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高中開(kāi)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(kāi)發(fā)利用金屬礦物和海水資源
一、教材分析
《開(kāi)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(rèn)識(shí)和體會(huì)化學(xué)在自然資源開(kāi)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(shù)立資源保護(hù)意識(shí)及合理開(kāi)發(fā)意識(shí)。因此，教學(xué)要圍繞這一教學(xué)目標(biāo)展開(kāi)。本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)：解化學(xué)方法在金屬礦物開(kāi)發(fā)（主要是金屬冶煉）及海水資源開(kāi)發(fā)中的作用。
本節(jié)教學(xué)難點(diǎn)：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(biāo)
1．知識(shí)目標(biāo)：
(1)說(shuō)出金屬冶煉的一般原理及冶煉的一般方法
(2)說(shuō)出海水資源綜合利用對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的重要意義
2．能力目標(biāo)：
(1)通過(guò)鋁熱反應(yīng)及海水的實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)金屬冶煉的原理及簡(jiǎn)單了解元素分析的方法
(2)通過(guò)小組間的交流與合作，提高學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力及思維的嚴(yán)密性。
3．情感、態(tài)度和價(jià)值觀目標(biāo)：
(1)通過(guò)了解金屬回收的意義，培養(yǎng)學(xué)生的資源環(huán)保意識(shí)
(2)通過(guò)聯(lián)系知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科的興趣熱愛(ài)
三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)
重點(diǎn)：了解化學(xué)方法在金屬礦物開(kāi)發(fā)（主要是金屬冶煉）及海水資源開(kāi)發(fā)中的作用。
難點(diǎn)：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(shí)和實(shí)驗(yàn)水平有差距。有些學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)都不好，所以講解時(shí)需要詳細(xì)。對(duì)于研磨和過(guò)濾等操作學(xué)生有一定的基礎(chǔ)，但鋁熱實(shí)驗(yàn)是首次接觸，需要教師指導(dǎo)并嚴(yán)格注意實(shí)驗(yàn)安全。
五、教學(xué)方法
1．實(shí)驗(yàn)法：鋁熱反應(yīng)，海帶中提取碘
2．學(xué)案導(dǎo)學(xué)：見(jiàn)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(biāo)→合作探究、精講點(diǎn)撥→反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測(cè)→發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置預(yù)習(xí)
六、課前準(zhǔn)備
1．學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)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(zhǔn)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(jì)和布置：六人一組，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)教學(xué)。課前打開(kāi)實(shí)驗(yàn)室門窗通風(fēng)，課前準(zhǔn)備好綠實(shí)驗(yàn)用具
七、課時(shí)安排：1課時(shí)
八、教學(xué)過(guò)程
(一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑
檢查落實(shí)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(duì)性。
（二）情景導(dǎo)入、展示目標(biāo)。
【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(píng)價(jià)學(xué)生的回答，并補(bǔ)充）金屬元素廣泛分布于礦物中，動(dòng)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(guó)的礦產(chǎn)資源現(xiàn)狀，國(guó)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(wèn)探究】 我們?cè)撊绾螐牡V石中提煉出金屬單質(zhì)呢？根據(jù)什么原理？
【學(xué)生活動(dòng)】 分組討論、發(fā)言
【講解】 （正確評(píng)價(jià)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(guò)三個(gè)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(shí)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(dòng)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(duì)于不同活性的金屬離子就必須采取不同的還原方法進(jìn)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(dòng)順序中位于氫后面的金屬，如 Hg、Ag等，其陽(yáng)離子得電子能力很強(qiáng)，所以其還原的條件比較容易達(dá)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(dòng)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(qiáng)，容易失去電子，而其對(duì)應(yīng)的陽(yáng)離子則氧化性很弱，很難得到電子；一般的還原劑都無(wú)法把它的陽(yáng)離子還原出來(lái)。我們只能使用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來(lái)冶煉。
【板書】 (2)、電解法 MgCl 2 (熔融) Mg＋Cl 2 ↑
【分析】 對(duì)于大多數(shù)金屬，如位于金屬活動(dòng)順序表中間一段的金屬所對(duì)應(yīng)的離子，得電子能力較強(qiáng)，其化合物又不能通過(guò)受熱分解得到金屬單質(zhì)，必須使用還原劑還原金屬陽(yáng)離子。常見(jiàn)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(duì)不活潑的金屬?gòu)钠浠衔镏兄脫Q出來(lái)。
【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(diǎn)評(píng)并強(qiáng)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(shí)驗(yàn)探究】 實(shí)驗(yàn) 4—1 (實(shí)驗(yàn)前用磁鐵檢查一下室溫條件下有無(wú)鐵存在；反應(yīng)后再用磁鐵檢查有無(wú)鐵生成)觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并思考回答：反應(yīng)前：無(wú)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(qiáng)于鐵，也能與化合態(tài)氧結(jié)合。證明Al的還原性強(qiáng)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(shuō)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(shí)，氯酸鉀則是氧化劑，以保證鎂條的繼續(xù)燃燒，同時(shí)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(jìn)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�。體會(huì)化學(xué)在生產(chǎn)、生活中的實(shí)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(guò)渡】 地球上的金屬礦產(chǎn)資源是有限的，無(wú)法再生，而且隨著金屬的使用，金屬會(huì)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(hù)
【閱讀指導(dǎo)】 閱讀教材相關(guān)內(nèi)容。
【講述】 正確評(píng)價(jià)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(dāng)前全球原鋁的年產(chǎn)量約 2500萬(wàn)噸，年消耗鋁土礦超過(guò)一億噸，如果照此發(fā)展下去，地球上的鋁土礦資源就會(huì)越來(lái)越少，直至有一天枯竭。如果人類消費(fèi)的鋁能夠回收利用，只要回收利用量達(dá)到產(chǎn)量的二分之一，每年就將減少鋁土礦消耗量約5000萬(wàn)噸，這對(duì)保護(hù)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(shì)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(jì)，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(guó)金屬的回收利用情況，并寫一份調(diào)查報(bào)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(kāi)發(fā)潛力。海洋對(duì)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(yùn)交通、國(guó)家安全等方面。海洋農(nóng)牧化、海洋油氣開(kāi)發(fā)、深海采礦、海水綜合利用等產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)已形成規(guī)模，并顯示出巨大潛力。開(kāi)發(fā)利用海洋資源，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，是解決人口、資源、環(huán)境問(wèn)題的重要途徑。我國(guó)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展將越來(lái)越多地依賴海洋。
【資料展示】 海洋之所以被譽(yù)為人類未來(lái)的希望，是因?yàn)楹Ｑ笾杏胸S富的資源和能源。海洋自然資源的分類有多種，《中國(guó)自然資源叢書海洋卷》按照海洋資源的性質(zhì)、特點(diǎn)、存在形態(tài)，將海洋資源分為 6個(gè)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(lè)和運(yùn)動(dòng)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(hù)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(lái)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(kāi)發(fā)的一個(gè)領(lǐng)域。據(jù)預(yù)測(cè)， 2000年時(shí)美國(guó)工業(yè)用水的1/3將由海水提供。我國(guó)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(shí)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(gè)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(shí)用海水量達(dá)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(dá)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(jì)效益較好的是蒸餾法、電滲析法和反滲透法。蒸餾法即通過(guò)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(jìn)行海水淡化等。我國(guó)已進(jìn)行了日產(chǎn)百噸的淡化裝置試制，具備了設(shè)計(jì)和研制大、中型蒸餾淡化裝置的技術(shù)能力。 我國(guó)的海水化學(xué)資源
【講述】 海水水資源的利用包括兩個(gè)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(yáng)能進(jìn)行海水蒸餾淡化。 蒸餾裝置圖
【資料展示】 太陽(yáng)能海水蒸餾器 第二次世界大戰(zhàn)中，美國(guó)國(guó)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(shí)際上是一種簡(jiǎn)易的太陽(yáng)能蒸餾容器。２０世紀(jì)６０年代，美國(guó)在佛羅里達(dá)的戴托納海灘，建立了供大規(guī)模太陽(yáng)能蒸餾研制工作用的特殊實(shí)驗(yàn)站。希臘、阿爾及利亞、澳大利亞等國(guó)也進(jìn)行了許多太陽(yáng)能蒸餾試驗(yàn)。世界上最大的池式太陽(yáng)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(yáng)能蒸餾器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yáng)輻射透過(guò)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(duì)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(yáng)能蒸餾器中海水的補(bǔ)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(yáng)能進(jìn)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(kāi)發(fā)價(jià)值。我國(guó)對(duì)海水化學(xué)元素的提取都有一些研究，可以列為未來(lái)的開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)。
【板書】 三、海水化學(xué)資源的利用
【實(shí)驗(yàn)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(dòng)】 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(shí)驗(yàn)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(bào)告（ 1000字左右）。 【板書設(shè)計(jì)】 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
�。ㄋ模┓此伎偨Y(jié)，當(dāng)堂檢測(cè)。
教師組織學(xué)生反思總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容，并進(jìn)行當(dāng)堂檢測(cè)。
設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)并對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單的反饋糾正。（課堂實(shí)錄）
�。ㄎ澹┌l(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(duì)本節(jié)課鞏固提高。教師課后及時(shí)批閱本節(jié)的延伸拓展訓(xùn)練。
九、板書設(shè)計(jì)
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(shí)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(hù)
四、海水化學(xué)資源的利用
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