高中開發利用金屬礦物和海水資源的化學教案

時間：2023-05-06 16:38:44 化學教案我要投稿

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　　第四章第1節開發利用金屬礦物和海水資源

高中開發利用金屬礦物和海水資源的化學教案

　　一、教材分析

　　《開發利用金屬礦物和構》是人教版高中化學必修二第四章第1節的教學內容，主要幫助學生認識和體會化學在自然資源開發和利用中的意義和作用，解釋化學與可持續發展的重要關系，樹立資源保護意識及合理開發意識。因此，教學要圍繞這一教學目標展開。本節教學重點：解化學方法在金屬礦物開發（主要是金屬冶煉）及海水資源開發中的作用。

　　本節教學難點：學生在掌握金屬冶煉的一般原理基礎上，了解適用于不同金屬的冶煉方法。

　　二、教學目標

　　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展的重要意義

　　2．能力目標：

　　(1)通過鋁熱反應及海水的實驗，學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，提高學生的語言表達能力及思維的嚴密性。

　　3．情感、態度和價值觀目標：

　　(1)通過了解金屬回收的意義，培養學生的資源環保意識

　　(2)通過聯系知識與生產實踐的關系，激發學生對化學學科的興趣熱愛

　　三、教學重點難點

　　重點：了解化學方法在金屬礦物開發（主要是金屬冶煉）及海水資源開發中的作用。

　　難點：學生在掌握金屬冶煉的一般原理基礎上，了解適用于不同金屬的冶煉方法。

　　四、學情分析

　　學生已有的知識和實驗水平有差距。有些學生化學實驗基礎都不好，所以講解時需要詳細。對于研磨和過濾等操作學生有一定的基礎，但鋁熱實驗是首次接觸，需要教師指導并嚴格注意實驗安全。

　　五、教學方法

　　1．實驗法：鋁熱反應，海帶中提取碘

　　2．學案導學：見后面的學案。

　　3．新授課教學基本環節：預習檢查、總結疑惑→情境導入、展示目標→合作探究、精講點撥→反思總結、當堂檢測→發導學案、布置預習

　　六、課前準備

　　1．學生的學習準備：預習導學案，完成課前預習學案離。

　　2．教師的教學準備：多媒體課件制作，課前預習學案，課內探究學案，課后延伸拓展學案。3．教學環境的設計和布置：六人一組，實驗室內教學。課前打開實驗室門窗通風，課前準備好綠實驗用具

　　七、課時安排：1課時

　　八、教學過程

　　(一)預習檢查、總結疑惑

　　檢查落實了學生的預習情況并了解了學生的疑惑，使教學具有了針對性。

　　（二）情景導入、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域？

　　【講解】（正確評價學生的回答，并補充）金屬元素廣泛分布于礦物中，動植物體內及海洋等區域中。

　　【質疑】金屬元素在自然界中，如礦物或海洋中，是如何存在的呢？這又與什么性質有關？

　　【板書】一、金屬的存在：游離態：少數不活潑的金屬；化合態：多數比較活潑的金屬

　　【介紹】我國的礦產資源現狀，國情教育

　　【講解】我們日常使用的金屬材料大多是金屬單質或合金。因此必須把化合態的金屬轉化為金屬單質－金屬的冶煉。

　　【板書】二、金屬的冶煉

　　【設問探究】我們該如何從礦石中提煉出金屬單質呢？根據什么原理？

　　【學生活動】分組討論、發言

　　【講解】（正確評價學生的回答并復述）冶煉金屬的根據是用還原劑把金屬礦石中的金屬離子還原成單質，經過三個步驟。冶煉的步驟：第一步：礦石的富集：除去雜質，提高礦石中有用成分含量。第二步：冶煉：利用氧化還原反應，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【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？

　　【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。

　　【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】對于大多數金屬，如位于金屬活動順序表中間一段的金屬所對應的離子，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，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】分別寫出這四種常用的還原劑冶煉赤鐵礦的化學方程式。

　　【點評并強調】若金屬以硫化物或碳酸鹽形式存在，應先將其轉化成氧化物。

　　【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；反應后再用磁鐵檢查有無鐵生成)觀察、記錄實驗現象，并思考回答：反應前：無鐵存在。反應中：發光、放熱、反應劇烈。反應后：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，也能與化合態氧結合。證明Al的還原性強于Fe，Al可與化合態的氧反應。（演示鋁熱反應，由學生寫出反應方程式，并分析各種試劑的作用）。

　　【說明】在該反應中，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，以保證鎂條的繼續燃燒，同時放出足夠的熱量引發氧化鐵和鋁粉的反應。由于該反應放出大量的熱，只要反應已經引發，就可劇烈進行，放出的熱使生成的鐵熔為液態。【設疑】發生了什么反應？如何書寫化學方程式呢？ 2Al+Fe 2 O 3 =2Fe+Al 2 O 3

　　【講述】我們把上述反應稱為鋁熱反應。

　　【板書】 ②鋁熱反應

　　【應用探究】鋁熱反應有什么用途呢？

　　【放錄像】鋁熱反應在生產中的應用：焊接鋼軌、冶煉難熔金屬。看錄像。體會化學在生產、生活中的實際應用，激發學生熱受化學的情感。

　　【講述并板書】 ③應用： a：野外焊接。 b：冶煉難熔金屬（要求學生寫出冶煉鉻、錳的反應）。 2Al＋Cr 2 O 3 ＝2Cr＋Al 2 O 3 4Al＋3MnO 2 ＝2Al 2 O 3 ＋3Mn

　　【小結】金屬冶煉的方法：（投影）

　　【過渡】地球上的金屬礦產資源是有限的，無法再生，而且隨著金屬的使用，金屬會被腐蝕而污染環境，那么我們應該具體怎么做呢？

　　【板書】三、金屬的回收與環境、資源保護

　　【閱讀指導】閱讀教材相關內容。

　　【講述】正確評價學生的回答并歸納。

　　【講述】有關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，防止污染環境且緩解資源短缺的矛盾。

　　【資料介紹】以鋁為例，生產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量約 2500萬噸，年消耗鋁土礦超過一億噸，如果照此發展下去，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，利用廢雜原料生產一噸合金鋁錠與用鋁土礦原料生產一噸原鋁錠相比，可以節省95％以上的能源消耗。每生產一噸原鋁錠需要消耗能源 213．2TJ(電能約占82％)，而生產一噸再生鋁合金錠所需能源消耗為5．5TJ(燃料約占80％)，僅為原鋁錠生產能源消耗的2．6％，優勢比較明顯。由于鋁可以反復循環使用，從再生鋁廢料中再生產鋁，其節能效果更加顯著。另外，再生鋁生產中二氧化碳的產生量和排放量與原鋁生產相比，大為減少。有資料統計，再生鋁生產可比用水電生產原鋁減少二氧化碳排放量91%，比用燃油發電減少二氧化碳排放量97％以上，比用煤發電減少的二氧化碳排放量更多，環保效益十分顯著。

　　【小結】指導學生歸納本節課的內容。

　　【作業】上網查資料了解中國金屬的回收利用情況，并寫一份調查報告（ 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潛力。海洋對于人類的意義，已不再局限于傳統的提供生存的自然環境、漁鹽之利、航運交通、國家安全等方面。海洋農牧化、海洋油氣開發、深海采礦、海水綜合利用等產業開發已形成規模，并顯示出巨大潛力。開發利用海洋資源，保護海洋生態環境，是解決人口、資源、環境問題的重要途徑。我國的社會和經濟發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、特點、存在形態，將海洋資源分為 6個大類：①海洋生物資源（包括漁業資源、藥物資源、珍稀物種資源）；②海底礦產資源（包括金屬礦產資源、非金屬礦產資源、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、環境空間資源）；④海水資源（包括鹽業資源、溶存的化學資源、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、海洋科學旅游資源、海洋自然保護區旅游資源）。

　　【板書】一、海洋資源的分類【多媒體投影】

　　【講述】本節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冷卻用水、生活用水和耐鹽植物灌溉。這是海水資源開發的一個領域。據預測， 2000年時美國工業用水的1/3將由海水提供。我國今后也要發展海水直接利用工程。在沿海地區，特別是在電力、冶金、化工等行業推廣海水冷卻方法，同時推廣在生活領域中使用海水，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 。海水淡化現有 20多種技術方法。目前技術純熟、經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，再把蒸汽冷凝得到淡水。這是傳統的方法，目前生產能力最大。這種技術正朝著容量大型化（日產10×10 4 t以上）和目的多重化的方向發展，如利用淡化后的濃縮海水提取有用物質，利用發電廠余熱進行海水淡化等。我國已進行了日產百噸的淡化裝置試制，具備了設計和研制大、中型蒸餾淡化裝置的技術能力。我國的海水化學資源

　　【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，最大日產量為４０立方米淡水。太陽能蒸餾器結構簡單，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為水蒸氣，與蒸餾室內空氣一起對流。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的，也可以是斷續的。雖然它有很多不同的結構形式，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，具有重要的開發價值。我國對海水化學元素的提取都有一些研究，可以列為未來的開發產業。

　　【板書】三、海水化學資源的利用

　　【實驗探究】海水中幾種重要元素的提取： 1、海水提溴 2、海帶中碘元素的證明？

　　【學生活動】 1、閱讀教材，寫出有關海水提溴利用原理的化學方程式。 2、描述“海帶中碘元素的證明”實驗現象寫出相關的化學方程式。

　　【作業】上網查資料了解從海水中提取其它元素（如鉀、鎂等），并寫一份調查報告（ 1000字左右）。【板書設計】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、海水化學資源的利用

　　（四）反思總結，當堂檢測。

　　教師組織學生反思總結本節課的主要內容，并進行當堂檢測。

　　設計意圖：引導學生構建知識網絡并對所學內容進行簡單的反饋糾正。（課堂實錄）

　　（五）發導學案、布置預習。

　　布置下節課的預習作業，并對本節課鞏固提高。教師課后及時批閱本節的延伸拓展訓練。

　　九、板書設計

　　一、金屬的存在：游離態：少數不活潑的金屬；化合態：多數比較活潑的金屬