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高中開發(fā)利用金屬礦物和海水資源的化學(xué)教案
第四章第1節(jié)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源
一、教材分析
《開發(fā)利用金屬礦物和構(gòu)》是人教版高中化學(xué)必修二第四章第1節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，主要幫助學(xué)生認識和體會化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義和作用，解釋化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展的重要關(guān)系，樹立資源保護意識及合理開發(fā)意識。因此，教學(xué)要圍繞這一教學(xué)目標展開。本節(jié)教學(xué)重點：解化學(xué)方法在金屬礦物開發(fā)（主要是金屬冶煉）及海水資源開發(fā)中的作用。
本節(jié)教學(xué)難點：學(xué)生在掌握金屬冶煉的一般原理基礎(chǔ)上，了解適用于不同金屬的冶煉方法。
二、教學(xué)目標
1．知識目標：
(1)說出金屬冶煉的一般原理及冶煉的一般方法
(2)說出海水資源綜合利用對人類社會發(fā)展的重要意義
2．能力目標：
(1)通過鋁熱反應(yīng)及海水的實驗，學(xué)會金屬冶煉的原理及簡單了解元素分析的方法
(2)通過小組間的交流與合作，提高學(xué)生的語言表達能力及思維的嚴密性。
3．情感、態(tài)度和價值觀目標：
(1)通過了解金屬回收的意義，培養(yǎng)學(xué)生的資源環(huán)保意識
(2)通過聯(lián)系知識與生產(chǎn)實踐的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生對化學(xué)學(xué)科的興趣熱愛
三、教學(xué)重點難點
重點：了解化學(xué)方法在金屬礦物開發(fā)（主要是金屬冶煉）及海水資源開發(fā)中的作用。
難點：學(xué)生在掌握金屬冶煉的一般原理基礎(chǔ)上，了解適用于不同金屬的冶煉方法。
四、學(xué)情分析
學(xué)生已有的知識和實驗水平有差距。有些學(xué)生化學(xué)實驗基礎(chǔ)都不好，所以講解時需要詳細。對于研磨和過濾等操作學(xué)生有一定的基礎(chǔ)，但鋁熱實驗是首次接觸，需要教師指導(dǎo)并嚴格注意實驗安全。
五、教學(xué)方法
1．實驗法：鋁熱反應(yīng)，海帶中提取碘
2．學(xué)案導(dǎo)學(xué)：見后面的學(xué)案。
3．新授課教學(xué)基本環(huán)節(jié)：預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑→情境導(dǎo)入、展示目標→合作探究、精講點撥→反思總結(jié)、當堂檢測→發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置預(yù)習(xí)
六、課前準備
1．學(xué)生的學(xué)習(xí)準備：預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案，完成課前預(yù)習(xí)學(xué)案離。
2．教師的教學(xué)準備：多媒體課件制作，課前預(yù)習(xí)學(xué)案，課內(nèi)探究學(xué)案，課后延伸拓展學(xué)案。3．教學(xué)環(huán)境的設(shè)計和布置：六人一組，實驗室內(nèi)教學(xué)。課前打開實驗室門窗通風(fēng)，課前準備好綠實驗用具
七、課時安排：1課時
八、教學(xué)過程
(一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑
檢查落實了學(xué)生的預(yù)習(xí)情況并了解了學(xué)生的疑惑，使教學(xué)具有了針對性。
�。ǘ┣榫皩�(dǎo)入、展示目標。
【引言】 金屬在自然界中的分布很廣，但金屬元素一般分布在什么區(qū)域？
【講解】 （正確評價學(xué)生的回答，并補充）金屬元素廣泛分布于礦物中，動植物體內(nèi)及海洋等區(qū)域中。
【質(zhì)疑】 金屬元素在自然界中，如礦物或海洋中，是如何存在的呢？這又與什么性質(zhì)有關(guān)？
【板書】 一、金屬的存在：游離態(tài)：少數(shù)不活潑的金屬；化合態(tài)：多數(shù)比較活潑的金屬
【介紹】 我國的礦產(chǎn)資源現(xiàn)狀，國情教育
【講解】 我們?nèi)粘Ｊ褂玫慕饘俨牧洗蠖嗍墙饘賳钨|(zhì)或合金。因此必須把化合態(tài)的金屬轉(zhuǎn)化為金屬單質(zhì)－金屬的冶煉。
【板書】 二、金屬的冶煉
【設(shè)問探究】 我們該如何從礦石中提煉出金屬單質(zhì)呢？根據(jù)什么原理？
【學(xué)生活動】 分組討論、發(fā)言
【講解】 （正確評價學(xué)生的回答并復(fù)述）冶煉金屬的根據(jù)是用還原劑把金屬礦石中的金屬離子還原成單質(zhì)，經(jīng)過三個步驟。冶煉的步驟： 第一步：礦石的富集：除去雜質(zhì)，提高礦石中有用成分含量。 第二步：冶煉：利用氧化還原反應(yīng)，在一定條件下，用還原劑還原。 第三步：精煉：采用一定方法，提煉純金屬。
【板書】 1、金屬冶煉的實質(zhì) 【分析探討】金屬離子的得電子能力是否全都相同？這與什么有關(guān)？
【講解】 由于金屬的活動性不同，金屬離子得到電子還原成金屬原子的能力也就不同，因此，對于不同活性的金屬離子就必須采取不同的還原方法進行冶煉。
【板書】 2、金屬冶煉的方法
【分析】 一些不活潑的金屬，它們是在金屬活動順序中位于氫后面的金屬，如 Hg、Ag等，其陽離子得電子能力很強，所以其還原的條件比較容易達到。Hg、Ag的氧化物受熱就能分解得到單質(zhì)。
【板書】 (1)、熱分解法 2HgO 2Hg＋O 2 ↑2AgO 2Ag＋O 2 ↑
【分析】 位于活動性順序表中前端的金屬如 K、Na、Ca、Al等金屬，我們知道其還原性很強，容易失去電子，而其對應(yīng)的陽離子則氧化性很弱，很難得到電子；一般的還原劑都無法把它的陽離子還原出來。我們只能使用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來冶煉。
【板書】 (2)、電解法 MgCl 2 (熔融) Mg＋Cl 2 ↑
【分析】 對于大多數(shù)金屬，如位于金屬活動順序表中間一段的金屬所對應(yīng)的離子，得電子能力較強，其化合物又不能通過受熱分解得到金屬單質(zhì)，必須使用還原劑還原金屬陽離子。常見的還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣。一些活潑金屬也可作為還原劑，將相對不活潑的金屬從其化合物中置換出來。
【板書】 (3)、熱還原法 ① 常用還原劑：焦炭、CO、H 2 、活潑金屬(如Al)等
【練習(xí)】 分別寫出這四種常用的還原劑冶煉赤鐵礦的化學(xué)方程式。
【點評并強調(diào)】 若金屬以硫化物或碳酸鹽形式存在，應(yīng)先將其轉(zhuǎn)化成氧化物。
【實驗探究】 實驗 4—1 (實驗前用磁鐵檢查一下室溫條件下有無鐵存在；反應(yīng)后再用磁鐵檢查有無鐵生成)觀察、記錄實驗現(xiàn)象，并思考回答：反應(yīng)前：無鐵存在。反應(yīng)中：發(fā)光、放熱、反應(yīng)劇烈。反應(yīng)后：用磁鐵檢查生成物有塊狀物被吸起。2Al+Fe 2 O 3 =2Fe+Al 2 O 3 +Q。Al的還原性強于鐵，也能與化合態(tài)氧結(jié)合。證明Al的還原性強于Fe，Al可與化合態(tài)的氧反應(yīng)。 （演示鋁熱反應(yīng)，由學(xué)生寫出反應(yīng)方程式，并分析各種試劑的作用）。
【說明】 在該反應(yīng)中，鎂條和氯酸鉀是引燃劑，鎂條在空氣中可以燃燒，氧氣是氧化劑。但插入混合物中的部分鎂條燃燒時，氯酸鉀則是氧化劑，以保證鎂條的繼續(xù)燃燒，同時放出足夠的熱量引發(fā)氧化鐵和鋁粉的反應(yīng)。由于該反應(yīng)放出大量的熱，只要反應(yīng)已經(jīng)引發(fā)，就可劇烈進行，放出的熱使生成的鐵熔為液態(tài)。 【設(shè)疑】 發(fā)生了什么反應(yīng)？如何書寫化學(xué)方程式呢？ 2Al+Fe 2 O 3 =2Fe+Al 2 O 3
【講述】 我們把上述反應(yīng)稱為鋁熱反應(yīng)。
【板書】 ②鋁熱反應(yīng)
【應(yīng)用探究】 鋁熱反應(yīng)有什么用途呢？
【放錄像】 鋁熱反應(yīng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用：焊接鋼軌、冶煉難熔金屬�？翠浵瘛ｓw會化學(xué)在生產(chǎn)、生活中的實際應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生熱受化學(xué)的情感。
【講述并板書】 ③應(yīng)用： a：野外焊接。 b：冶煉難熔金屬（要求學(xué)生寫出冶煉鉻、錳的反應(yīng)）。 2Al＋Cr 2 O 3 ＝2Cr＋Al 2 O 3 4Al＋3MnO 2 ＝2Al 2 O 3 ＋3Mn
【小結(jié)】 金屬冶煉的方法：（投影）
【過渡】 地球上的金屬礦產(chǎn)資源是有限的，無法再生，而且隨著金屬的使用，金屬會被腐蝕而污染環(huán)境，那么我們應(yīng)該具體怎么做呢？
【板書】 三、金屬的回收與環(huán)境、資源保護
【閱讀指導(dǎo)】 閱讀教材相關(guān)內(nèi)容。
【講述】 正確評價學(xué)生的回答并歸納。
【講述】 有關(guān)金屬回收再利用的好處。 1、廢舊金屬的最好處理方法是回收利用。 2、回收利用廢舊金屬的意義是減少垃圾量，防止污染環(huán)境且緩解資源短缺的矛盾。
【資料介紹】 以鋁為例，生產(chǎn)一噸原鋁至少要消耗四噸鋁土礦資源。當前全球原鋁的年產(chǎn)量約 2500萬噸，年消耗鋁土礦超過一億噸，如果照此發(fā)展下去，地球上的鋁土礦資源就會越來越少，直至有一天枯竭。如果人類消費的鋁能夠回收利用，只要回收利用量達到產(chǎn)量的二分之一，每年就將減少鋁土礦消耗量約5000萬噸，這對保護全球鋁土礦資源具有極為重要的意義。其次，利用廢雜原料生產(chǎn)一噸合金鋁錠與用鋁土礦原料生產(chǎn)一噸原鋁錠相比，可以節(jié)省95％以上的能源消耗。 每生產(chǎn)一噸原鋁錠需要消耗能源 213．2TJ(電能約占82％)，而生產(chǎn)一噸再生鋁合金錠所需能源消耗為5．5TJ(燃料約占80％)，僅為原鋁錠生產(chǎn)能源消耗的2．6％，優(yōu)勢比較明顯。由于鋁可以反復(fù)循環(huán)使用，從再生鋁廢料中再生產(chǎn)鋁，其節(jié)能效果更加顯著。另外，再生鋁生產(chǎn)中二氧化碳的產(chǎn)生量和排放量與原鋁生產(chǎn)相比，大為減少。有資料統(tǒng)計，再生鋁生產(chǎn)可比用水電生產(chǎn)原鋁減少二氧化碳排放量91%，比用燃油發(fā)電減少二氧化碳排放量97％以上，比用煤發(fā)電減少的二氧化碳排放量更多，環(huán)保效益十分顯著。
【小結(jié)】 指導(dǎo)學(xué)生歸納本節(jié)課的內(nèi)容。
【作業(yè)】 上網(wǎng)查資料了解中國金屬的回收利用情況，并寫一份調(diào)查報告（ 300字左右）
【引入】 海洋約占地球表面積的 71%，具有十分巨大的開發(fā)潛力。海洋對于人類的意義，已不再局限于傳統(tǒng)的提供生存的自然環(huán)境、漁鹽之利、航運交通、國家安全等方面。海洋農(nóng)牧化、海洋油氣開發(fā)、深海采礦、海水綜合利用等產(chǎn)業(yè)開發(fā)已形成規(guī)模，并顯示出巨大潛力。開發(fā)利用海洋資源，保護海洋生態(tài)環(huán)境，是解決人口、資源、環(huán)境問題的重要途徑。我國的社會和經(jīng)濟發(fā)展將越來越多地依賴海洋。
【資料展示】 海洋之所以被譽為人類未來的希望，是因為海洋中有豐富的資源和能源。海洋自然資源的分類有多種，《中國自然資源叢書海洋卷》按照海洋資源的性質(zhì)、特點、存在形態(tài)，將海洋資源分為 6個大類：①海洋生物資源（包括漁業(yè)資源、藥物資源、珍稀物種資源）；②海底礦產(chǎn)資源（包括金屬礦產(chǎn)資源、非金屬礦產(chǎn)資源、石油和天然氣資源）；③海洋空間資源（包括土地資源、港口和交通資源、環(huán)境空間資源）；④海水資源（包括鹽業(yè)資源、溶存的化學(xué)資源、水資源）；⑤海洋新能源（包括潮汐能資源、波浪能資源、海流能資源、溫差和鹽差能資源、海上風(fēng)能資源）；⑥海洋旅游資源（包括海洋自然景觀旅游資源、娛樂和運動旅游資源、人類海洋歷史遺跡旅游資源、海洋科學(xué)旅游資源、海洋自然保護區(qū)旅游資源）。
【板書】 一、海洋資源的分類 【多媒體投影】
【講述】本節(jié)我們僅以海水資源為例，一起來探究一下海水資源的利用和海水化學(xué)資源的利用前景。
【閱讀教材及資料并思考】 1、海水中水資源的利用包括哪幾部分？ 2、海水淡化有哪些方法？
【資料展示】 海水直接利用包括沿海工業(yè)冷卻用水、生活用水和耐鹽植物灌溉。這是海水資源開發(fā)的一個領(lǐng)域。據(jù)預(yù)測， 2000年時美國工業(yè)用水的1/3將由海水提供。我國今后也要發(fā)展海水直接利用工程。在沿海地區(qū)，特別是在電力、冶金、化工等行業(yè)推廣海水冷卻方法，同時推廣在生活領(lǐng)域中使用海水，如沖洗、除塵、消防、灌溉、印染等。目前青島市已有20多個單位直接利用海水，年用海水量占全市工業(yè)用水量的67％，上海石化總廠每小時用海水量達100×10 4 t，青島、大連、天津等城市的發(fā)電、石油、化工等部門每年直接利用海水達50×10 8 m 3 。 海水淡化現(xiàn)有 20多種技術(shù)方法。目前技術(shù)純熟、經(jīng)濟效益較好的是蒸餾法、電滲析法和反滲透法。蒸餾法即通過將海水加熱蒸發(fā)，再把蒸汽冷凝得到淡水。這是傳統(tǒng)的方法，目前生產(chǎn)能力最大。這種技術(shù)正朝著容量大型化（日產(chǎn)10×10 4 t以上）和目的多重化的方向發(fā)展，如利用淡化后的濃縮海水提取有用物質(zhì)，利用發(fā)電廠余熱進行海水淡化等。我國已進行了日產(chǎn)百噸的淡化裝置試制，具備了設(shè)計和研制大、中型蒸餾淡化裝置的技術(shù)能力。 我國的海水化學(xué)資源
【講述】 海水水資源的利用包括兩個方面， 1、海水直接利用。2、海水的淡化。
【板書】 二、海水水資源的利用： 1、海水直接利用。 2、海水的淡化。
【講述】 水淡化的方法已有十幾種，主要的有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。其中蒸餾法的歷史最久，技術(shù)和工藝也比較完善，是目前海水淡化的主要方法。此法耗能大成本較高，因此可利用太陽能進行海水蒸餾淡化。 蒸餾裝置圖
【資料展示】 太陽能海水蒸餾器 第二次世界大戰(zhàn)中，美國國防部制造了許多軍用海水淡化急救裝置，供飛行員和船員落水后取水用，這種裝置實際上是一種簡易的太陽能蒸餾容器。２０世紀６０年代，美國在佛羅里達的戴托納海灘，建立了供大規(guī)模太陽能蒸餾研制工作用的特殊實驗站。希臘、阿爾及利亞、澳大利亞等國也進行了許多太陽能蒸餾試驗。世界上最大的池式太陽能蒸餾器在希臘的帕特莫斯，玻璃總面積為８６５１平方米，最大日產(chǎn)量為４０立方米淡水。 太陽能蒸餾器結(jié)構(gòu)簡單，主要由裝滿海水的水盤和覆蓋在它上面的玻璃或透明塑膠蓋板構(gòu)成。水盤表面涂黑，裝滿待蒸餾的水，盤下絕熱，水盤上覆蓋的玻璃或透明塑膠蓋板下緣裝有集水溝，并與外部集水槽相通。太陽輻射透過透明蓋板，水盤中的水吸熱蒸發(fā)為水蒸氣，與蒸餾室內(nèi)空氣一起對流。由于蓋板本身吸熱少，溫度低于池中溫水，水蒸氣上升并與蓋板接觸后凝結(jié)成水滴，沿著傾斜蓋板借助重力流到集水溝里，而后再流到集水器中。池式太陽能蒸餾器中海水的補充可以是連續(xù)的，也可以是斷續(xù)的。雖然它有很多不同的結(jié)構(gòu)形式，但基本原理是一樣的。這類蒸餾器是一種理想的利用太陽能進行海水淡化的裝置。
【講述】 海水中溶存著 80多種元素，其中不少元素可以提取利用，具有重要的開發(fā)價值。我國對海水化學(xué)元素的提取都有一些研究，可以列為未來的開發(fā)產(chǎn)業(yè)。
【板書】 三、海水化學(xué)資源的利用
【實驗探究】 海水中幾種重要元素的提�。� 1、海水提溴 2、海帶中碘元素的證明？
【學(xué)生活動】 1、閱讀教材，寫出有關(guān)海水提溴利用原理的化學(xué)方程式。 2、描述“海帶中碘元素的證明”實驗現(xiàn)象寫出相關(guān)的化學(xué)方程式。
【作業(yè)】 上網(wǎng)查資料了解從海水中提取其它元素（如鉀、鎂等），并寫一份調(diào)查報告（ 1000字左右）。 【板書設(shè)計】 一、海洋資源的分類 二、海水水資源的利用： 1、海水直接利用 2、海水的淡化 三、海水化學(xué)資源的利用
（四）反思總結(jié)，當堂檢測。
教師組織學(xué)生反思總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容，并進行當堂檢測。
設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)并對所學(xué)內(nèi)容進行簡單的反饋糾正。（課堂實錄）
（五）發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置預(yù)習(xí)。
布置下節(jié)課的預(yù)習(xí)作業(yè)，并對本節(jié)課鞏固提高。教師課后及時批閱本節(jié)的延伸拓展訓(xùn)練。
九、板書設(shè)計
一、金屬的存在：游離態(tài)：少數(shù)不活潑的金屬；化合態(tài)：多數(shù)比較活潑的金屬
二、金屬的冶煉 1、金屬冶煉的實質(zhì) 2、金屬冶煉的方法 (1)、熱分解法 (2)、電解法 (3)、熱還原法 ① 常用還原劑：焦炭、CO、H2、活潑金屬(如Al)等 ②鋁熱反應(yīng) ③鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用： a：野外焊接。 小結(jié)：金屬冶煉的方法：
三、金屬的回收與環(huán)境、資源保護
四、海水化學(xué)資源的利用
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