铝及其化合物教学设计

铝及其化合物教学设计（精选8篇）

铝及其化合物教学设计 篇1

化学教学论作业

铝及其化合物教学设计

2013-2014第一学期 2011级化学专业（师范）

学生姓名：邱馨仪 学生学号：11306059 指导学院：教师专业发展学院 指导教师：刘东方

铝及其化合物教学设计

一、教学对象

1、面向中学学生

2、学情分析：学生在前面的课堂学习中已经接触到了许多非金属元素，了解了无机非金属材料在生产、生活中的重要应用，但对金属元素的了解还是比较少的。本节课程可以进一步丰富学生对金属元素及其化合物知识的认识，给他们一个更为广阔的认识物质世界的空间，通过与之前所学过的知识相比较，进一步提高学生比较学习，总结和举一反三的能力，也同样为后面将要学习的元素周期表和元素周期律打下更坚实的基础。

二、教学内容

教学重点：引导学生建立认识材料的基本角度

金属铝的主要化学性质

铝的化合物的两性

教学难点：认识材料基本角度的建立

金属铝与碱溶液的反应

三、教学目标

1、知识与技能

1）通过“观察、思考”和“交流、研讨”等教学活动，了解铝的还原性 2）掌握金属铝的主要化学性质（与氧气、与强酸、与强碱溶液的反应）3）了解Al 的物理性质、明矾的净水作用

2、过程与方法

通过对易拉罐材料的相关问题分析，初步建立从化学的角度认识材料的基本 角度，通过对钠、镁、铁性质的归纳，充分认知分类方法对认识物质性质的指导作用。

3、情感态度与价值观

1）通过对于社会发展与材料的关系以及对于材料发展前景的展示，使学生体会化学在推动人类历史进步过程中起 到的重要作用 2）通过对于实物以及图片展示，使学生了解化学物质在生产生活中的广泛应用，使学生体会到化学与生活的紧密联系

四、教学过程

1、金属材料讨论的引出

【引入】前面我们学习了Na、Mg、Fe三种金属，同学们初步了解了金属性质及其与人类的密切关系，今天将继续金属话题的讨论 → 通过已学知识引入新课，使学生开始意识到金属共同点

【展示】工具的变迁是人类文明进步的标志：石器时代-青铜时代-铁器时代-电子时代 【展示】电子时代金属的一些应用：计算机散热器中的铜柱、汽车外壳铝合金、飞机发动机钛合金/生活中的铜导线、金属炊具、暖气片（观看多媒体图片）→ 从历史的角度和现代电子时代的角度，阐述金属的重要性，给予实物的图片说明金属在生活生产中的重要地位

【提问】生活中遇到的金属制品都是现成的，这些制品是怎么得到的？（思考金属材料的来源）→ 引导学生考虑金属制品“前身”是什么东西，引出对单质和化合物的性质 【过渡】实际上金属制品都是利用金属及其化合物的性质制作的适合其应用金属材料来得到的。这节课我们重点讨论铝单质的性质。【展示】易拉罐 【提问】①易拉罐是由什么材料做的？

②为什么用这种材料？（思考可能的回答：主体材料、化学性质、物理性质、容易压扁、价格低、环保„„）【讲解】通过生活经验，我们可以解决第一个问题，易拉罐的主要材料是“铝”

2、提出从金属的通性角度预测铝的性质

【讲解】通过生活经验，我们可以解决第一个问题，易拉罐的主要材料是“铝”，铝是一种重要的金属，他在生活中有重要的用途，那么他有哪些性质呢？

→学生已经初步建立了物质的分类的思维，掌握了一定归纳的方法。

【总结】金属的物理通性是？化学上呢？ 总结出钠、镁、铁都能与活泼非金属单质反应、与酸反应生成氢气。引出铝的性质。（思考讨论钠、镁、铝的性质）【视频展示】铝与氧气反应、与酸反应

【学生练习】由现象写出方程式（学生可以总结出：金属铝能与氧气等非金属单质反应，与酸反应的性质）→ 通过教师“期望”关注的角度，梳理出本堂课讨论主要问题

【投影】展示铝的一些制品，思考，铝为什么不易生锈？可以用来做这些用途？ 【讲解】铝在空气中可以被空气中的氧气氧化形成一层致密的氧化膜，阻止了铝的进一步反应，起保护作用（思考： 学生给予初中经验能够答出氧化膜的保护作用）→ 通过演示实验，使学生确实感受到铝表面氧化膜的存在，掌握金属铝与氧气的反应、与酸的反应

3、通过实验和录像分析铝的不同之处，引出铝的两性

【讲解】铝有没有与上述三种金属不同的地方呢？下面我们看一个实验。（观察实验）

【视频展示实验】课本本节实验2，观察过程中分析镁条、氯化钾作用。→通过实验，让学生认识到铝热反应。

【讲解】由于铝较活泼同时该反应放出大量热，因此可以用于焊接铁轨，该反应类型叫铝热反应，铝粉与氧化铁粉的混合物叫铝热剂。（学生能根据现象写出方程式）→ 通过实验让学生掌握铝与碱溶液的反应，知道铝的两性。

【讲解】铝也能与其他一些金属氧化物发生类似反应，也属于铝热反应，他们的混合物也叫铝热剂。（学生练习：铝与Fe3O4、MnO2的反应）【视频】铝与碱的反应 分析产物，总结方程式（学生总结方程式）总结：总结出铝与酸、碱溶液的反应，显示了铝的两性。

素材：铝制品不易用来盛装醋、酸梅汤或碱性的液体，为什么？（思考并回答，对铝的性质有更深刻的理解）

【生活小提示】科学家经过研究发现，老年性痴呆症与铝的摄入量有密切关系。铝同时对人体的脑、心、肝、肾功能都有损害。因此，世界卫生组织于1989年正式将铝定为食品污染物而加以控制。提出成年人每天允许铝摄入量不超过60 mg。如经常吃油条、油饼、面窝等油炸食品，喝铝制易拉罐罐装饮料，或是经常食用铝制炊具做成的饭菜，都会使人的铝的摄入量增加，从而影响脑细胞功能，导致记忆力下降，思维能力迟钝，并有患老年性痴呆症的危险。

五、教学评价

本节课从实验对比和理论分析入手，总结出了碱金属元素性质的相似性及递变规律。教师在讲述本节课的同时，要特别注意启发，引导学生从物质的结构入手来分析物质的性质并逐渐使学生学会比较的学习方法，以此来培养学生分析问题、解决问题的能力，为以后学习元素周期律知识打下良好的基础。

铝及其化合物教学设计 篇2

当前高三化学复习都是类似满堂灌的教学，复习模式几乎是“知识梳理—例题剖析—课后作业”三步走模式，教师讲，学生听，日复一日，造成如今较为普遍的教师、学生、教学的“惯性”疲惫：学生很认真的学了，教师也很努力的教了，但是学生的复习效率就是提不高。这是由于教师的“二传手”无法到位，学生头脑中无法形成一条清晰的知识链，不能将知识充分内化为能力，从而导致复习效率低。基于这种现象，笔者对《铝及其重要化合物》这模块的复习以翻转课堂的模式进行教学。

翻转课堂的特点之一就是在最大化地开展课前预习的基础上，不断延长课堂学习时间、提高学习效率，关键在于如何通过课堂活动设计完成知识内化的最大化。因此，在设计本课教学活动时，充分利用情境、协作、会话等要素充分发挥学生的主体性，完成对《铝及其重要化合物》本课题所需掌握的知识的内化及迁移。

（一）翻转课堂教学模式流程图

（二）教学过程简易图示

二、教学目标

（一）知识与技能

1．要求了解金属铝及其重要化合物的主要性质及应用。

2．要求掌握Al2O3和Al(OH)3的两性及Al 3+、AlO2-和Al(OH)3的互相转化关系。

（二）过程与方法

通过观看微课视频和QQ群互动学习，引导学生设计Al→Al(OH)3→Al2O3转化的不同实验，让学生在已有的知识上完成转化任务，促使学生在完成转化任务的过程中自主构建知识体系与发展。

（三）情感态度与价值观

通过翻转课堂复习教学，提高学生自学以及获取有效信息的能力；激发学生学习化学的兴趣，培养团队协作精神。同时养成从化学视角观察生活的习惯，体会化学对社会生活的重要影响。

三、教学重难点

重点：Al的化合物的化学性质、氢氧化铝的制备、Al2O3和Al(OH)3的两性及Al 3+、AlO2-和Al(OH)3的互相转化关系。

难点：铝的重要化合物之间的相互转化。

四、教学方法

实验探究法、小组讨论法、归纳总结法。

五、教学过程

教学环节1课前学习

【教师活动】课前布置学生观看视频，做课前测试。

【学生活动】课前观看视频，做针对性练习。

教学环节2梳理微课

【教师】同学们，课前我们布置了回去观看教学视频，做针对性在线作业的任务。现在就请每一个同学仔细想想，自己收获了什么？产生了什么疑问？

【学生】回忆前思考。

【教师】通过学生的回答来梳理本堂课需要掌握的知识。

【板书】略。

【设计意图】学生就自己在课前知识建构过程中产生的疑问向老师请教，接受老师的启发和个性化指导。由于学生在提问中带有很强的目的性，“我要学”的心理观念很强烈，因此效率很高。

教学环节3探究设计实验方案

【过渡】同学们都很认真地学习，掌握得很好。那有没有同学留意到视频中留下了一个实验探究？（确立探究目标）

【学生】设计多个方案帮助铝完成从Al(OH)3到Al2O3的转化。

【教师】现在同学们按我之前分配好的组别坐好，接着我会给出铝粉、稀盐酸、NaOH溶液为原料，请用可行的方案制备Al(OH)3进而制备Al2O3，结束之后每组派代表汇报总结，成绩好的组别最后有奖励，差的则要惩罚。

【学生】开始设计，以下是学生给出的5种实验方案。

【学生】每个小组推选一名代表汇报自己组内的收获，汇报后，其他组的学生对此进行评价，对于不明确的地方，由讲解的同学或同组内的其他成员做出解释。

【教师】对学生不明确的问题，进行补充说明，并对各个小组的合作学习做综合评价。

【设计意图】（1）设计探究性实验，激发学生的探究兴趣，训练学生的发散思维。

(2）“尊重学生的独立性”贯穿于整个课堂设计，让学生在独立学习中构建自己的知识体系。小组讨论中相互检查自己与队员们想法的正确性，集思广益，让学生自己去发现、去总结，培养学生分析问题的能力，并在思想的碰撞中培养学生合作思考的能力。

(3）通过实验探究，培养学生的探究能力和创新思维。

教学环节4构建“反应图”

【教师】同学们，我们进一步结合课前梳理以及评价反思实验探究的结果，从类别、价态、特性三个角度归纳Al、Al2O3和Al(OH)3、Al 3+、AlO2-等物质或离子的化学性质，并进一步画出互相转化的反应图。（让学生小组合作，最后得分如何要看各小组的完成情况）

【学生】认真思考讨论，分工合作，积极参与。

【设计意图】让学生通过自主学习、合作学习，全面掌握铝及其重要化合物的主要性质，通过构建反应图可以比较全面地掌握铝及其化合物的主要化学性质，还可以将它们的性质连接起来串成一条线、连成一个面，有利于学生自主构建铝及其化合物互相转化的反应图，更有利于学生发展分类观。

教学环节5微观视角看问题

【教师】通过构造反应图，相信大家对铝及其化合物有一个很清晰的知识网络了，但是看问题要从多个角度出发，接下来让我们从微观角度分析、理解Al(OH)3、Al 3+和AlO2-的化学性质。

【学生】认真思考讨论，分工合作，积极参与。

【设计意图】Al(OH)3是两性氢氧化物，属于弱电解质，在水溶液中存在着酸、碱两式电离平衡；而铝盐和偏铝酸盐，在水溶液中都存在着水解平衡。从微观角度分析并理解Al(OH)3、Al 3+和AlO2-的化学性质，既有利于学生运用学过的水溶液中的离子平衡理论从微观的角度深化理解元素化合物知识，又能帮助学生以元素化合物知识为载体加深对概念原理的理解，使概念原理更具有活性和功能性。

教学环节6随堂练习

【PPT展示】一道关于铝的化工流程高考真题。

【教师】同学们认真观看屏幕上的真题，待会以小组个人为单位进行抢答，最后是奖励还是受惩罚就看你们小组的知识掌握程度……

【学生】认真读题思考，抢答积极，气氛活跃愉快。

【教师】总结评讲。

【设计意图】以练习巩固新知识，突破学生惯有的“高考真题难，不敢做”的心理防线。

教学环节7课堂总结（15min)

【教师】这节课你们学到了什么？

【学生】抢答环节过后，余味未尽，纷纷积极抢答，且知识点总结得很全面。

【教师】同学们总结得很好，接下来由我来总结这节课各个小组的综合成绩，最好的那一组奖励老师亲手整理总结好的金属及其化合物高考的各个考点；最差那组惩罚完成我准备的关于铝及其化合物的课外练习。有奖有惩，每个同学都有机会，想要奖励的同学记得课下努力武装自己，下节课我们再切磋。

【设计意图】回顾学习内容，加深记忆；方便学生整理本课题需要掌握的内容。

教学环节8布置课后作业即课后学习

【教师】同学们，课后以本课《铝及其重要化合物》为蓝本，完成“以铁粉为原料，用尽可能多的方法制备铁红”的任务。

【设计意图】让学生们学以致用，提高复习效率，提高自学能力。

六、板书设计

七、教学反思

1．微课设计引用“先行者理念”，将微课视频以及课堂的活动先发给学生观看思考，课堂执行活动探究，整个教学过程贯彻学生个性化学习指导。

2．复习课大胆采用翻转课堂模式，为高三复习带去不一样的面貌；采用小组竞争，游戏学习，寓教于乐，让学生在枯燥的备考中体会到学习的乐趣，达到轻松复习的目的。

铝及其化合物教法分析 篇3

摘要： 铝及其化合物的化学性在高考中所占比例很高，学生却不容易掌握，针对这种情况，文章分析不同版本的学法，旨在通过对比，得出最适合学生的方法关键词： 铝及其化合物酸

碱在高考要求中，以氧化铝和氢氧化铝为代表物质，明确要求掌握两性氧化物和氢氧化物的概念和化学性质，通过对氧化铝、氢氧化铝两性的学习，逐步掌握从物质类别和特性两个方面学习元素化合物知识的一般方法，同样通过氢氧化铝的制备和性质实验，体会对比实验、控制变量等科学方法。激发学习化学的兴趣，培养合作学习意识，逐步体会严谨的态度和科学的方法在化学学习中的重要性，从而提高学生的科学素养。在中学阶段，我们可以看到，对于铝及其化合物性质知识点有不同的版本，主要是AlO■■与[Al（OH）■]■的写法差别。对于这两种写法有各自的亮点，在教学中采取亮点让学生更有效地学习与掌握，以下就铝及其化合物的性质教学进行对比。首先，在对铝及其化合物（主要是氧化铝、氢氧化铝）的性质教学中，主要是学习与酸、碱的反应。苏教版鲁科版通过表格对比，可以直观地让学生感受到产物的异同点，有利于学生对此知识的识记，但此方法要求低，不需要反应的本质，比较适合低年级学生。苏教版中与碱反应产物为AlO，而鲁科版则为[Al（OH），实际上，AlO■■在水溶液中都是以[Al（OH）■]■的形式存在，以前只不过是为了方便，把它简写成AlO■■。但它的实际组成还是[Al（OH），为什么叫偏铝酸呢？在无机化学中是这样规定的，含氧酸根的化合价与其中氧原子数相同的酸，称为原酸，命名为原某酸。比如：HSiO■，原酸或正酸脱掉一分子水后称为偏某酸，如H■SiO■称为偏硅酸（习惯上把偏硅酸直接称作硅酸），HPO■称为偏磷酸。“铝酸”应该就是指氢氧化铝，Al（OH），因为它的碱性略强于酸性，所以一般不写做H■AlO■，铝酸中的铝+3价，与氧原子数目相等，相当于“原铝酸”，它脱掉一分子水后，就称为“偏铝酸”，HAlO■。接下来，铝与碱反应，苏教版与鲁科版对比，主要在分析氧化还原原理时，体现各自特点，此方程写法相对简洁，但分析氧化还原原理时易错，应两边同时再加上4H■O。而鲁科版则可以直接看出氧化剂与还原剂。氧化铝与碱反应时对于苏教版，我们可以这样解释，与碱反应体现酸性氧化物性质，生成盐和水，氧化铝对应为偏铝酸（HAlO■），类似二氧化碳对应为碳酸。因此，Al■O■中有两个铝原子应对应两个HAlO■，写方程就容易得多。Al■O■[等同于2HAlO■—H■O]+2OH■=2AlO■■+H■O而氢氧化铝与碱反应可以先向学生传授这个知识：H■+AlO■■+H■O？葑Al（OH）■？葑Al■+3OH■1个Al（OH）■对应1个HAlO■，需要1个氢氧化钠来中和，方程式也很容易写。Al（OH）■[等同于HAlO■+H■O]+OH■=AlO■■+2H■O鲁科版中氧化铝与碱反应相较苏教版不好写，但是氢氧化铝与碱反应的方程式比较好写，直接把OH■加合上就行了。在偏铝酸盐或四羟基合铝酸盐与酸反应时，可体现出鲁科版的亮点：此外，还有发生双水解的反应对比：从以上几组对比中可以看到，方程式怎么写有其各自的特点，有些同学可能对某种更容易掌握，而且地区不同，所用教材不同，教师教学方法有所不同，但都说明铝及其化合物性质的特殊性与重要性。因此教学中可以采取不同方法以帮助学生更好地掌握与理解，在全国考试大纲越来越接近的同时，教学水平和方法不断地向同一个方向更好地发展与进。参考文献：[1]北京师范大学无机化学教研室等编.无机化学.高等教育出版社.

铝及其化合物教学设计 篇4

(时间：50分钟 分值：100分)

一、单项选择题(本大题共6小题，每小题4分，共24分)

1．下列操作所得物质为纯净物的是()

A．将一块带有氧化膜的铝片与过量的浓NaOH溶液完全反应后，取澄清溶液将其蒸干，得纯净的NaAlO2固体

B．向NaAlO2溶液中加入过量的AlCl3溶液，将所得沉淀过滤洗涤，加热灼烧去掉水分，可得纯净的Al(OH)3固体

C．把铝块与适量的稀盐酸完全反应，将所得溶液蒸干，可得AlCl3固体

D．把AlCl3溶液与足量氨水反应，将沉淀过滤、洗涤、灼烧去掉水分可得Al2O3固体

【解析】 A项，混有NaOH固体；B项，灼烧得到的是Al2O3；C项，得到的是Al(OH)3和Al2O3。

【答案】 D

2．(2013届济宁市高三上学期期末考试)某氧化物X难溶于水，能与烧碱反应，生成易溶于水的化合物Y，将少量Y溶液滴入盐酸中无沉淀生成，则X是

A．SiO

2C．MgOB．Al2O3 D．CuO()

【解析】 C项MgO不能溶于烧碱，不正确；少量Y滴入盐酸不能形成沉淀，Al2O3符合题意，A项不正确；B项正确；D项CuO不能溶于烧碱，不正确。

【答案】 B

3．下列说法中不正确的是()

A．铝是地壳里含量最多的金属元素

B．在常温下，铝不能与氧气反应

C．Cl－、H＋、Na＋均能与Al3＋共存

D．使AlCl3溶液中Al3＋全部沉淀出来的最佳试剂是氨水，而不是NaOH溶液

【解析】 常温下，铝与O2形成致密氧化膜，属于化学反应。

【答案】 B

4．下列离子方程式书写正确的是()

＋A．氯化铝溶液中滴入过量浓氨水：Al3＋＋4NH3·H2O===AlO－2＋4NH4＋2H2O

B．铝和氢氧化钠溶液反应：Al＋2OH－===AlO－2＋H2↑

C．Al2O3溶于强碱：Al2O3＋OH－===2AlO－2＋H2O

－2＋D．向NH4Al(SO4)2溶液中滴入Ba(OH)2溶液恰好使SO24完全沉淀：2Ba

－3＋2－＋NH＋H2O＋2BaSO4↓ 4＋Al＋2SO4＋4OH===Al(OH)3↓＋NH3·

【解析】 A项，不能生成AlO2；B项，原理错误且电荷不守恒；C项，没有配平。

【答案】 D

5．(2013届中山市高三质检)在可以溶解氧化铝的溶液中，一定能大量共存的离子组是

＋2－2－A．NH＋

4、Na、S、SO

3－2－B．K＋、AlO－

2、I、SO

4－C．Ca2＋、Fe2＋、NO－

3、Br －()

2－D．Na＋、K＋、Cl－、SO

4【解析】 可以溶解氧化铝的溶液可能呈强碱性或强酸性。A项强碱性NH＋4

－－不能存在，强酸性条件下S2－与SO23不能共存；B项强酸性条件下AlO2不能大

2＋2＋量存在；C项强酸性条件下Fe2＋与NO－3不能共存，强碱性条件下Ca、Fe不

能存在。

【答案】 D

6．(2013届汕头市高三第一次模拟)有一块镁铝合金，其中镁与铝的质量比是8∶9。加入足量稀H2SO4使其完全溶解后，再加入NaOH溶液，生成沉淀的质量随NaOH溶液体积变化的曲线如下图，其中正确的是（）

【解析】 镁与铝的质量比是8∶9，则物质的量之比是1∶1，NaOH溶液至过量后Al(OH)3完全溶解，只有Mg(OH)2，B错；等物质的量的Mg(OH)2与

Al(OH)3的质量之比是58∶78，即剩余的Mg(OH)2的质量小于沉淀最大质量的1/2，排除C、D，选A。

【答案】 A

二、双项选择题(本大题共2小题，每小题6分，共12分)

7．某化学小组为测定一定质量的某铜铝混合物中铜的质量分数，设计了如下实验方案：

足量溶液A

方案Ⅰ：铜铝混合物―――――→测定生成气体的体积

充分反应

足量溶液B

方案Ⅱ：铜铝混合物―――――→测定剩余固体的质量

充分反应

下列有关判断不正确的是()

A．溶液A和B均可以是盐酸或NaOH溶液

B．若溶液B选用浓硝酸，则测得铜的质量分数偏大

C．溶液A和B均可选用稀硝酸

D．实验室中方案Ⅱ更便于实施

【解析】 金属Al和Cu的活泼性不同，且Al既可以和强酸HCl反应又可以同强碱NaOH反应，Cu与二者都不反应，A项正确；测量固体的质量比测量气体的体积容易，D项正确；Al和Cu都与稀硝酸反应，C项错误。

【答案】 BC

8．下列说法正确的是()

A．向氯化铝溶液中加入氨水，反应的离子方程式为：

Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓

－＋B．在Na2CO3溶液中：Al3＋、AlO－

2、OH、Na能大量共存

C．可以用互滴法鉴别NaOH溶液与AlCl3溶液

D．除去SiO2中少量的Al2O3，加入过量盐酸并过滤

2－【解析】 A项，NH3·H2O为弱碱，不能拆开；B项，Al3＋与AlO－

2、CO3、OH－不能共存。

【答案】 CD

三、非选择题(本大题共4小题，共64分)

9．(10分)(2010·山东高考节选)对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。

以下为铝材表面处理的一种方法：

碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，其原因是_____________

(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的________。

a．NH3b．CO2c．NaOHd．HNO

3【解析】 碱洗时可能Al与碱液反应放出H2和生成AlO－想回收AlO－2，2最好用CO2去沉淀。

【答案】 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－2＋3H2↑ b

－10．(18分)(2013届南昌市高三年级调研)某溶液中可能含有OH－，CO23，＋＋2－2－3＋2＋3＋AlO－2，SiO3，SO4，K，Na，Fe，Mg，Al等离子，当向溶液中逐滴加

入一定物质的量的盐酸时，生成沉淀物质的量与加入盐酸体积的关系如图所示：

－2－回答下列问题：(已知：AlO－2＋HCO3＋H2O===Al(OH)3↓＋CO3)

(1)原混合溶液中一定含有的离子是：_____________________；

(2)AB段反应的离子方程式是：________________________；

(3)发生AB段反应的离子与发生BC段反应的物质两者物质的量之比为：________。

【解析】 由图可知，开始无沉淀，说明含OH－，AB段无沉淀变化，说明－＋含CO2发生的反应依次为：H＋＋OH－===H2O，AlO－3。2＋H＋H2O===Al(OH)3↓，－＋＋－－＋2－SiO23＋2H===H2SiO3↓，CO3＋H===HCO3，HCO3＋H===CO2↑＋H2O，Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。

－－2－【答案】(1)OH－、CO23、AlO2、SiO

3－－＋－(2)H＋＋CO23===HCO3、H＋HCO3===CO2↑＋H2O

－(3)n(CO23)∶n[Al(OH)3]＝3∶

411．(18分)由短周期元素组成的单质A、B、C和甲、乙、丙、丁、戊五种化合物有如图所示的转换关系，甲是工业上制取A的主要原料。请回答：

(1)写出下列物质的化学式：

A________，乙________。

(2)写出甲物质在工业上的任意两种主要用途____________________。

(3)写出下列变化的方程式：

①A与NaOH溶液反应的离子方程式：_________________；

②乙与过量CO2反应的离子方程式：______________；

③戊溶液与乙溶液混合的离子方程式：__________________。

【解析】 由题意可知：A为Al，B为O2，C为H2，甲为Al2O3，乙为NaAlO2，丙为H2O，丁为Al(OH)3，戊为AlCl3。

【答案】(1)Al NaAlO2(2)作耐高温材料；制取铝单质

(3)①2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－2＋3H2↑

－②AlO－2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO

3③Al3＋＋3AlO－2＋6H2O===4Al(OH)3↓

12．(18分)(2013届肇庆市高三二模)铝是一种重要的金属，在生产、生活中具有许多重要的用途，下图是从铝土矿中制备铝的工艺流程：

已知：①铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质； ②溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠反应，能生成硅铝酸盐沉淀，化学反应方程式为2Na2SiO3＋2NaAlO2＋2H2O===Na2Al2Si2O8↓＋4NaOH

回答下列问题：

(1)写出向铝土矿中加入足量氢氧化钠溶液操作中发生反应的离子方程式：______________；____________________。

(2)滤渣A的主要成分为______；滤渣A的用途是______(只写一种)；实验室过滤时使用玻璃棒，其作用是______。

(3)在工艺流程第三步中，选用二氧化碳作酸化剂的原因是________。

(4)若将铝溶解，下列试剂中最好选用________(填编号)。理由是_______。

A．浓硫酸B．稀硫酸C．稀硝酸

【答案】(1)Al2O3＋2OH－===2AlO－2＋H2O

SiO2＋2OH===SiO23＋H2O －－

(2)Fe2O3、Na2Al2Si2O8 作炼铁的原料(或作生产硅酸盐产品的原料)引流

(3)经过足量氢氧化钠溶液的溶解，大部分铝元素均以NaAlO2的形式存在于滤液中，通入过量二氧化碳可以将NaAlO2完全转化为Al(OH)3

铝及其化合物教学设计 篇5

一、设置合理的教学目标

必修一有关元素化合物部分的内容标准有两个方面，一是根据生产、生活中的应用实例或通过实验探究，了解钠、铝、铁、铜等金属及其重要化合物的主要性质，能列举合金材料的重要应用。二是通过实验了解氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。由此可见，必修1元素化合物部分学生的学习目标主要是一些认知性学习目标，且层次相对较低，主要是了解和认识一些基本的或典型的化学事实，如物质的物理或化学性质、物质的用途及物质与生活、社会的联系等，并不追求知识的系统性和连贯性，而是注重知识的实用性、有效性。基于此，教师不应盲目拔高教学目标，更不应“穿新鞋，走老路”，在新课程背景下以化学学科为中心来组织教学，按原来的课程应从学校和学生的实际出发，设置合理、清晰且操作性较强的教学目标。下表是笔者所设置的部分章节教学目标：

表1 必修1元素化合物部分章节的教学目标

第三章金属的化学性质：

①学生能说出金属钠、铝等金属的典型物理性质，如硬度和密度等；②学生能说出金属钠、铝、镁、铁等金属与氧气在不同条件下反应时的实验现象以及能写出相应的化学反应方程式；③学生能在实验的基础上描述金属钠、镁、铁粉与水反应时的现象以及写出有关化学方程式，并在此基础上通过比较与综合形成有关金属与水反应的规律； ④学生能在实验基础上写出铝与强碱溶液反应时的化学方程式（离子反应方程式）； ⑤学生基本掌握将物质的量用于化学方程式的计算。

几种重要的金属化合物：

①学生能从不同的角度对常见金属氧化物进行分类；并知道Al2O3是一种两性氧化物，能写出Al2O3与强酸、强碱溶液反应的化学方程式；

②学生能在小组实验后说出Fe(OH)

3、Fe(OH)

2、Al(OH)3等氢氧化物的典型物理性质，并能用化学方程式表示这些物质的常用制备过程和典型化学性质；③学生能在小组探究实验后说出Na2CO3、NaHCO3的主要物理性质如水溶解性、色态等，能用化学方程式表示它们与盐酸反应的过程，能说出它们性质的异同；

④学生能在实验后用化学方程式表示三价铁的氧化性和二价铁的还原性以及能说出这两种离子的检验方法；⑤学生能说出一些常见离子的焰色，并能鉴别一些常见离子。

第四章富集在海水中的元素――氯：

①学生能说出氯气的水溶性、密度和颜色等主要物理性质；

②学生能写出氯气与H2、Cu、Fe、H2O、NaOH等物质反应的化学方程式；能写出次氯酸见光或受热分解的化学方程式；能用化学方程式描述漂白粉变质的原因；

③学生知道氯气有毒，但也能结合氯气的有关性质以及次氯酸的性质提出一些实用的预防氯气中毒的方法；

④能设计实验方案来探究新制氯水中粒子的种类；

⑤进一步认识非金属元素单质和化合物性质学习的一般思路。

硫和氮的氧化：

①学生能说出SO2、NO2、NO的主要物理性质如水溶性和色态等

②学生能用化学方程式表示SO2的主要化学性质，如与H2O、NaOH、O2等物质的反应；并能从化合价升降的角度解释SO2的氧化性和还原性；

③学生能用化学方程式描述NO2与H2O、NO与O2反应的过程，并在此基础上认识酸雨的来源；

④学生能说出酸雨的来源以及危害和预防措施

由于这些明确且操作性较强的教学目标的设置，一方面使得学生能较快地明确学习目标，减少学习的盲目性，同时也能及时、有效进行自我评价，另一方面也便于教师评价学生的学习效果，从而适时调整教学过程或策略。

二、学生初三原有知识出发，重视新知识的形成与获得机制

依据认知教学心理学的知识观，高中化学新课程必修1的元素化合物知识主要是一些陈述性知识或下位概念，即一些基本、常见或典型的化学事实性知识，教学反思《元素及其化合物教学设计反思》。这类知识不同于化学实验技能，也不同一般的化学问题解决方法，它有它自身的形成机制与贮存形成，它在人脑中主要是以命题、图式（实验场景）等形式贮存，但的形成依赖于学生头脑中原有的知识。通过初三和高一前段时间化学学科的学习，学生已经了解或认识了氧化还原反应、离子反应、物质分类、金属活动性、原子结构、酸碱盐反应规律等理论知识，也接触了一些生活中常见的物质，如氧气、碳元素的单质与常见含碳化合物如CO、CO2、CH4、CaCO3等、铁和铜等金属单质的性质以及酸碱盐的反应规律等。可见，学生头脑中已经贮存有了一定的化学概念或理论性知识、元素化合物事实性知识和化学学习的策略性知识等，具备了化学学科持续学习的能力和基础。因此，高中阶段的元素化合物部分的学习大体上就是一种下位概念的学习，即充实、拓展原有的知识结构，更新或丰富原有层次相对较低的观念、理论的内涵。这样，寻找新旧知识的同化点，搭设新旧知识之间的“梯子”，是实施元素化合物知识有效教学的关键。下表是我们在部分章节的教学中设置的“梯子”。

部分教学中设置的“梯子”：

第三章金属的化学性质①Na、Mg、Al等金属的物理性质

②Na、Mg、Al与O2、H2O等物质的反应

③Al与NaOH溶液的反应Al在纯氧中的燃烧、几种常见的合金；

Mg、Al、Fe等活泼性金属与稀盐酸、稀硫酸的反应金属活动性规律

氧化还原反应的规律：

①氧原子的结构与氧气的化学性质

②氧化还原反应

③强酸与弱酸盐反应的规律

④质量守恒定律氧原子与氯原子的结构的相似；质量守恒定律和氧化还原反

几种重要的金属化合物：

①金属氧化物的分类

②Fe(OH)

3、Fe(OH)

2、Al(OH)3的化学性质及制备方法

①生石灰与水的反应②NaOH、Ca(OH)2等常见碱的性质

③难溶性碱的性质碱的通性氧化还原反应

第四章富集在海水中的元素――氯：

①氯气的主要物理性质；

②氯气的主要化学性质

③次氯酸的主要性质

④漂白粉、漂粉精的有效成分

硫和氮的氧化物：

①SO2、NO2、NO的主要化学性质

②SO2、NO2、NO等氧化物与环境的关系①CO2的组成与性质②大气污染的有关常识③非金属氧化物与碱溶液反应的规律CO2的组成与性质；氧化还原反应规律从上可以看出，设置的“梯子”可以是比较性的物质，它与将要学习的物质在组成上是相似的，且学生又是比较熟悉的。如在进行SO2的教学中，就可以将CO2作为SO2学习的“梯子”，具体设置过程如下：教师首先引导学生对SO2的组成进行分析，得出SO2是一种非金属氧化物，然后要求学生从头脑中搜索出符合这一特征的物质，即SO2的“原型”，学生很自然会想到CO2，此时，教师可以顺水推舟罗列出有关CO2的主要信息，接着，教师引导学生大胆推断或猜想SO2可能的化学性质，同时也引导学生辩证地思考问题，毕竟两者之间还是有差异的，这种差异必然会导致它们化学性质的某些不同，最后，指导学生自主从实验活动中找到答案。当然，“梯子”也可能是某一内涵丰富的理论知识或抽象的观念，它与新学习的物质之间有一种类属关系。如在进行金属的化学性质的教学时，就可以将金属活动性顺序表作为金属学习的“梯子”。具体设置过程如下：教师首先提出金属活动性顺序表，阐述有关的知识要点，同时罗列出已学过有关金属如铝、铁等的化学性质，接着，提出问题，金属活动性比铁强的金属钠能否与氧气反应呢？反应的现象是否会更剧烈呢？生成会是不类似铁、铝与氧气反应生成的物质呢？……然后，指导学生开展实验，最后学生形成得出结论，获得金属钠与氧气反应的化学事实。

总之，基于原有的化学知识，设置促进新知识形成的“梯子”，这一策略能使学生在新知识学习过程中产生一种似曾相识的亲切感，一种认知的矛盾，使学生体验到化学学习并不困难，并不神秘。

三、重视学生化学学习动机的培养和激发

教师的教学是否有效，受多种因素影响，但其中有一个关键因素，就是学生的学习动机，也就是学习是否愿意学习的问题。因为学习动机虽然不会影响知识的形成与获得过程，但它能提高学生的努力、专注程度以及改善学习的准备状况，换而言之，学习动机就好像是学习的“催化剂”，不改变学习的结果，但能提高学习的效率。那么，如何在元素化合物教学中培养和激发学生学习化学的兴趣呢？

1．紧密联系社会与生活

教学的目标是为了尽可能地促进知识的迁移。教师若能从化学的角度引导学生分析和关注当前社会的热点问题、身边常见物质的组成和功能，进而使学生在关注民生的同时，能感受到学习化学的意义、拓展学科视野，优化思维品质，培养学习热情，提升生活品质，最终促进知识的有效迁移。如在进行氯气的教学时，就可以联系起二次世界中的化学武器、氯气泄漏事件、以及家居生活中能用来吸收氯气的物质（绿茶、苏打片、尿液等），在进行SO2的教学时，就可以联系起“酸雨”、“劣质雪耳”、“劣质湘莲”、“劣质霸王花”等物质，在进行SiO2的教学时就可以联系起光纤、石英、蓝宝石、红宝石等物质，总之，结合身边的现象、物质或事实，让学生感到熟悉，感到亲切，最终达成“从社会走向化学，从化学走向社会”的目标。

2.精心创设问题情景

良好的问题情景能引起学生的矛盾、疑惑、惊讶或好奇，产生学习的愿望或意向。化学问题情景可以是某一似是而非、一知半解或不确定的化学问题，也可以是某一新奇而又变幻的实验现象，还可以是一组相似的实验活动。以下是我们在不同章节中所设置的一些化学问题情景。

第三章金属的化学性质：

①铁能与氧气反应，但还有一定的条件，可能是在纯氧中，或者是在潮湿空气中。钠的金属活动性比铁，因此钠与氧气反应时，条件应该更容易，现象应该更剧烈，是否真是这样呢？ ②指导学生观察金属钠与水的现象后，启发学生思考：为什么金属钠会浮在水面上？为什么会发出嘶嘶的响声？为什么金属钠会熔化成一个光亮的金属小球？……

几种重要的金属化合物：

①往AlCl3溶液中逐滴滴入NaOH溶液，直至过量；往NaOH溶液中逐滴滴入AlCl3溶液；往AlCl3溶液中逐滴滴入浓氨水，直至过量；往浓氨水中逐滴滴入AlCl3溶液，直至过量；

②往一定的NaOH溶液中逐滴滴入FeCl3溶液；将一吸有FeCl3溶液的长胶头滴管伸入NaOH溶液液面下

第四章富集在海水中的元素――氯：

①Cl2如果能与H2O反应，根据质量守恒定律，可能会产生哪些新的粒子呢？你能设计实验方案一一证明这些粒子的存在吗？

铝及其化合物教学设计 篇6

谢劲松（北京市第五十中学，中学高级）

一、该主题学科知识的深层次理解

1．该主题知识结构

本主题知识包括碳单质(金刚石、石墨 C60)碳的氧化物(CO、CO2)碳酸盐（CaCO3）的性质及用途。

2．该主题知识在整个中学课程体系中的地位和作用

本主题知识在整个中学课程体系中的地位和作用。

本主题知识打通了初三碳及其化合物、高一化学常见碳酸盐、高二有机化学的学习，利于学生掌握生产、生活中常见含碳元素物质性质、用途的学习。

3．本主题知识拓展

3.1 碳循环——地球上的几个碳库

地球上最大的两个碳库是 岩石圈 和化石燃料，含碳量约占地球上碳总量的 99.9%。这两个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。地球上还有三个碳库——大气圈库、水圈库和生物库。这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换，容量小而活跃，实际上起着交换库的作用。碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在, 总量为 2.7 × 1016 吨；在大气圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在，总量有 2 × 1012 吨；在水圈中以多种形式存在；在生物库中，则存在着几百种被生物合成的有机物。这些物质的存在形式受到各种因素的调节。在大气中，二氧化碳 是含碳的主要气体，也是碳参与物质循环的主要形式。在生 物库中，森林是碳的主要吸收者, 它固定的碳相当于其他植被类型的两倍。森林又是生物库中碳的主要贮存者, 贮存量大约为 4.82 × 1011 吨，相当于目前大气含碳量的 2/3。

3.2 碳的地球化学循环

碳的地球化学循环控制了碳在地表或近地表的沉积物和大气、生物圈及海洋之间的迁移, 而且是对大气二氧化碳和海洋二氧化碳的最主要的控制。沉积物含有两种形式的碳：干酪根和碳酸盐。在风化过程中，干酪根与氧反应产生二氧化碳，而碳酸盐的风化作用却很复杂。含在白云石和方解石矿物中的碳酸镁和碳酸钙受到地下水的侵蚀，产生出可溶解于水的钙离子、镁离子和重碳酸根离子。它们由地下水最终带入海洋。在海洋中，浮游生物和珊瑚之类的海生生物摄取钙离子和重碳酸根离子来构成碳酸钙的骨骼和贝壳。这些生物死了之后，碳酸钙就沉积在海底而最终被埋藏起来。二氧化碳可由大气进入海水，也可由海水进入大气。这种交换发生在气和水的界面处，由于风和波浪的作用而加强。这两个方向流动的二氧化碳量大致相等，伴随着大气中二氧化碳量的增多或减少，海洋吸收的二氧化碳量也随之增多或减少。

3.3 碳的生物循环

在碳的生物循环中, 大气中的二氧化碳被植物吸收后, 通过光合作用转变成有机物质，然后通过生物呼吸作用和细菌分解作用又从有机物质转换为二氧化碳而进入大气。碳的生物循环包括了碳在动、植物及环境之间的迁移。绿色植物从空气中获得二氧化碳，经过光合作用转化为葡萄糖，再综合成为植物体的碳化合物，经过食物链的传递，成为动物体的碳化合物。植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气，另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。动、植物死后, 残体中的碳, 通过微生物的分解作用也成为二氧化碳而最终排入大气。大气中的二氧化碳这样循环一次约需 20 年。一部分（约千分之一）动、植物残体在被分解之前即被沉积物所掩埋而成为有机沉积物。这些 2 沉积物经过悠长的年代，在热能和压力作用下转变成矿物燃料——煤、石油和天然气等。当它们在风化过程中或作为燃料燃烧时，其中的碳氧化成为二氧化碳排入大气。如今，人类消耗大量矿物燃料对碳循环产生了重大影响。一方面沉积岩中的碳因自然和人为的各种化学作用分解后进入大气和海洋；另一方面生物体死亡以及其他各种含碳物质又不停地以沉积物的形式返回地壳中，由此构成了全球碳循环的一部分。碳的生物循环虽然对地球的 环境 有着很大的影响，但是从以百万年计的地质时间上来看，缓慢变化的碳的地球化学大循环才是地球环境最主要的控制因素。

二、该主题核心内容的教学策略

教学重点 1: 形态各异的碳单质：了解金刚石和石墨的物理性质和主要用途，体会结构决定性质、性质决定用途的科学方法。知道碳单质的化学性质：碳跟氧气及某些氧化物的反应。

教学难点：金刚石石墨 C60的结构，碳跟某些氧化物的反应。

各教学环节的具体教学策略如下：

环节

一、联想质疑：大家对氧气比较熟悉，臭氧也听说过，其实它们是一家人，它们都是氧元素形成的单质。一种元素形成几种不同单质的现象还有许多，如红磷和白磷等等。提起碳的单质，大家一定会想到煤、木炭这些黑呼呼的东西，其实，煤并不是碳的单质，如果我说璀璨夺目的钻石也是碳的单质，大家一定会感到惊讶。高贵的钻石怎么可能与木炭是一家人呢？

环节

二、交流思考：研究表明，透明的金刚石、灰色的石墨和足球状的C60都是由碳元素组成的单质。请你列举金刚石和石墨的主要用途？推断其物理性质？

教师引导学生完成下表：

金刚石是天然存在的最硬的物质，纯净的金刚石是无色透明、正八面体形状的固体。可用于制备玻璃刀、钻石、轮锯、钻头等。石墨是深灰色有金属光泽、不透明的细鳞片状固体。石墨很软，有滑腻感，有优良的导电性。生活中，还有一些物质的主要成分是石墨，它们是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，如木炭、焦炭、活性炭、炭黑等。由于木炭具有疏松多孔的结构，因此它具有吸附能力。活性炭的吸附能力更强。能吸附毒气、色素和有异味的物质。用于制糖、食品、净水，制防毒面具等。C60用途：材料科学、医学、超导体等。

环节

三、启发讲授：金刚石和石墨都由碳元素组成，元素是具有相同核电核数的同一类原子的总称。金刚石和石墨都由碳原子构成，你认为它们的排列方式有多少种？发挥想象力，可以是线状、层状、或网络状、笼状等多种可能的碳原子的排列方式。这种不同的排列会导致怎样的后果？学生分组讨论，并阅读教材。

因为构成它们的碳原子的排列方式不同（结构不同），从而导致金刚石、石墨、C60的物理性质和用途存在很大差异。这也体现了化学学科结构决定性质、性质决定用途的学科思想。

环节

四、实验演示：木炭跟氧化铜的反应。该反应是学生学习的难点。实验时，要引导学生着重观察两个问题：

(1)石灰水发生了什么变化？

(2)试管里的粉末发生了什么变化？ 根据实验现象，由学生自己分析木炭跟氧化铜反应生成了什么物质，教师加以指导写出反应的化学方程式。然后分析这个反应中反应物和生成物的关系，引出还原反应。

最后，小结：

1.一种元素可以形成多种单质。

2.碳的几种单质由于原子的排列方式不同，物理性质有很大的差异。

3.碳的化学性质：稳定性，可燃性，还原性。

教学重点 2 ：知道二氧化碳的主要性质和用途，实验探究二氧化碳的性质。

教学难点：二氧化碳与水、与石灰水的反应。

1．由二氧化碳用途推测其可能具有的性质，并对性质进行分类。

2.启发讲授二氧化碳的物理性质。

教师结合学生在上一个教学环节中抽提出的一部分二氧化碳的物理性质，加以补充，教师指导学生完成如下学习笔记：

二氧化碳的物理性质：（1）通常状况下，无色的气体；（2）密度比空气大；（3）能溶于水；（4）有“三态”的变化。

我们平时打开汽水或啤酒盖时，常有大量的气体产生，这是什么气体呢？这是利用哪一点性质呢？用什么方法来检验？ 该气体是二氧化碳，在通常状况下，1 体积的水大约能溶解 1 体积的二氧化碳，增大压强还会溶解得更多。生产汽水、可乐等碳酸型饮料就是利用了二氧化碳的这一性质。

3.实验探究二氧化碳的化学性质。

教师由生活情景引入二氧化碳化学性质的教学：检验可乐瓶中溢出的二氧化 5 碳可用澄清石灰水。教师演示实验：向澄清石灰水中通入二氧化碳，澄清石灰水变浑浊。分析： CO2 与石灰水反应生成白色沉淀，落实化学方程式。

学以致用： 日常生活中，为了装饰我们的房子，我们给墙壁扫石灰水，当石灰水变干时墙壁会被一白色的物质覆盖，变得很白。在这过程中，为了使效果更好，人们常在房中放一盆炭火，这是为什么呢？利用你所学到的知识解释一下。因为二氧化碳可以与石灰水反应生成白色沉淀碳酸钙，放一盆炭火可以使室内的二氧化碳的浓度增大，而且室内的温度也会升高有利于反应的进行。

由日常生活我们知道鱼能在水中生存，是由于水中溶解有少量的氧气，氧气溶于水是物理变化还是化学变化呢？由上面的实验探究我们得知 CO2 也能溶于水，那么它溶于水时究竟有没有发生化学变化呢？

二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊试液变成红色。

CO2 + H2O = H2CO3

但是碳酸很不稳定容易分解生成二氧化碳和水。

H2CO3 = H2O + CO2

拓展讲二氧化碳的用途：可做致冷剂，保存食品和人工降雨；可做灭火剂；可做气体肥料，促进光合作用；可做化工原料，制纯碱、汽水。

教学重点 3 ：初步学习在实验室制取二氧化碳：包括了解实验室中制取二氧化碳的反应原理、探究实验室中制取二氧化碳的装置、了解实验室中制取气体的思路和方法。

教学难点：探究实验室中制取二氧化碳的装置。

为了落实这些教学重点、突破难点，建议采取如下教学策略：

1．主动思考实验室中制取二氧化碳的反应原理。

教师可以应用以下的教学情景，帮助学生思考什么化学反应才最适合实验室中制取二氧化碳。

反应物中有气体导致和生成物的气体混合在一起无法分离、反应条件高温在实验室不好做到，最后只能选取碳酸盐和酸反应。教师追问：实验室用哪种碳酸盐和哪种酸制备二氧化碳比较好？提供药品：碳酸钠粉末、碳酸钙粉末、块状大理石、稀盐酸、稀硫酸。经过对比实验分析，发现只有块状大理石和稀盐酸反应制取二氧化碳反应速率适中，适合在实验室制取二氧化碳。为什么不能用稀硫酸和碳酸钙起反应来制取二氧化碳？如果用稀硫酸跟碳酸钙起反应来制取二氧化碳，在反应开始时生成不易溶解的硫酸钙薄膜，会包住碳酸钙，使它不能接触到稀硫酸，因而反应很难继续进行。

2．探究实验室中制取二氧化碳的装置并自己制备二氧化碳。

探究实验室中制取二氧化碳的装置时要体现开放性。教学时，可以将学生分成几组，每组学生通过讨论（甚至辩论）、合作来组装一套制取二氧化碳的装置（可以不局限在教材中所列的仪器上），然后在教师指导下，组与组之间互相讨论装置的优缺点。

教材中给出了一种制取二氧化碳的装置，教学时切不可将它作为唯一的、标准的装置，要鼓励学生创新。学生首先需要确定气体发生装置和收集装置的因素，然后从反应物的状态、反应条件、气体密度与空气的大小比较和是否与水反应等方面来比较实验室中制取二氧化碳和氧气的异同。下图列出了其他几种制取二氧化碳的装置。

三、学生常见错误与问题的分析与解决策略

1．“碳”和“炭”的含义和用法学生容易混为一谈。

学生在书写物质名称时，对于“碳”和“炭”认识不够到位。“碳”是指碳元素，是核电荷数为 6 的一类原子的总称，在描述物质组成时用“碳”，例如碳原子、碳元素、碳单质、碳的化合物。而“炭”是指具体的物质，例如 木炭、焦炭、活性炭、炭黑。

2．学生误认为碳元素组成的物质是纯净物。

本章学习的金刚石和石墨混合在一起，虽然只含碳元素，但却是不同的物质，混合在一起就属于混合物而非单质。因此由同种元素组成的物质可能是单质也可能是混合物。学生对于纯净物的概念理解不够透彻，纯净物是指只含一种物质，有固定的组成。而学生往往错误地认为由同种元素组成的物质是纯净物，而忽略了由同种元素也可以组成不同的物质。学生对于单质的概念理解不够透彻，学生认为只要是一种元素组成的物质在进行归类时就属于单质。而单质的概念是由同种元素组成的纯净物，而只含有一种元素，但却是混合物就不再是单质。例如：下列各组物质一定属于纯净物的是 A 臭氧（O3）B 仅含氢、氧两种元素的物质 C 仅含碳元素的物质 D 仅含碳、氧两种元素的物质 臭氧是纯净物，有固定的组成（O3）。由氢氧两种元素可以组成的物质是 H2O 或 H2O2 或两种混存，可能是化合物，也可能是混合物。仅含碳元素的物质可能是金刚石或石墨或C60，或几种物质混存。含碳氧两种元素的物质是 CO 或 CO2 或两种物质混存，所以可能是化合物，也可能是混合物。

3．学生在组装制取二氧化碳的装置时容易出现以下几处错误：

（1）长颈漏斗下口没有伸入液面下，会导致二氧化碳从长颈漏斗逸出。

（2）出气导管管口不应伸入液面下，这样二氧化碳会把酸液沿导管压出，无法收集气体，出气导管管口应在锥形瓶上方，略伸出胶塞部位。

（3）集气瓶瓶口应向上，改用直形导管并把导管伸入锥形瓶底部。．在制备气体的实验中混淆“检验”和“验满”两种操作

在制备气体的实验中，学生对于“检验”和“验满”的操作易混淆。检验是利用物质的典型特征或特征现象来证明这种物质。而验满是已知是哪种气体，只是选择简便的方法，利用明显的现象证明气体已集满。

用最简便的方法确定气体的成分，即检验气体。首先根据 C 装置中集气瓶的放置可以知道气体的密度比空气大。而初中阶段常见的比密度大的气体是氧气或二氧化碳。学生在作答此题时，选择合适的方法检验气体是否为氧气或者是否为二氧化碳。具体方法：将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条上的火焰复燃是证明是氧气；向集气瓶中倒入澄清石灰水，若石灰水变浑浊证明是二氧化碳；将燃着的木条伸入集气瓶中，若木条上的火焰燃烧得更旺是氧气，若熄灭证明是二氧化碳。

5．对 CO2 通入石蕊溶液变红的原因认识错误

铝及其化合物教学设计 篇7

近年来, 中大功率UPS应用规模不断扩大, 供电要求不断提高, 其可靠性问题引来更多关注。在中大功率UPS中, 设备可靠性的薄弱环节主要是风扇和铝电解电容器[1], PFC和逆变器直流母线一般采用多个铝电解电容器并联, 达到稳压滤波效果。因UPS工作状况不同, 流过各个电容器实际纹波电流大小不同, 电容器散热条件不同, 导致电容组中某些电容器工作条件明显恶劣, 而引起更快地失效, 在其失效后, 又会出现新的电容器处于类似的工作状况, 从而导致整个电容器组报废[2]。这种不均衡性, 导致整组电容器寿命提前终结, 造成不必要的经济损失。因而铝电解电容器可靠性设计方法及其应用研究是必要的。本文首先研究推导其使用寿命计算公式;然后依据某型号的UPS拓扑结构, 构建其直流母线铝电解电容组连接模型;通过仿真不同的工作状态, 找到其纹波电流的最恶劣工作情况;最后通过实测与仿真, 验证其等效电路模型以及寿命预估计算模型的正确性, 为该拓扑结构下铝电解电容器的参数核算和选型以及指导其可靠性设计提供了依据。

1 铝电解电容器的预计使用寿命的计算公式推导

非固态铝电解电容器的寿命一般与三个因素有关:工作环境温度、工作电压、纹波电流[3]。综合考虑三个因素, 可得到铝电解的寿命公式[4]:

式 (1) 中:tx为估算寿命;tr为额定寿命;Ktemp为环境温度加速因子;Kripple为纹波电流加速因子;Kvoltage为工作电压加速因子。

其中铝电解电容器的使用寿命环境温度因子Ktemp可以用下式计算:

式 (2) 中:To为最高工作温度;Ta为实际环境温度。

纹波电流加速因子可以用下式计算:

其中, 新纹波系数加速项k, 可由经验公式得到:

式 (4) 中, IxI0小于1时, 按1计算。

实际应用中电压一般降额使用, 工作电压加速因子Kvoltage与电压降额的关系根据经验简化为表1所示。

2 直流母线铝电解电容优化模型与仿真

图1所示为UPS拓扑结构简单仿真模型。该仿真模型没有考虑电容器组电容器单体的差异, 因而实际应用中个别电容器的纹波电流变化可能较大, 不利于其寿命预计, 需要进一步优化仿真模型。

2.1 并联电容器组的连接优化模型

在实际电路中, 母线电容是分成3组 (两侧与中间各一组, 组合分别为2-2;3-3;2-2) 。两侧的电容组与中间组电容是通过三根铜排以图2所示的连接方式相连。而每组电容分别是与A、B、C相对应整流与逆变相连[5]。

根据实际电路分析, 考虑连接铜排的等效串连电阻, 将原先Matlab仿真模型中母线部分改成

如图3所示的连接方式, 其中Z_C2C为连接铜排的等效串连电阻。

以UPS输入输出电压为额定值, 无相差, 载波同步, 输出有功系数P为0.8、无功系数Q为0.25, 根据上面的仿真模型用Matlab仿真, 结果如表2所示。

注: (1) Ia_Branch_Per与Ib_Branch_Per列中第二行是相对于Z_C2C为零的标幺值 (2) 输入电压, 输出电压额定 (230 V) , 无相差, 载波同步, P=0.8, Q=0.25

从表2仿真结果中, 可以看出Z_C2C增到较大时, 结果与实验所测值接近。电容器电流差异较大, 证明了优化的必要性。同时也说明了并联电容器组之间连接电阻应尽可能小、尽可能均衡的重要性。

2.2 电容器优化模型

从并联电容器组的连接优化模型可以看出, 即便是连接电阻为1 mΩ, 经过电容器的电流也有近50%的差异;对于频率较高的纹波, 连接铜排的感抗比纯阻更大, 因此分别建立参数;而铝电解电容器自身的串联阻抗一般远大于此, 可见也有必要考虑其自身串联阻抗。为了让仿真模型尽可能接近实际电路, 本次仿真考虑了电容组间的连接铜排的等效串连阻抗 (R_C2C=0.01 mΩ, L_C2C=50 n H, ESR=8.5 mΩ) , 并考虑了电容自身的串联ESR (ESR=8.5 mΩ) , 在图3中所示模型中代入新的参数进行仿真。仿真结果如表3。

从几组仿真结果与实验数据的变化趋势基本一致, 说明仿真模型基本正确;一些参数主要是经过估算, 与实际可能仍有一定偏离, 可能是仿真数据与实际测试数据偏离的主要原因。

3 对电容器纹波电流的影响

研究电容器文波电流的影响, 主要研究输入输出频率错频对纹波电流的影响、负载变化对纹波电流的影响、工频相位对纹波电流的影响、输入输出电压幅值对纹波电流的影响、输出电压对纹波电流的影响[6]。本文重点分析输入输出频率错频对纹波电流的影响、负载变化对纹波电流的影响、输出电压对纹波电流的影响。为该拓扑结构下铝电解电容器的参数核算和选型以及指导其可靠性设计提供了依据。

3.1 输入输出频率错频对纹波电流的影响

本文针对低压输入 (176 Vrms) 高压输出 (240 Vrms) , 带阻性满载下输入与输出间存在错频 (51Hz/50Hz) 的情况下的直流母线电流, 不考虑电容组连接铜排等效阻抗 (R_C2C=0 mΩ, L_C2C=0 n H) 时的仿真结果如图4所示, 考虑电容组连接铜排等效阻抗 (R_C2C=0.01 mΩ, L_C2C=50 n H) 时的仿真结果如图5和图6所示。

从仿真结果来看, 直流母线电容电流有效值是随着错频引起的输入输出电压和电流相位而呈周期性波动 (在相差360°内, 出现三次周期波动) 。

3.2 负载变化对纹波电流的影响

分析额定输入额定输出 (230V/50Hz) 和开关载波同步情况下, 负载变化对直流母线电容电流的影响, 整流载中电容的配置以1W功率配2μF电容。仿真结果如表4和图7所示。

对比分析可知:负载越重, 直流母线电容电流越大;负载越不均衡, 直流母线电容电流越大;整流性负载比阻性负载的直流母线电容电流大。即在额定输入额定输出载波同步及工频同步的情况下, 在带三相平衡50%阻性50%整流性负载时, 直流母线电容电流情况最严重 (约33 A) 。

其中图7中X轴依次对应为10种负载情况 (见表5) , Y轴为对应负载下的直流母线电容电流。

3.3 输出电压对纹波电流的影响

纹波电流较恶劣情况下, 输出电压对直流母线电容电流的影响。仿真结果如表6和图8, 9, 10所示, 其中X轴依次与表4-11中的工况对应, Y轴为直流母线电容器电流。

由图8, 9, 10可知, 在220V/50Hz, 230V/50Hz, 240V/50Hz及230V/60Hz输出情况下, 仿真结果基本一致。

目前仿真出来的直流母线电容电流最恶劣情况为:低压176 V (相电压) 输入, 输入与输出工频相差45°~75°间 (输出超前) , 带满载 (100%阻性或50%阻性+50%整流性) 。

4 结论

针对目前电解电容器的寿命较短, 可靠度较低的问题。本文依据元器件寿命计算数学模型, 推导给出了其预计使用寿命计算公式, 并根据纹波电流的影响对寿命计算公式进行了相应的修正;根据某UPS拓扑结构, 构建了直流母线铝电解电容组连接模型, 并对其进行了仿真分析和实际测试, 验证了其正确性;通过对UPS不同工作状态的仿真研究, 找到了直流母线铝电解电容器的纹波电流的最恶劣工作状态, 给出了纹波电流的有效抑制措施如下。

(1) 并联连接阻抗越小, 两侧电容器组与中间电容器组的纹波电流差异越小, 因此应通过并联连接的优化设计, 使其并联阻抗最小化, 尽可能均衡。优化前后连接方式, 如图11和图12所示。效果不理想时, 可考虑在其上方, 也采用类似方式连接。

(2) 直流母线电容器纹波电流最大的工作状态为:低压176 V (相电压) 输入, 输入与输出工频相差45°~75°间 (输出超前) , 带满载 (100%阻性或50%阻性+50%整流性) 。由此可知, UPS控制设计时, 应使工作在输入输出工频相差45°~75°的时间尽可能短。

参考文献

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[5]Sam G.Parler, Jr.Improved Spice Models of AluminumElectrolytic Capacitors for Inverter Applications[J].IEEE.2002:2411-2417.

铝及其化合物教学设计 篇8

关键词：高中化学；元素及其化合物；有效教学

元素及其化合物知识是化学学科的重要组成部分，它与理论知识相互配合，相辅相成，是学生在中学阶段形成化学的元素观、物质观、变化观等科学观点的关键所在，同时也是学习化学基本概念、基本理论的重要载体。然而，元素及其化合物知识内容多，涉及的化学现象和化学反应不容易记忆，学生在学习中感到知识杂乱，思维潜力没有得到发挥，导致在综合运用所学知识解决实际问题时感到束手无策。甚至有的学生死记硬背、孤立记忆化学反应，学习一段时间后，遗忘得多，又降低了学习兴趣，学习效果很差。本文主要针对这一现状，提出高中化学元素及其化合物教学的一些策略，以提高这部分知识教学的有效性。

一、设置合理的教学目标，准确把握知识的深广度

按照新课程标准对元素化合物知识的要求，新课程必修教材编排了相关元素及其化合物的知识，但教材并没有全面、系统编排元素化合物的知识，而是侧重于与生产、生活和科研相关的常见物质及其重要性质，且在教学课时数上减少了近一半。这就要求教师熟悉《普通高中化学课程标准》，在此基础上把握教材的难度和深广度。

例如，必修1的元素及其化合物的教学目标是知识的教学认知性，层次较低，在组织教学时，应从学校和学生的实际情况出发，设置合理且易于实现的教学目标，使学生明确学习目标，减少学习的盲目性，也便于教师评价学生的学习效果，适时调整教学过程和策略。在教学中让学生体会学习元素化合物知识的一般方法和思路，不必加深扩大教学内容，教学要求中没有列举教材中有的物质或性质，可作为知识性介绍，但不作考试要求。

二、充分利用实验探究活动，培养科学素养和方法

在元素及其化合物知识的教学中，要使学生形成物质的概念，必须从揭示物质的性质入手。而物质的性质，特别是化学性质，只有借助一定的化学实验才能被学生所感知。新课程理念要求在教学中，改变以课堂为中心、以教师为中心、以课本为中心的现状，帮助学生改变被动接受、机械训练的学习方式，形成一种对学习主动探求，能互相交流讨论、重视实际问题解决的积极学习方式。

实验探究无疑是元素及其化合物知识学习的一种有效策略。新课程设置了许多探究实验、活动实验，实验没有给出现象、解释、结论，而是以表格或问题的形式呈现。在教学设计时，可以通过整合实验教学资源，充分利用教材中“活动与探究”“观察与思考”等栏目，通过创设问题情境、设计学生探究实验等探究性学习活动，开展有序、高效的探究学习活动，让学生在“发现问题—提出假设—设计实验—实验验证—分析现象—形成结论”的过程中，获取对元素及其化合物知识的认识，体验科学的探究方法，培养学生的科学方法和科学素养。

例如，在探究氯水的成分时，通过以下问题引导：（1）新制的氯水什么颜色，说明有什么物质存在？（2）氯气溶于水，是否存在化学变化，如果存在，那么氯气与水发生反应，预测产物会是什么？（3）如何验证氯水中可能存在H+、Cl-？（4）做氯水与紫色石蕊试液实验时，是否发现什么不一般的现象？（5）氯水中具有漂白作用的成分是Cl2吗？还是其他的成分？如何验证？整个教学过程从提出问题、形成猜想、设计方案，在实验验证，实验中发现新问题，围绕新问题再形成猜想，设计方案，实验验证，最终得出结论，学生的学习兴趣浓厚，积极参与到科学探究活动中，对氯气的性质、氯水的成分都有很明确的认识。在实验中培养了学生仔细观察的能力和发现问题、提出问题的能力，在问题的思考过程中培养了学生的思维能力，在问题解决过程中，学生感受到了科学探究的一般方法，提高了科学素养和方法。

三、联系社会生活实际，设计真实情境

旧课程中物质性质的教学是直接介绍物质的性质，顺带介绍一些物质的用途，学生学习时感到枯燥无趣。新课程引导学生从已有的生活经验出发，学习身边的常见物质，将物质性质的学习融入有关的生活现象和社会问题的分析解决活动中，体现其社会应用价值。

教学设计时要有意识地将教材知识与学生的生活实际、社会生产、民生问题联系起来，激发学生产生积极的学习情感，形成把化学知识应用于实际生活、解决实际问题中，促进知识的有效迁移。例如“二氧化硫”的教学设计中可以从酸雨谈起，通过资料卡片让学生产生疑问：酸雨中的硫酸是如何通过二氧化硫形成的？从而认识SO2的还原性。又如“氮氧化物的产生及转化”的教学设计中可以从谚语“雷雨发庄稼”入手，很快就能激发学生浓厚的学习兴趣。

四、整合元素及其化合物知识，实现知识的系统化、网络化。

在元素及其化合物知识的学习中，有些学生的畏难情绪主要源于知识的“零乱分散”，不能找出它们之间的内在联系和变化规律。教学设计过程中要重视化学概念、理论对元素及其化合物知识学习的指导作用，必修内容的学习主要突出在物质分类思想、氧化还原反应、离子反应、电离理论的指导下，实现由感性到理性、由具体到抽象的认识，从本质上把握各种物质之间的相互转化关系。在学习元素及其化合物知识的每一专题以后，要引导学生将知识按照一定的关系进行归类、整理，使零散、孤立的知识变为彼此间相互联系的整体，形成一个系统化、结构化的知识网络，这样有利于学生清楚地把握知识之间的内在联系，减轻记忆负担，提高学习效率。

例如，可以引导学生通过自然界物质之间的转化、生活生产中物质之间的转化、实验室物质间的转化、相同价态之间的转化、不同价态之间的转化形成知识链；也可以利用金属元素及其化合物、非金属元素及其化合物性质存在的相似性和递变性，运用比较、分析、归纳、迁移等方法进行学习活动的设计，实现对元素及其化合物共性和个性的认识。