"Основные свойства металлов. Сплавы"

Цели урока:

1. Рассмотреть основные свойства металлов.
2. Познакомить учеников со сплавами. Объяснить значение сплавов для человечества.
3. Обсудить влияние тяжелой промышленности на экологию Казахстана. (Слайд 2, приложение 1 и приложение 2).

Тип урока: комбинированный с использованием ИКТ

Ход урока

I. Организационный момент.

Присутствие учеников. Наличие учебных принадлежностей.

II. Проверка домашнего задания в виде тестирования, используя ActivVote. (Слайды 3–6, приложение 1 и приложение 2).

III. Объяснение новой темы.

Общие физические свойства (слайды 7–10, приложение 1 и приложение 2).

Объясняются особым строением кристаллической решетки – наличием свободных электронов («электронного газа»).

1. Пластичность – способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В ряду – Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe – уменьшается.
2. Блеск, обычно серый цвет и непрозрачность. Это связано со взаимодействием свободных электронов с падающими на металл квантами света.
3. Электропроводность. Объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов. В ряду  – Ag,Cu,Al,Fe – уменьшается. При нагревании электропроводность уменьшается, т.к. с повышением температуры усиливаются колебания атомов и ионов в узлах кристаллической решетки, что затрудняет направленное движение «электронного газа».
4. Теплопроводность. Закономерность та же. Обусловлена высокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры по массе металла. Наибольшая теплопроводность – у висмута и ртути.
5. Твердость. Самый твердый – хром (режет стекло); самые мягкие – щелочные металлы – калий, натрий, рубидий и цезий – режутся ножом.
6. Плотность. Она тем меньше, чем меньше атомная масса металла и чем больше радиус его атома (самый легкий – литий (ρ=0,53 г/см³); самый тяжелый – осмий (ρ=22,6 г/см³). Металлы, имеющие ρ < 5 г/см³ считаются «легкими металлами».
7. Температуры плавления и кипения. Самый легкоплавкий металл – ртуть (tпл. = -39°C), самый тугоплавкий металл – вольфрам (tпл. = 3390°C). Металлы с tпл. выше 1000°C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими.

Общие химические свойства металлов. (Слайды 11–18, приложение 1 и приложение 2).

I. Взаимодействие с оксидами. Видео-опыт «Взаимодействие оксида железа III с алюминием».

Fe₂O₃ +2Al→ 2 Fe + Al₂O₃

II. Взаимодействие со спиртами. Видео-опыт «Взаимодействие спиртов с натрием».

2CH₃OH + 2 Na → 2CH₃ONa + H₂

2C₂H₅OH + 2 Na → 2C₂H₅ONa + H₂

2C₃H₇OH + 2 Na →2 C₃H₇ONa + H₂

Сильные восстановители: Me⁰ – nē → Meⁿ⁺ 

1. Реакции с неметаллами.

1. С кислородом: 2Mg⁰ + O₂→ 2Mg⁺² O
2. С серой: Hg⁰ + S → Hg+2 S
3. С галогенами: Ni + Cl₂  –t→  Ni⁺²Cl₂
4. С азотом: 3Ca⁰ + N2  –t→  Ca₃+2N₂
5. С фосфором: 3Ca⁰ + 2P  –t→  Ca₃P₂

2. Реакции с кислотами.

1) Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до H восстанавливают кислоты-неокислители до водорода:

Mg⁰ + 2HCl → Mg⁺²Cl₂ + H₂⁰

(Mg⁰ + 2H+ → Mg²⁺+ H₂⁰)

2Al⁰+ 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂⁰

(2Al⁰ + 6H+→ 2Al³⁺ + 3H₂⁰)

6Na⁰ + 2H₃PO₄ → 2Na₃⁺¹PO₄ + 3H₂

(6Na⁰ + 6H⁺ →  6Na⁺ + 3H₂⁰)

Восстановление металлами кислот-окислителей смотри в разделах: «окислительно-восстановительные реакции», «серная кислота», «азотная кислота».

3. Взаимодействие с водой.

1) Активные (щелочные и щелочноземельные металлы) образуют растворимое основание и водород:

2Na⁰ + 2H₂O → 2Na⁺¹OH + H₂⁰

(2Na⁰ + 2H₂O → 2Na¹⁺ + 2OH^1- + H₂⁰)

Ca⁰ + 2H₂O → Ca⁺²(OH)₂ + H₂⁰

(Ca⁰ + 2H₂O → Ca²⁺ + 2OH^1- + H₂⁰)

2) Металлы средней активности окисляются водой при нагревании до оксида:

Zn⁰ + H₂O  –t→  Zn+2O + H₂⁰

3) Неактивные (Au, Ag, Pt) – не реагируют.

Сплавы. (Слайды 19–32, приложение 1 и приложение 2).

СПЛАВЫ, макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже – металлов и неметаллов) с характерными металлическими свойствами. В более широком смысле Сплавы – любые однородные системы, полученные сплавлением металлов, неметаллов, неорганических соединений и т.д.

Сплавы различаются по своему предназначению.

• Конструкционные сплавы.
• Конструкционные со специальными свойствами (например, искробезопасность, антифрикционные свойства).
• Для заливки подшипников.
• Для измерительной и электронагревательной аппаратуры.
• Для изготовления режущих инструментов.

Виды черных сплавов.

Виды чугуна и его свойства. Чугун значительно тверже железа, обычно он очень хрупкий, не куется, а при ударе разбивается. Этот сплав применяется для изготовления различных массивных деталей методом литья, так называемый литейный чугун и для переработки в сталь – передельный чугун.

Применение чугуна: Этот сплав применяется для изготовления различных массивных деталей методом литья, так называемый литейный чугун.

Виды стали по химическому составу.

Углеродистая сталь – представляет собой сплав железа главным образом с углеродом, но, в отличие от чугуна, содержание в ней углерода, а также других веществ гораздо меньше. В зависимости от количества углерода стали подразделяют на мягкие(0,3%С), средней твердости и твердые (до 2%С). Применение углеродисто стали. Из мягкой и средней твердости стали делают детали машин, трубы, гвозди, скрепки и т. д., а из твердой – различные инструменты.

Легированная сталь – это тоже сплав железа с углеродом, только в него введены еще специальные, легирующие добавки: хром, никель, вольфрам, молибден и др. Легирующие добавки придают сплаву особые качества.

Свойства легированных сталей

Легирующий элемент	Особые свойства стали	Изделия, для производства которых используется сталь
Хром	Твердость и коррозионная стойкость	Инструменты, резцы, зубила
Вольфрам	Твердость и жаропрочность, износоустойчивость	Быстрорежущие инструменты, пилы, фрезы, штампы, нити электрических ламп

Виды цветных сплавов.

Бронза – сплав на основе меди с добавкой (до 20%) олова. Бронза хорошо отливается, поэтому используется в машиностроении, где из нее изготавливают подшипники, поршневые кольца, клапаны, арматуру и т. д. Используется также для художественного литья.

Дюралюминий – сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний. Марганец и никель. Имеет хорошие механические свойства, применяется в самолетостроении машиностроении.

Значение сплавов.

Сплавы – это основа современного машиностроения, оборонной промышленности, ракетостроения и других отраслей промышленности.

IV. Закреплении по теме сплавы «Дайте название сплава».

V. Вклад ученых в развитие металлургии (сообщения учеников). (Слайды 33–34, приложение 1 и приложение 2).

VI. Закрепление по теме используя задачи. (Слайды 35–37, приложение 1 и приложение 2).

Задача № 1. Бронза является сплавом олова и меди. Сколько процентов сплава составляет медь в куске бронзы, состоящем из 6 кг олова и 34 кг меди?

Решение:

1) 6 + 34 = 40 (кг) – масса всего сплава.

2) 34/40*100% = 85% – сплава составляет медь.

Ответ. 85%.

Задача № 2. Концентрация серебра в сплаве 300 г составляет 87%. Вычислите массу серебра?

Задача № 3. Имеются два слитка сплава золота с медью. Первый слиток содержит 230 г золота и 20 г меди, а второй слиток – 240 г золота и 60 г меди. От каждого слитка взяли по куску, сплавили их и получили 300 г сплава, в котором оказалось 84% золота. Определить массу (в граммах) куска, взятого от первого слитка.

Решение:

Определим процентное содержание золота в обоих слитках.

1) 230 + 20 = 250 (г) – масса 1-го слитка, 230/250=0,92 (92%)процентное содержание золота в 1-м слитке.

2) 240 + 60 = 300 (г) – масса 2-го слитка, 240/300=0,8 (80%) – процентное содержание золота во 2-м слитке. Пусть х масса куска, взятого от 1-го слитка, (300 - х) – масса куска, взятого от 2-го слитка, получим уравнение 0,92х + 0,8 (300 - х) = 0,84*300, откуда х=100.

Ответ: 100 г.

Задача № 4. Первый сплав серебра и меди содержит 70 г меди, а второй сплав – 210 г серебра и 90 г меди. Взяли 225 г первого сплава и кусок второго сплава, сплавили их и получили 300 г сплава, который содержит 82% серебра. Сколько граммов серебра содержалось в первом сплаве?

Решение:

Пусть х г серебра содержится в 1-м сплаве, тогда 70 / (х + 70) – какую часть 1-го сплава составляет медь, 90 / (210 + 90) – такую часть составляет медь во 2-м сплаве, кусок второго сплава 300 – 225 = 75 г, тогда получаем уравнение.

225 * (70 / (х + 70)) + 75 * (90 / 300) = (1 - 0,82) * 300, откуда х=430 г

Ответ: 430 г.

VII. Беседа с учениками «Что надо делать, дабы избежать экологической катастрофы?»

VIII. Заключение. (Слайды 38–39, приложение 1 и приложение 2).

IX. Домашнее задание: в книге тема «Свойства металлов». Реферат на тему «Влияние металлургии на экологию Казахстана».

X. Выставление оценок за урок.