前的課程中，師生已經(jīng)共同探討了金屬鎂、鐵與氧氣發(fā)生反應(yīng)時(shí)的化學(xué)行為。考慮到九年級(jí)學(xué)生好奇心較強(qiáng)，具備一定的活力和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，更傾向于在互動(dòng)中學(xué)習(xí)，因此，本節(jié)課的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合學(xué)生的生活實(shí)際，以“鐵”這一生活中廣泛使用的金屬為例，通過(guò)類(lèi)比實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生更深入地理解其他金屬的性質(zhì)。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.探索金屬與氧氣、稀鹽酸、稀硫酸的相互作用，識(shí)別金屬的活潑性差異，掌握置換反應(yīng)的基本概念，學(xué)會(huì)通過(guò)金屬與酸的反應(yīng)來(lái)評(píng)估其活動(dòng)性。

2.理解科學(xué)探究的價(jià)值，掌握科學(xué)探究的基本方法，提升學(xué)習(xí)、處理以及應(yīng)用理論知識(shí)的能力。

3.激發(fā)學(xué)習(xí)的熱情和對(duì)科學(xué)的探索精神，意識(shí)到化學(xué)與日常生活和工業(yè)生產(chǎn)的密切關(guān)系，理解化學(xué)學(xué)科的實(shí)際意義。

四、教學(xué)過(guò)程

（一）創(chuàng)設(shè)情境，激趣導(dǎo)入

（教師播放一段絢爛的煙花視頻，將學(xué)生帶入一個(gè)五彩斑斕的世界。）

教師：煙花這么美麗，與我們所學(xué)的學(xué)科有什么關(guān)系呢？

教師：這些絢爛的煙花背后隱藏著金屬性質(zhì)的奧秘。

（教師將鐵粉撒在燃燒的酒精燈上，瞬間產(chǎn)生耀眼的火花。）

教師：現(xiàn)在，讓我們以鐵為例，開(kāi)啟對(duì)金屬化學(xué)性質(zhì)的探索之旅。

（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)視頻和實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的興趣，為他們創(chuàng)造充滿(mǎn)好奇和探索精神的學(xué)習(xí)環(huán)境。這種方法旨在激活學(xué)生的思維，為課堂注入活力。）

（二）實(shí)驗(yàn)探究，建構(gòu)規(guī)律

◆活動(dòng)探究1：氧氣和金屬之間的反應(yīng)

教師：在我們剛剛完成的“鐵粉燃燒”實(shí)驗(yàn)中，哪個(gè)現(xiàn)象最讓你念念不忘？

學(xué)生：鐵粉在燃燒時(shí)火星四射。

教師：這表明鐵粉在特定的物質(zhì)條件下能夠燃燒，那么這個(gè)物質(zhì)條件是什么呢？

學(xué)生：鐵粉必須在空氣中才能燃燒。

教師：鐵粉與空氣中的哪種成分發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)呢？

學(xué)生：與氧氣發(fā)生了反應(yīng)。

教師：請(qǐng)同學(xué)們?cè)趯W(xué)案上書(shū)寫(xiě)鐵與氧氣產(chǎn)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。

學(xué)生：3Fe+2O2 Fe3O4

教師：我們已經(jīng)知道鐵能與氧氣反應(yīng)，那么其他金屬呢，它們也能進(jìn)行類(lèi)似的反應(yīng)嗎？

學(xué)生：是的，其他金屬也能與氧氣反應(yīng)。

教師：能具體舉一些例子嗎？

學(xué)生：比如鎂、銅等金屬。

教師：這里有一條從實(shí)驗(yàn)室?guī)?lái)的鎂條，同學(xué)們仔細(xì)觀察一下，它的表面有什么變化？

學(xué)生：鎂條的表面變黑了。

教師：根據(jù)以前的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，鎂條原本的顏色是什么？

學(xué)生：是銀白色的。

教師：根據(jù)我們本節(jié)課的課題大膽猜想一下，為什么鎂條的表面會(huì)變黑呢？

學(xué)生：因?yàn)樗谎趸恕?/p>

教師：對(duì)比一下，他和鐵氧化的區(qū)別是什么？

學(xué)生：鎂在常溫下就會(huì)被氧化。

教師：根據(jù)剛才所學(xué)可知，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)使鎂條發(fā)黑，有沒(méi)有什么辦法讓鎂條光亮如初？

學(xué)生：試著用砂紙打磨一下。

（教師用砂紙打磨鎂條）

教師：同學(xué)們的方法果然有效，接下來(lái)請(qǐng)同學(xué)們?cè)趯W(xué)案中寫(xiě)出鎂條氧化的化學(xué)方程式吧。

學(xué)生：2Mg+O2===2MgO

【教師引導(dǎo)】我們?cè)谌粘Ｉ钪幸步?jīng)常使用金屬鋁，比如說(shuō)鋁制飯盒、鋁制行李箱等，該材料的制品通常具有較強(qiáng)的耐腐蝕性。為什么鋁制品擁有這種特性呢？接下來(lái)請(qǐng)同學(xué)們密切關(guān)注鋁片在實(shí)驗(yàn)中的變化。

（教師利用數(shù)字實(shí)驗(yàn)設(shè)備演示鋁箔在空氣中加熱的實(shí)驗(yàn)。）

教師：在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，鋁箔發(fā)生了什么變化？

學(xué)生：鋁箔熔化了，由固體變成了液體，但是并沒(méi)有滴落下來(lái)，好像在表面形成了一層薄膜包裹著液體鋁。

教師：你觀察得非常仔細(xì)，既然在空氣中燃燒必定會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，猜測(cè)一下這層薄膜的材質(zhì)是什么。

學(xué)生：我猜是氧化鋁。

教師：這層氧化鋁能包裹住液體鋁，讓它在燃燒的過(guò)程中不滴落下來(lái)。據(jù)此，你能總結(jié)出什么結(jié)論？

學(xué)生：氧化鋁耐高溫。

教師：能不能用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)回答？

學(xué)生：氧化鋁的熔點(diǎn)高于酒精燈火焰的溫度，也比鋁的熔點(diǎn)高，甚至比酒精燈火焰的溫度還要高。

教師：這一點(diǎn)總結(jié)得非常好，還有別的嗎？

【教師引導(dǎo)】它能把液體很好地密封起來(lái)，能說(shuō)明什么？

學(xué)生：氧化鋁膜很緊實(shí)。

教師：回答得非常棒。我們?cè)谡n本中能找到更加專(zhuān)業(yè)的詞語(yǔ)來(lái)形容氧化鋁膜的這一特性。

學(xué)生：我找到了，是“致密”。

教師：其實(shí)金屬鋁不需要加熱也可以和氧氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。接下來(lái)請(qǐng)同學(xué)們記錄下這一反應(yīng)的化學(xué)方程式，注意鋁元素的化合價(jià)。

學(xué)生書(shū)寫(xiě)公式：4Al+3O2===2Al2O3

教師：回頭看看我們最初提出的問(wèn)題，為什么鋁制品具有很強(qiáng)的耐腐蝕性？

學(xué)生：在常溫下，鋁與氧氣相互作用，會(huì)在其表面生成一層氧化鋁薄膜，這一保護(hù)層有效地阻止了鋁的進(jìn)一步氧化。

教師：注意要突出氧化鋁薄膜的特性是——

學(xué)生：致密。

教師：無(wú)論什么金屬都能和氧氣發(fā)生反應(yīng)嗎？有一句諺語(yǔ)叫“真金不怕火煉”，這句話(huà)和我們這節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容有什么關(guān)系嗎？

學(xué)生：金具有極為穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，即使被高溫加熱也不會(huì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)。

學(xué)生：不是所有金屬都會(huì)和氧氣發(fā)生反應(yīng)。

學(xué)生：不同金屬和氧氣發(fā)生反應(yīng)的條件也不一樣，有的是常溫，有的需要加熱。

教師：大家總結(jié)得太棒了。現(xiàn)在，我們來(lái)總結(jié)金屬的第一個(gè)化學(xué)性質(zhì)：大部分金屬都能與氧氣反應(yīng)，但不同金屬與氧氣反應(yīng)的難易程度和劇烈程度各有不同。

（設(shè)計(jì)意圖：精心搭建問(wèn)題鏈，依托學(xué)生已有的知識(shí)引導(dǎo)他們循序漸進(jìn)地深入探究。通過(guò)對(duì)比分析反應(yīng)條件、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等，學(xué)生將逐步了解金屬與氧氣反應(yīng)的規(guī)律性及其差異性。）

◆活動(dòng)探究2：金屬與酸的反應(yīng)

學(xué)生：鐵絲表面產(chǎn)生大量的氣泡。

教師：猜測(cè)一下是什么氣體。

學(xué)生：氫氣。

教師：依據(jù)是什么？

學(xué)生：元素守恒。

教師：我們已經(jīng)知道鐵能與氧氣發(fā)生反應(yīng)，那么鐵和其他物質(zhì)能發(fā)生反應(yīng)嗎？請(qǐng)大家看一段視頻。

（教師播放視頻：將含有“還原鐵”的麥片正常沖泡后，倒入透明封口袋中。用強(qiáng)力磁鐵在封口袋表面反復(fù)滑動(dòng)一陣后，確實(shí)有極少量的黑色粉末被磁鐵吸附在袋子內(nèi)側(cè)，并隨著磁鐵來(lái)回移動(dòng)。）

教師：看了這個(gè)視頻之后，你們有什么問(wèn)題？

學(xué)生：鐵能直接吃嗎？

學(xué)生：我記得《紅樓夢(mèng)》里有尤二姐吞金的片段，人不是不能吃金屬嗎？

學(xué)生：這樣的鐵能被人體吸收嗎？

教師：同學(xué)們請(qǐng)看大屏幕。

（教師出示資料卡）

教師：資料卡上提到，胃酸和還原鐵會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成亞鐵離子。接下來(lái)我們來(lái)做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)，模擬一下還原鐵進(jìn)入胃之后的反應(yīng)。

（教師使用數(shù)字實(shí)驗(yàn)設(shè)備演示鐵絲進(jìn)入鹽酸的實(shí)驗(yàn)。）

教師：大家觀察到了什么現(xiàn)象？

學(xué)生：鐵絲進(jìn)入鹽酸后表面附著大量的氣泡。

教師：請(qǐng)大家猜測(cè)一下這些氣泡會(huì)是什么氣體。

學(xué)生：可能是氫氣。

教師：你猜測(cè)的依據(jù)是什么呢？

學(xué)生：根據(jù)元素守恒定律，可以推測(cè)出氣體可能是氫氣。

教師：請(qǐng)大家嘗試把實(shí)驗(yàn)中的化學(xué)反應(yīng)以化學(xué)方程式的形式呈現(xiàn)出來(lái)。記得要標(biāo)注鐵元素反應(yīng)后的化合價(jià)。

學(xué)生寫(xiě)出方程式：Fe+2HCl===FeCl2+H2↑

教師：除了鐵表面附著氣泡外，你還發(fā)現(xiàn)了什么？

學(xué)生：溶液逐漸變成綠色了。

教師：我們已經(jīng)知道鐵能與酸反應(yīng)生成氫氣，那么其他金屬呢？它們也能與酸反應(yīng)嗎？接下來(lái)請(qǐng)大家以小組為單位，完成金屬鎂、鋅、鐵、銅與稀鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師巡視。）

教師：不同金屬和稀鹽酸發(fā)生反應(yīng)時(shí)表面都有什么變化？它們之間有什么不同？

學(xué)生：除了銅之外，別的金屬表面都出現(xiàn)了氣泡。

教師：氣泡有沒(méi)有什么不同？

學(xué)生：同樣時(shí)間、同樣分量的金屬和稀鹽酸，鎂產(chǎn)生的氣泡最多，鋅產(chǎn)生的氣泡量排第二，鐵產(chǎn)生的氣泡量排最后。

教師：其他小組的結(jié)論是否一致呢？

學(xué)生：是的，現(xiàn)象都是一樣的。

教師：該怎么證明這些金屬和稀鹽酸產(chǎn)生的是氫氣呢？我們接下來(lái)繼續(xù)用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。（準(zhǔn)備一個(gè)裝有鎂條的試管。向試管中緩慢加入稀鹽酸。在試管口放置一根燃燒的木條。）產(chǎn)生了什么現(xiàn)象？

學(xué)生：有爆鳴聲音。

教師：從我們已知的化學(xué)知識(shí)來(lái)看，這種氣體確實(shí)是氫氣，接下來(lái)請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合課本知識(shí)，在學(xué)案上寫(xiě)出各種金屬與酸之間反應(yīng)的化學(xué)方程式。

學(xué)生：Mg+2HCl=== MgCl2+H2↑

Mg+H2SO4=== MgSO4+H2↑

Zn+2HCl=== ZnCl2+H2↑

Zn+H2SO4=== ZnSO4+H2↑

Fe+2HCl=== FeCl2+H2↑

Fe+H2SO4=== FeSO4+H2↑

教師：根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，你能不能總結(jié)出金屬的第二個(gè)化學(xué)性質(zhì)？

學(xué)生：金屬會(huì)和酸反應(yīng)。

教師：所有金屬都會(huì)嗎？

學(xué)生：銅不會(huì)。

教師：所以我們只能說(shuō)，部分金屬會(huì)和稀硫酸、稀鹽酸反應(yīng)。

教師：仔細(xì)觀察鎂、鋅、鐵與稀鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式，你們能發(fā)現(xiàn)什么？

教師可以從反應(yīng)物和生成物的角度著手觀察。

學(xué)生：反應(yīng)物包括金屬（單質(zhì)）和酸（化合物），而生成物則包括新的金屬鹽（化合物）和氫氣（單質(zhì)）。

教師：沒(méi)錯(cuò)，這種特定的反應(yīng)類(lèi)型被稱(chēng)為置換反應(yīng)，具體指一種單質(zhì)和一種化合物反應(yīng)產(chǎn)生另一種單質(zhì)和另一種化合物。以我們剛才做的實(shí)驗(yàn)為例，氫氣是從哪里來(lái)的？它是如何產(chǎn)生的？

學(xué)生：從這些金屬中被酸置換出來(lái)的。

教師：金屬中包含氫氣元素嗎？這樣說(shuō)對(duì)嗎？

學(xué)生：從酸中被金屬置換出來(lái)的。

教師：這樣就對(duì)了，其實(shí)用我們化學(xué)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)表示，應(yīng)該說(shuō)“酸中的氫元素被置換了出來(lái)，變成了氫氣”。為什么銅不能和酸產(chǎn)生氫氣呢？

學(xué)生：因?yàn)殂~沒(méi)辦法完成置換。

教師：所以根據(jù)剛才的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能不能以氫氣為標(biāo)準(zhǔn)，排列一下實(shí)驗(yàn)金屬的活動(dòng)性呢？

學(xué)生：銅排在氫的后面，其他四種金屬排在氫氣前面。

教師：也就是說(shuō)，能與酸反應(yīng)的金屬，我們說(shuō)它活動(dòng)性——

學(xué)生：強(qiáng)。

教師：不能與酸反應(yīng)的金屬，我們說(shuō)它的活動(dòng)性——

學(xué)生：弱。

（設(shè)計(jì)意圖：以“鐵粉麥片”為引子，引發(fā)對(duì)鐵與酸反應(yīng)的思考，同時(shí)利用實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生獲得直觀的感性認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生從置換反應(yīng)的角度進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，進(jìn)一步理解金屬活動(dòng)性的概念。）

◆活動(dòng)探究3：金屬與其他金屬化合物溶液的反應(yīng)

教師：古代的文獻(xiàn)中曾提到“化鐵為銅”，這描述的是鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)的經(jīng)典場(chǎng)景。現(xiàn)在，讓我們親自動(dòng)手復(fù)刻這個(gè)化學(xué)變化。（將硫酸銅溶液倒入一個(gè)裝有鐵絲的小試管中，然后輕輕搖晃。）

教師：大家觀察到了什么現(xiàn)象？

學(xué)生：鐵絲的表面逐漸覆蓋了一層紅色固體。

教師：這個(gè)紅色固體是什么呢？

學(xué)生：化鐵為銅，這個(gè)肯定就是銅了。

教師：請(qǐng)大家嘗試寫(xiě)出這個(gè)化學(xué)反應(yīng)的方程式，記得在書(shū)寫(xiě)時(shí)正確表示鐵元素的化合價(jià)。

學(xué)生：Fe+CuSO4===FeSO4+Cu

教師：結(jié)合剛才所學(xué)，這種現(xiàn)象屬于什么類(lèi)型的化學(xué)反應(yīng)？

學(xué)生：我覺(jué)得是置換反應(yīng)。

教師：思考一下，銅是如何生成的？

學(xué)生：硫酸銅溶液中含有銅元素，鐵把它置換出來(lái)了。

教師：那為什么鐵能夠置換出銅呢？

學(xué)生：鐵的活動(dòng)性強(qiáng)于銅的活動(dòng)性。

教師：那如果我想用一種金屬把另一種金屬置換出來(lái)，必須考慮什么條件？

學(xué)生：置換金屬的活動(dòng)性要比被置換金屬的活動(dòng)性強(qiáng)。

教師：回答得太好了。這就是我們需要掌握的金屬的第三條化學(xué)性質(zhì)：特定條件下，部分金屬和其他金屬的溶液能發(fā)生反應(yīng)。

教師：做了這么多實(shí)驗(yàn)，總結(jié)了這么多經(jīng)驗(yàn)，你們能不能告訴我，如何判斷一個(gè)金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱？

學(xué)生：我們可以通過(guò)觀察金屬與金屬化合物溶液是否發(fā)生反應(yīng)來(lái)判斷它們的活性。

教師：假設(shè)我們有A和B兩種金屬，我們?cè)撊绾伪容^它們的活動(dòng)性呢？

學(xué)生：我們可以將A金屬放入B金屬的化合物溶液中，或者將B金屬放入A金屬的化合物溶液中，然后觀察是否會(huì)發(fā)生反應(yīng)。

教師：如果A金屬放入B金屬的化合物溶液之后發(fā)生了反應(yīng)，這意味著什么？

學(xué)生：這意味著A金屬的活性比B金屬?gòu)?qiáng)。

教師：如果B金屬無(wú)法與A金屬的化合物溶液發(fā)生反應(yīng)，說(shuō)明什么？

學(xué)生：結(jié)論是一樣的。

（三）課后作業(yè)

教師：同學(xué)們能利用我們前面討論的方法來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)嗎？實(shí)驗(yàn)課題就定為“驗(yàn)證鋁和銅的活動(dòng)性”。

（學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，匯報(bào)成果并進(jìn)行交流和評(píng)價(jià)）

（設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生探索金屬與金屬化合物溶液反應(yīng)的條件，運(yùn)用演繹和歸納法不斷驗(yàn)證和修正結(jié)論，加深學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科的理解，讓他們認(rèn)識(shí)到“生活處處有化學(xué)”的真實(shí)性，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。）

（作者單位：甘肅省隴南市禮縣馬河鄉(xiāng)九年制學(xué)校）

編輯：常超波