金属活动性顺序及其应用教学研究.docx

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金属活动性顺序及其应用教学研究

中学化学创新教具之三

金属带

徐州市中小学实验教学研发中心

一金属带的介绍

（一）创作思路

初中化学探究金属活动性时，常用形状不一的锌粒铁钉铜丝铝片镁带与酸反应，通过比较产生氢气速度快慢所决定的，我们认为这样做对比实验不够严密，因为各种金属的型状不一，说服力不强。

再说做完实验后，金属也不易从酸液取出，反应还在继续发生，分散学生注意力，浪费药品，。

为此我们根据教学的需要，将各种金属做成统一型状的金属带，平时装在试管中保存，用时取出就用，十分方便，一根金属带还能反复使用多次，重复实验，厉行节约。

（二）制作方法

我们以市场出售的镁带的厚度、宽度、长度为标准，确定每根金属带的长度、宽度、厚度分别是200毫米、3毫米、0.2毫米。

又根据初中化学教学需要，确定制造镁铝锌铁铜银六种金属的金属带。

先选择厚度为0.2毫米的锌片、铝片、铁片、铜片、银片，裁剪成长200毫米、宽3毫米金属带，做成了规格大小一致的金属带。

再把每种金属带以50根作为一个单位（注：

银带10根为一个单位。

铁带又增加20根细铁丝，方便教师做铁丝在氧气中燃烧。

），装入试管，塞上橡皮塞，贴上标签，备用。

（三）使用效果

金属带既适合教师做演示实验，又适合学生做分组实验，在徐州地区部分学校已经使用多年，普遍反映，易取易保存，实验方便，不仅能让反应随时发生、还能让反应随时停止，做重复实验、回收都很方便。

金属带是教师做好演示实验、学生做好分组实验的理想材料。

2009，徐州市科技中学徐丹丹老师在参加徐州地区优质课评选时，讲解“金属性质”一节，就是用金属带，让学生做分组实验，获得全市赛课一等奖。

金属带在初中化学教学中有着广泛，从绪言：

“学习化学的方法——认识金属的性质——探究酸的性质——金属活动性——化学能转化为电能”等章节都要用到它。

二、金属带与中学化学创新实验

（一）用盐酸探究镁铝锌铁铜五种金属活动性

1实验用品

金属带（MgAlZnFeCu）砂纸

稀盐酸（15%）试管5支试管架一烧杯开水（250毫升）

2实验步骤与实验现象

（1）用5支试管分别取3——4毫升稀盐酸，放在盛100℃水的烧杯中水浴，使盐酸的温度达到60℃（在此初始温度下，各种金属都能正常反应，对比明显）以上，取出5支试管依次放在试管架上，备用。

（2）取一根铜带擦去锈蚀（下同），弯成“Z”字型（增加铜带与试管壁间的摩擦力，下同），插入右起1号试管的盐酸中。

让学生观察，无现象。

得到结论1，铜与盐酸不反应，说明铜不能置换出盐酸中的氢元素，铜的活动性比氢的活动性弱。

提起铜带，铜与盐酸分离。

（3）取一根铁带弯成“Z”字型，插入2号试管的盐酸中。

冒小气泡，

得到结论2，铁与盐酸反应，说明铁能置换出盐酸中的氢元素，铁的活动性比氢强，也比铜强。

提起铁带，与盐酸脱离，反应停止。

以同样的方法，依次做完镁带、锌带、铝带与盐酸反应的实验，根据产生氢气的快慢速度，得出五种金属活动性的强弱顺序：

镁＞锌＞铝＞铁＞铜。

为了让学生全面观察五种金属与盐酸反应的差异，认识金属活动性的意义，还可以再把五种金属带都插入盐酸里，让学生在同一平台上全面的观察每种金属与盐酸反应的情况。

注意事项

注：

铝带插入盐酸开始冒气泡的速度比锌慢，比铁快，按照上述标准应该排在锌的后面，铁的前面，但是，随着反应体系内部热量增多，氧化铝消失，2分钟后反应速度增加得比锌快，比镁慢，这一意外现象等啥时被学生发现时，再调换锌与铝的位置。

这是为学生提供无意发现问题，提出问题，解决问题的好素材。

（二）用盐溶液探究铜、银的活动性

1实验用品

铜带银带硫酸铜溶液硝酸银溶液硝酸汞溶液

试管4支一烧杯开水（250毫升）

问题提出

将一根“Z”字型银带插入热的盐酸试管中，无气泡冒出，银不能置换出盐酸中的氢元素，银的活动性比氢弱，铜的活动性也比氢弱，如何比较银与铜的活动性呢？

2实验步骤与实验现象

方法一

用两支试管分别取3毫升硝酸银溶液，一支试管插入“Z”字型铜带，另一支插入“Z”字型银带，

静止1分钟，观察放铜带的试管出现许多白色银，而放银带的试管无变化。

结论：

铜与硝酸银溶液反应生成银和硝酸铜，铜能置换出硝酸银中银元素，说明铜的活动性比银强。

或者说银的活动性比铜弱。

方法二

用一支试管取3毫升硫酸铜溶液，插入“Z”字型铜带，静止1分钟，观察两支试管中铜带、银带均无变化。

结论：

银不与硫酸铜溶液反应，说明银的活动性比铜弱，或者铜的活动性比银强。

方法三

用两支试管分别取3毫升硝酸汞溶液，一支试管插入“Z”字型铜带，另一支插入“Z”字型银带。

静止1分钟，观察放铜带的试管中出现白色的汞，银带无变化。

结论：

铜与硝酸汞溶液反应生成硝酸铜和汞，说明铜的活动性比汞强。

银不与硝酸汞溶液反应，说明银的活动性比汞弱，从而得出铜的活动性强于汞，汞的活动性强于银，间接证明了铜的活动性强于银。

将实验一、实验二两组实验结论连接起来，就得出六种金属的活动顺序：

“镁＞锌＞铝＞铁＞氢＞铜＞银”。

（三）原电池

1实验用品与实验装置

灯泡（1.5V或者2.5V）、小灯座。

小烧杯（50毫升）稀盐酸1：

3（20毫升）铜带10厘米镁带10厘米砂纸

2实验步骤与实验现象

（1）取10厘米铜带去锈，弯成直径为3厘米圆环，上端连接在小灯座的一个接线柱上。

取10厘米镁带、去锈，上端连接在小灯泡的另一个接线柱上，下端穿过铜带圆环的圆心，但是不得让两种金属不接触。

（2）检查装置的导电性。

用一节电池连接两种金属带的末端，若灯泡亮，则装置接触良好。

（3）用小烧杯取20毫升稀盐酸（深度约20毫米），将两种金属带插入稀盐酸1——2厘米，烧杯内冒出大量气泡，发生化学反应，上面灯泡发光，并且能持续50秒，说明化学能转化为电能。

探究：

如果将铜带换成银带做上述实验，灯泡能否发光，让学生猜测后再用实验验证。

说明

1镁带消失较快，可逐渐向盐酸溶液内延伸，直至反应完备。

铜带虽然不消耗，但是用久了也要清洗铜带表面的杂物，尽量用蒸馏水稀释盐酸最好，防止杂物放电。

2由于产生的电流较弱，各个连接点即要清除氧化层，也要连接紧密，尽量减少线路损耗。

（四）铜的氧化与氧化铜的还原

1实验用品

铜带酒精灯钳子砂纸

2实验步骤与实验现象

（1）取一根铜带用砂纸去锈后在酒精灯外焰加热，两分钟，红色的铜变成黑色固体。

质疑：

黑色的物质是炭黑吗？

用布擦拭，不脱落，不是炭黑。

实验证明是铜与空气中氧气反应生成的氧化铜。

氧化铜还能变成铜吗？

（2）将变黑的铜带放在酒精灯内焰，1分钟后，黑色固体又变成红色的铜，在火焰内部用尖嘴钳夹住炽热铜的部位（防止炽热的铜离开火焰后与空气中的氧接触，又重新氧化。

），夹紧取出，冷却到室温后，再松开钳嘴，黑色的物质果然变成红色的铜。

3实验结论

铜在加热条件下能与空气中氧元素结合，这一过程叫做铜的氧化反应。

氧化铜在热的酒精蒸汽里，失去了氧元素，这一过程叫做氧化铜的还原反应。

人们起初认识氧化反应、还原反应，就是从物质得氧失氧角度开始认识的。

物质与氧元素结合的反应叫氧化反应，物质失去氧元素的反应叫做还原反应，这两个过程在一个反应中都是同时发生，故叫做氧化——还原反应。

其中能供给氧元素的物质叫氧化剂，常用的氧化剂有氧气、氧化铜、氧化铁等。

接受氧元素的物质叫还原剂，常用的还原剂有氢气、碳、一氧化碳等。

（五）金属弹簧熄灭酒精灯火焰

1实验用品

铝带酒精灯

2实验步骤与实验现象

用铝带绕成螺旋状，罩在酒精灯火焰上，火焰很快熄灭。

实验结论

铝易吸收热量，套在火焰上，能把火焰的温度吸收到到酒精的着火点以下，火焰就熄灭了。

注意：

酒精灯的火焰要调整小一点，防止放出的热量过多，铝带不能将热量吸收到酒精的着火点以下。

（六）比较铝、铁、铜的颜色、硬度、熔点、导热性  

1实验用品

铝带铁带铜带砂纸温度计乳胶管酒精灯

2实验步骤与实验现象

（1）取出三种金属带，观察颜色，铝为银白色光泽，铁为银白色光泽，铜为红色光泽。

（2）用手折一折三种金属，试试硬度，铁最强，铜次子，铝最软。

（3）点燃酒精灯，将三种金属分别在火焰上加热，铝先融化，垂下，但是不易脱落，即说明铝的熔点较低，也说明液态铝已经被致密的氧化铝包围。

铁铜都不熔化，说明铜铁的熔点都较高。

（4）比较铁、铜的导热性

做一根连接铜带温度计。

先截取铜带100毫米，除锈，再截取乳胶管（4×6）40毫米。

将铜带插入乳胶管20毫米，再将温度计的红球插入乳胶管20毫米，使铜带紧贴温度计红球最薄处20毫米长，使铜的热量能及时传到温度计内部（也可以用金属丝缠紧）。

用同样的方法做一根连接铁带的温度计。

将两支温度计的金属带末端缠在一起，并且向下弯曲，将连接点放在酒精灯外焰灼烧至发红（如图所示），大约1分钟，连接铜带的温度计上升至100摄氏度，连接铁带的温度计上升到40多摄氏度（酒精灯用防风罩更好）。

再将两种金属连接点插入冷水，连接铜带的温度计先降到水温，连接铁带的温度计后降到水温。

以上实验证明：

铜、铁都具有导热性，但是铜的导热性好于铁。

说明：

做这一测定时的环境温度在18至20℃之间。

（七）铜、氧化铜、硫酸铜、铜之间的转化

1实验用品

铜带铁带砂纸酒精灯水浓硫酸试管试管架镊子

2实验步骤与实验现象

（1）取一根铜带打磨锈蚀，折叠后在酒精灯的外焰加热，红色的铜生成黑色的氧化铜（折叠的目的是增加铜的反应量）。

（2）用试管取2毫升水，将上述黑色铜带放入水中，无现象。

再向试管中加入少量浓硫酸，片刻，黑色氧化铜溶解，得到浅蓝色的硫酸铜溶液。

（3）将一根铁带打磨锈蚀后，放入浅蓝色溶液中，片刻，铁带上附着一层红色的铜。

3实验结论：

铜在加热条件下生成氧化铜，氧化铜不溶于水，但是能溶于稀硫酸，生成硫酸铜和水，铁能置换出硫酸铜溶液中的铜元素。

2Cu+O2=2CuO,CuO+H2SO4=CuSO4+H2O,CuSO4+Fe=FeSO4+Cu

（八）电镀

1实验用品

铜带碳棒硫酸铜溶液

烧杯低压电源（12V直流电）带鱼尾夹的导线两根

2实验步骤与实验现象

（1）用正极的鱼尾夹夹住铜带，负极鱼尾夹夹住碳棒，放在盛硫酸铜溶液的烧杯中。

（2）通入12V的直流电，两分钟，浸在硫酸铜溶液的碳棒附着一层红色的铜。

浸在硫酸铜溶液的铜带被腐蚀。

（3）取出两个电极，用湿毛巾擦拭碳棒上的铜，或者用硝酸洗涤碳棒上的铜，备用。

3实验结论

电流具有化学效应，阳极的铜被氧化，生成铜离子；阴极周围的铜离子被还原，生成铜，在碳棒上析出。

（九）随堂小实验

其次，金属带还能做课本上许多验证性实验：

镁在氧气或者二氧化碳中燃烧；铝、锌与氢氧化钠溶液反应；锌、铁与硫酸铜溶液反应制取铜树等。

利用这些带状金属做实验，可以大大增强实验效果，减少教师麻烦。

三金属带与典型教案

金属活动顺序表及其应用

教学目的

知识目标

1认识什么是金属的活动性、金属活动顺序表，理解金属活动顺序表的意义。

2会利用金属活动顺序表判断初中化学中常见置换反应的发生条件。

能力目标

1探究金属活动性常用的三种实验方法

2根据自己的实验设计方案，会操作会观察会思考，会反思会交流会写实验报告。

情感目标

1通过“做中学、看中学、研中学”的教学模式，培养学生理论联系实际的科学作风。

2体会由“个别到一般，由一般到个别”的归纳推理和演绎推理过程。

教学重点

理解金属活动顺序表的含义和灵活运用金属活动顺序表判断置换反应的发生条件。

教学难点

14种金属活动顺序表的记忆、默写、运用。

教学方法

分组实验法。

两人一组。

教学用品

每组镁带铝带锌带铁带铜带各一根（银带供教师演示用），8支试管，试管架，稀盐酸（60℃），硝酸银溶液，热水，砂纸。

根据学生数设计实验组数，一般需要24组实验材料。

教学过程

师：

请同学们用砂纸擦掉六种金属外表，说出他们的物理性质（镁铝锌铁银是银白色，铜是红色。

都是固态，有硬度等。

学生只要是根据实物用自己的语言描述的都可以）再让学生写出它们的元素符号。

师：

铁和铜在化学性质方面有何差异？

生讨论：

铁在空气中易氧化，铜在加热条件下才氧化。

铁在氧气、水中就能生红色的锈，铜在氧气、水、二氧化碳中能生成绿色的锈。

铜不与盐酸反应，铁与盐酸反应。

铁与硫酸铜溶液反应，铜不与硫酸铜溶液反应（教师巡视，搜集具体学生的回想，给予思维加工后讲给全班学生听。

一是对学生回想的表扬，二是教育学生对某些物质性质下结论一定要根据因果关系，三是教育学生多关注生活现象。

）。

师：

铁铜虽然都是金属，化学性质有较大的差异，如铜不与盐酸反应，铁与盐酸反应。

人们根据这一事实得出：

铁的活动能力即活动性性比铜强。

其推理依据：

铁能与盐酸发生置换反应，说明铁能置换出盐酸中氢元素，铁的活动性比氢强。

铜不能与盐酸发生置换反应，铜置换不出盐酸中氢元素，说明铜的活动性比氢弱。

运用数学推理，Fe＞H＞Cu，即Fe＞Cu。

所以许多化学结论都是起源于化学实验。

学生做铁带、铜带分别与盐酸反应的实验，观察并且描述实验现象，写出实验报告（三栏式）。

教师巡视学生实验操作方法，倾听学生对实验现象描述的丰富语言，看实验报告的格式和文字内容。

并且对个别学生进行辅导。

实验步骤

实验现象

实验结论

将铁带、铜带弯成“Z”字型，分别插入两支试管的盐酸中，观察。

看清实验现象后，提起试管中的铁带、铜带，与盐酸分离，反应停止。

下同）

铁冒气泡，

铜无气泡，

结论1：

铁与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气

铜与盐酸不反应，

结论2Fe＞Cu

指导学生将插铁带的试管放在插铜带试管的左边。

板书：

一实验得出铁铜的活动顺序

师按照与盐酸反应的快慢，猜测镁带应该排在这两种金属左边、右边、还是中间位置？

生排在铁的左边（因为镁带在空气中燃烧剧烈，铁在氧气中燃烧剧烈，我想与盐酸也是如此）。

师请同学们选取镁带、盐酸验证猜想，反应现象与铁有什么不同，写出实验报告。

取一只盛60℃盐酸的试管，放一根“Z”字型镁带，观察。

看清楚后，提出试管中的镁带，使反应停止。

并且把这三支试管的位置排好。

）

冒出气泡的速度比铁快、体积比铁大。

结论：

镁能置换出盐酸中的氢元素，生成氢气和氯化镁，活动性比铁强。

排列顺序

Mg＞Fe＞Cu

将插镁带的试管放在插铁带试管的左边。

板书：

一实验得出镁铁铜的活动顺序

师按同样标准，锌排在这三种金属的什么位置？

请同学们猜一猜？

生犹豫，

师怎样用实验帮助？

生让它与盐酸接触，看一看能否反应？

看一看反应的剧烈程度。

取一只盛60℃盐酸的试管，插入一根“Z”字型锌带，观察后提出试管中的锌带，停止反应。

）

冒气泡的程度比镁慢，比铁快。

锌能置换出盐酸中的氢元素，生成氯化锌和氢气，按照反应的剧烈程度应排在镁后铁前。

Mg＞Zn＞Fe＞Cu

将插锌带的试管放在插镁带、铁带试管之间。

板书：

一实验得出镁锌铁铜的活动顺序

师铝排在这四种金属的那个位置，能猜出吗？

生不能，仍然需要用稀盐酸测定。

取一只盛60℃盐酸的试管，放一根“Z”字型铝带，观察，放在锌后铁前。

放好后不用提起铝带，等两分钟，反应剧烈。

再提出试管中铝带，停止反应。

冒气泡的程度不如锌剧烈，比铁剧烈。

等2分钟，反应又剧烈起来，比锌剧烈，比镁弱。

结论：

铝能置换盐酸中氢元素，生成氯化铝和氢气，冒出氢气的剧烈程度不如锌，快于铁，应该放在锌前镁后，试着放好。

放错了，应该放在锌前镁后（教育学生做科学要谨慎、认真）。

Mg＞Al＞Zn＞Fe＞Cu

先将插铝带的试管排在插锌带、铁带试管之间，后再调整到镁带、锌带之间。

板书：

一实验得出镁铝锌铁铜的活动顺序

师：

银的活动性如何？

摆在这五支试管的什么位置？

生：

用银带和盐酸测试，

师演示：

将一条“Z”字型银带插入盐酸试管，不反应，与铜一样，如何比较这两种金属的活动性？

稍微停一会，师讲，人们用硝酸银溶液可测定出铜与银的活动性。

师演示，将“Z”字型铜带插入热的硝酸银溶液中，静止观察，学生边看实验边描述边写实验报告。

取一只盛60℃硝酸银的试管，放一根“Z”字型铜带，静止两分钟观察。

铜带周围附着许多银

铜能置换出硝酸银中的银元素，生成硝酸铜和银，说明铜的活动性比银强，应该摆在铜后。

Mg＞Al＞Zn＞Fe＞Cu＞Ag

板书：

一实验得出镁铝锌铁铜银的活动顺序

从而确定了六种金属活动顺序。

教师再利用某组的实验仪器，将各个金属带统一插入稀盐酸中，在同一个平台上全面的回放实验现象，让学生同时观察，进一步认识六种金属活动性排列顺序的意义。

（从右到左，六种金属与盐酸或者盐溶液发生置换反应的程度越来越剧烈，活动性逐渐增强）

师：

科学家用对比的方法测定了14种常见金属的活动性，见课本（P197）金属活动顺序表

板书：

二金属活动顺序表

KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CnHgAgPtAu

教师领读三遍，学生用英语练习本的三线格抄写两遍，（找两个优秀生读一遍给学生树立学习榜样）然后要求全班学生隔日会背，隔两日会默，并且每日早上读写一遍，坚持一至两个星期，达到会背会写会用。

板书：

三金属活动顺序的意义和用途

板书1在金属活动顺序表中，从右到左金属的活动性逐渐增强，排在氢前的金属能置换出酸（无氧酸）中的氢元素，排在氢后的则不能。

师：

然而，KCaNa活动性特别强，能置换出水中的氢元素，不遵守这一置换规律。

我们用金属活动顺序表经常写MgAlZnFe与盐酸或者稀硫酸的置换反应即可（注意写化学式要自觉运用化合价）。

板书2在金属活动顺序表中，排在前面的金属能把后面的金属从它的盐溶液里置换出来，反之不行。

讨论1实验证明：

如铜与硝酸银能发生置换反应，而银不能与硝酸银反应，更不能与硝酸铜发生置换反应。

如何用金属活动顺序表解释？

师要教会学生利用金属活动顺序表：

在金属活动顺序中，因为银排在铜的后面，所以银不能置换出硝酸铜中的铜。

讨论2铜能否置换出氯化银中的银呢？

特设教学情境，让学生在受到思维挫折后，再重温金属与盐溶液发生置换反应的条件。

给出信息：

查酸碱盐溶解性表，可知氯化银不能溶于水，不能形成盐溶液。

练习一用化学方程式表示下列事实

盐酸滴在镁带上冒气泡铝条插如稀硫酸里冒气泡

铁钉放入硫酸铜溶液硝酸汞溶液与铜片

教师巡视，搜集典型错误：

如写错化学式、配平数字、生成物的箭头等，进行投影放大，让全班学生点评，先猜测出错者原因，然后让写错者自报原因，给予证实，最后讨论防止今后写错的办法。

练习二判断下列化学方程式是否正确,说明理由。

Mg+HCl=MgCl+H2↑（氯化镁的化学式错误）2Ag+CuSO4=Ag2SO4+Cu（根据金属活动顺序表，银排在铜后面，不能置换出硫酸铜中的铜）

Cu+H2SO4=H2↑+CuSO4（根据金属活动顺序,铜排在氢的后面，不能置换出硫酸中的氢元素）

2Al+3CuSO4=Al2（SO4）3+3H2↑（正确）

教师搜集学生书写正确的结论和因果关系，进行投影点评，训练学生书面表达能力。

练习三根据金属活动顺序表，请同学设计一组实验方案，比较Zn、Cu、Ag的活动顺序（写出实验内容，推出实验现象和实验结论）。

学生想不全，教师可以给出下列参考试剂：

（试剂1：

锌带、硫酸铜溶液、银带。

试剂2：

硫酸锌溶液、铜带、硝酸银等。

试剂3：

锌带、铜带、银带、盐酸、硫酸铜溶液。

）

搜集学生百花齐放的设计方案，再次挑起学生争论，学生创新，在教师的引导下，学生小结：

设计比较金属活动性实验方案设计的规律：

“一金属两溶液”、“一溶液两金属”、“其它”。

课堂总结：

1金属虽然有许多共性，但是也有个性，金属活动顺序是许多金属的个性表现。

2金属活动顺序表是判断金属与酸、盐之间能否发生置换反应重要依据，但是不唯一，需要遵循实验第一原则。

板书设计

一实验得出：

镁铝锌铁铜银的金属活动顺序。

二金属活动顺序表

KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CnHgAgPtAu

三意义和用途

1在金属活动顺序中，排在氢前面的金属能置换出酸（无氧化性酸）中的氢元素，排在后面的不能（钾钙钠除外）。

2在金属活动顺序中，排在前面的金属能把排在后面的金属从它的盐溶液中置换出来。

书面作业：

沪教版初中化学：

197页第6题，206页第6体。

教后记：

研究《金属活动性顺序及其应用》这个课题，教师创设了许多问题情境，搜集学生许多思维，让学生通过对问题的思考、猜想，实验的选择、实验的操作等活动，尝试获得金属活动顺序这一知识乐趣，以及获得这一知识所采用的理论联系实际方法。

优点1选用对比实验探究金属活动性时，实验标准基本统一，说服力强。

学生通过自己一个个猜想，一个个实验，对比测出六种金属与盐酸反应剧烈程度，得出金属活动性，感到学习化学轻松愉快有趣，这样学生付出再多的精力，他也感觉不到学习负担重。

原因是干自己想干的事，体累心不累。

优点2由于六种金属都做成了带状，能人为的控制金属与盐酸的接触、分离，实验省事省时，实验现象也比锌粒、铁钉、铜丝好。

（参加本件仪器编写的人员：

李为才赵永胜李忠元郭良超李德前姚原之王绍凯马逸群王永臻刘巨达）

2012.4