实验·探究：“金属的化学性质”实验课教学实践

一、教材分析

在金属的世界里，每一类金属都有其独特的化学语言。它们在化学反应中或活泼、或稳定，展现出千变万化的特性。在探讨金属的化学特性之前，学生已经对金属的物理属性有了一定了解。课程建立在现有知识基础上，引领学生对金属的化学性质进行更深入的探讨，促使学生对元素的化合物知识有更全面的掌握。

二、学情分析

在之前的课程中，师生已经共同探讨了金属镁、铁与氧气发生反应时的化学行为。考虑到九年级学生好奇心较强，具备一定的活力和竞争意识，更倾向于在互动中学习，因此，本节课的设计紧密结合学生的生活实际，以“铁”这一生活中广泛使用的金属为例，通过类比实验探究，让学生更深入地理解其他金属的性质。

三、教学目标

1.探索金属与氧气、稀盐酸、稀硫酸的相互作用，识别金属的活泼性差异，掌握置换反应的基本概念，学会通过金属与酸的反应来评估其活动性。

2.理解科学探究的价值，掌握科学探究的基本方法，提升学习、处理以及应用理论知识的能力。

3.激发学习的热情和对科学的探索精神，意识到化学与日常生活和工业生产的密切关系，理解化学学科的实际意义。

四、教学过程

（一）创设情境，激趣导入

（教师播放一段绚烂的烟花视频，将学生带入一个五彩斑斓的世界。）

教师：烟花这么美丽，与我们所学的学科有什么关系呢？

教师：这些绚烂的烟花背后隐藏着金属性质的奥秘。

（教师将铁粉撒在燃烧的酒精灯上，瞬间产生耀眼的火花。）

教师：现在，让我们以铁为例，开启对金属化学性质的探索之旅。

（设计意图：通过视频和实验激发学生的兴趣，为他们创造充满好奇和探索精神的学习环境。这种方法旨在激活学生的思维，为课堂注入活力。）

（二）实验探究，建构规律

◆活动探究1：氧气和金属之间的反应

教师：在我们刚刚完成的“铁粉燃烧”实验中，哪个现象最让你念念不忘？

学生：铁粉在燃烧时火星四射。

教师：这表明铁粉在特定的物质条件下能够燃烧，那么这个物质条件是什么呢？

学生：铁粉必须在空气中才能燃烧。

教师：铁粉与空气中的哪种成分发生了化学反应呢？

学生：与氧气发生了反应。

教师：请同学们在学案上书写铁与氧气产生反应的化学方程式。

学生：3Fe+2O2 Fe3O4

教师：我们已经知道铁能与氧气反应，那么其他金属呢，它们也能进行类似的反应吗？

学生：是的，其他金属也能与氧气反应。

教师：能具体举一些例子吗？

学生：比如镁、铜等金属。

教师：这里有一条从实验室带来的镁条，同学们仔细观察一下，它的表面有什么变化？

学生：镁条的表面变黑了。

教师：根据以前的实验经验，镁条原本的颜色是什么？

学生：是银白色的。

教师：根据我们本节课的课题大胆猜想一下，为什么镁条的表面会变黑呢？

学生：因为它被氧化了。

教师：对比一下，他和铁氧化的区别是什么？

学生：镁在常温下就会被氧化。

教师：根据刚才所学可知，氧化反应产生的物质使镁条发黑，有没有什么办法让镁条光亮如初？

学生：试着用砂纸打磨一下。

（教师用砂纸打磨镁条）

教师：同学们的方法果然有效，接下来请同学们在学案中写出镁条氧化的化学方程式吧。

学生：2Mg+O2===2MgO

【教师引导】我们在日常生活中也经常使用金属铝，比如说铝制饭盒、铝制行李箱等，该材料的制品通常具有较强的耐腐蚀性。为什么铝制品拥有这种特性呢？接下来请同学们密切关注铝片在实验中的变化。

（教师利用数字实验设备演示铝箔在空气中加热的实验。）

教师：在这个实验中，铝箔发生了什么变化？

学生：铝箔熔化了，由固体变成了液体，但是并没有滴落下来，好像在表面形成了一层薄膜包裹着液体铝。

教师：你观察得非常仔细，既然在空气中燃烧必定会发生氧化反应，猜测一下这层薄膜的材质是什么。

学生：我猜是氧化铝。

教师：这层氧化铝能包裹住液体铝，让它在燃烧的过程中不滴落下来。据此，你能总结出什么结论？

学生：氧化铝耐高温。

教师：能不能用专业术语来回答？

学生：氧化铝的熔点高于酒精灯火焰的温度，也比铝的熔点高，甚至比酒精灯火焰的温度还要高。

教师：这一点总结得非常好，还有别的吗？

【教师引导】它能把液体很好地密封起来，能说明什么？

学生：氧化铝膜很紧实。

教师：回答得非常棒。我们在课本中能找到更加专业的词语来形容氧化铝膜的这一特性。

学生：我找到了，是“致密”。

教师：其实金属铝不需要加热也可以和氧气产生化学反应。接下来请同学们记录下这一反应的化学方程式，注意铝元素的化合价。

学生书写公式：4Al+3O2===2Al2O3

教师：回头看看我们最初提出的问题，为什么铝制品具有很强的耐腐蚀性？

学生：在常温下，铝与氧气相互作用，会在其表面生成一层氧化铝薄膜，这一保护层有效地阻止了铝的进一步氧化。

教师：注意要突出氧化铝薄膜的特性是——

学生：致密。

教师：无论什么金属都能和氧气发生反应吗？有一句谚语叫“真金不怕火炼”，这句话和我们这节课所学的内容有什么关系吗？

学生：金具有极为稳定的化学性质，即使被高温加热也不会与氧气发生反应。

学生：不是所有金属都会和氧气发生反应。

学生：不同金属和氧气发生反应的条件也不一样，有的是常温，有的需要加热。

教师：大家总结得太棒了。现在，我们来总结金属的第一个化学性质：大部分金属都能与氧气反应，但不同金属与氧气反应的难易程度和剧烈程度各有不同。

（设计意图：精心搭建问题链，依托学生已有的知识引导他们循序渐进地深入探究。通过对比分析反应条件、实验现象等，学生将逐步了解金属与氧气反应的规律性及其差异性。）

◆活动探究2：金属与酸的反应

学生：铁丝表面产生大量的气泡。

教师：猜测一下是什么气体。

学生：氢气。

教师：依据是什么？

学生：元素守恒。

教师：我们已经知道铁能与氧气发生反应，那么铁和其他物质能发生反应吗？请大家看一段视频。

（教师播放视频：将含有“还原铁”的麦片正常冲泡后，倒入透明封口袋中。用强力磁铁在封口袋表面反复滑动一阵后，确实有极少量的黑色粉末被磁铁吸附在袋子内侧，并随着磁铁来回移动。）

教师：看了这个视频之后，你们有什么问题？

学生：铁能直接吃吗？

学生：我记得《红楼梦》里有尤二姐吞金的片段，人不是不能吃金属吗？

学生：这样的铁能被人体吸收吗？

教师：同学们请看大屏幕。

（教师出示资料卡）

教师：资料卡上提到，胃酸和还原铁会发生反应生成亚铁离子。接下来我们来做一个小实验，模拟一下还原铁进入胃之后的反应。

（教师使用数字实验设备演示铁丝进入盐酸的实验。）

教师：大家观察到了什么现象？

学生：铁丝进入盐酸后表面附着大量的气泡。

教师：请大家猜测一下这些气泡会是什么气体。

学生：可能是氢气。

教师：你猜测的依据是什么呢？

学生：根据元素守恒定律，可以推测出气体可能是氢气。

教师：请大家尝试把实验中的化学反应以化学方程式的形式呈现出来。记得要标注铁元素反应后的化合价。

学生写出方程式：Fe+2HCl===FeCl2+H2↑

教师：除了铁表面附着气泡外，你还发现了什么？

学生：溶液逐渐变成绿色了。

教师：我们已经知道铁能与酸反应生成氢气，那么其他金属呢？它们也能与酸反应吗？接下来请大家以小组为单位，完成金属镁、锌、铁、铜与稀盐酸反应的实验，并记录实验现象。

（学生分组进行实验，教师巡视。）

教师：不同金属和稀盐酸发生反应时表面都有什么变化？它们之间有什么不同？

学生：除了铜之外，别的金属表面都出现了气泡。

教师：气泡有没有什么不同？

学生：同样时间、同样分量的金属和稀盐酸，镁产生的气泡最多，锌产生的气泡量排第二，铁产生的气泡量排最后。

教师：其他小组的结论是否一致呢？

学生：是的，现象都是一样的。

教师：该怎么证明这些金属和稀盐酸产生的是氢气呢？我们接下来继续用实验来验证。（准备一个装有镁条的试管。向试管中缓慢加入稀盐酸。在试管口放置一根燃烧的木条。）产生了什么现象？

学生：有爆鸣声音。

教师：从我们已知的化学知识来看，这种气体确实是氢气，接下来请同学们结合课本知识，在学案上写出各种金属与酸之间反应的化学方程式。

学生：Mg+2HCl=== MgCl2+H2↑

Mg+H2SO4=== MgSO4+H2↑

Zn+2HCl=== ZnCl2+H2↑

Zn+H2SO4=== ZnSO4+H2↑

Fe+2HCl=== FeCl2+H2↑

Fe+H2SO4=== FeSO4+H2↑

教师：根据上述实验，你能不能总结出金属的第二个化学性质？

学生：金属会和酸反应。

教师：所有金属都会吗？

学生：铜不会。

教师：所以我们只能说，部分金属会和稀硫酸、稀盐酸反应。

教师：仔细观察镁、锌、铁与稀盐酸反应的化学方程式，你们能发现什么？

教师可以从反应物和生成物的角度着手观察。

学生：反应物包括金属（单质）和酸（化合物），而生成物则包括新的金属盐（化合物）和氢气（单质）。

教师：没错，这种特定的反应类型被称为置换反应，具体指一种单质和一种化合物反应产生另一种单质和另一种化合物。以我们刚才做的实验为例，氢气是从哪里来的？它是如何产生的？

学生：从这些金属中被酸置换出来的。

教师：金属中包含氢气元素吗？这样说对吗？

学生：从酸中被金属置换出来的。

教师：这样就对了，其实用我们化学专业术语来表示，应该说“酸中的氢元素被置换了出来，变成了氢气”。为什么铜不能和酸产生氢气呢？

学生：因为铜没办法完成置换。

教师：所以根据刚才的实验结果，能不能以氢气为标准，排列一下实验金属的活动性呢？

学生：铜排在氢的后面，其他四种金属排在氢气前面。

教师：也就是说，能与酸反应的金属，我们说它活动性——

学生：强。

教师：不能与酸反应的金属，我们说它的活动性——

学生：弱。

（设计意图：以“铁粉麦片”为引子，引发对铁与酸反应的思考，同时利用实验让学生获得直观的感性认识，引导学生从置换反应的角度进行理论学习，进一步理解金属活动性的概念。）

◆活动探究3：金属与其他金属化合物溶液的反应

教师：古代的文献中曾提到“化铁为铜”，这描述的是铁与硫酸铜溶液反应的经典场景。现在，让我们亲自动手复刻这个化学变化。（将硫酸铜溶液倒入一个装有铁丝的小试管中，然后轻轻摇晃。）

教师：大家观察到了什么现象？

学生：铁丝的表面逐渐覆盖了一层红色固体。

教师：这个红色固体是什么呢？

学生：化铁为铜，这个肯定就是铜了。

教师：请大家尝试写出这个化学反应的方程式，记得在书写时正确表示铁元素的化合价。

学生：Fe+CuSO4===FeSO4+Cu

教师：结合刚才所学，这种现象属于什么类型的化学反应？

学生：我觉得是置换反应。

教师：思考一下，铜是如何生成的？

学生：硫酸铜溶液中含有铜元素，铁把它置换出来了。

教师：那为什么铁能够置换出铜呢？

学生：铁的活动性强于铜的活动性。

教师：那如果我想用一种金属把另一种金属置换出来，必须考虑什么条件？

学生：置换金属的活动性要比被置换金属的活动性强。

教师：回答得太好了。这就是我们需要掌握的金属的第三条化学性质：特定条件下，部分金属和其他金属的溶液能发生反应。

教师：做了这么多实验，总结了这么多经验，你们能不能告诉我，如何判断一个金属活动性的强弱？

学生：我们可以通过观察金属与金属化合物溶液是否发生反应来判断它们的活性。

教师：假设我们有A和B两种金属，我们该如何比较它们的活动性呢？

学生：我们可以将A金属放入B金属的化合物溶液中，或者将B金属放入A金属的化合物溶液中，然后观察是否会发生反应。

教师：如果A金属放入B金属的化合物溶液之后发生了反应，这意味着什么？

学生：这意味着A金属的活性比B金属强。

教师：如果B金属无法与A金属的化合物溶液发生反应，说明什么？

学生：结论是一样的。

（三）课后作业

教师：同学们能利用我们前面讨论的方法来设计实验吗？实验课题就定为“验证铝和铜的活动性”。

（学生进行实验，汇报成果并进行交流和评价）

（设计意图：引导学生探索金属与金属化合物溶液反应的条件，运用演绎和归纳法不断验证和修正结论，加深学生对化学学科的理解，让他们认识到“生活处处有化学”的真实性，从而增强学习的兴趣和动力。）

（作者单位：甘肃省陇南市礼县马河乡九年制学校）

编辑：常超波