第一節(jié) 化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用

1、第四章 化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用第一節(jié) 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源第一課時教學(xué)目標(biāo)：1知識目標(biāo)：(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(biāo)：(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(dá)能力及思維的嚴(yán)密性。3情感、態(tài)度和價值觀目標(biāo)：(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)科的興趣熱愛教學(xué)重難點：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：在掌握金屬冶煉的一般

2、原理基礎(chǔ)上，了解適用于不同金屬的冶煉方法。教學(xué)方法：討論、歸納教學(xué)過程：【引入新課】 現(xiàn)在各種報刊媒體頻繁出現(xiàn)“可持續(xù)發(fā)展”一詞，有那位同學(xué)解釋一下？【閱讀】資料卡片：自然資源與可持續(xù)發(fā)展。增加資料：我國21世紀(jì)初可持續(xù)發(fā)展的總體目標(biāo)是：可持續(xù)發(fā)展能力不斷增強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得顯著成效，人口總量得到有效控制，生態(tài)環(huán)境明顯改善，資源利用率顯著提高，促進(jìn)人與自然的和諧，推動整個社會走上生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路?！局v述】 人們通常將數(shù)以萬計的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行分類，在原子、分子、乃至超分子等不同的結(jié)構(gòu)層次上研究物質(zhì)及其化學(xué)變化規(guī)律，認(rèn)識物質(zhì)在變化過程中表現(xiàn)出來的性質(zhì)，所有這些都是人類利用

3、自然資源、豐富物質(zhì)世界的重要依據(jù)。下面我們主要以金屬礦物和海水資源的綜合利用為例，一起認(rèn)識體會化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義合作用?！景鍟恳?、金屬礦物的開發(fā)利用【講述】除了金、鉑等少數(shù)金屬外，絕大多數(shù)金屬都以化合物形式存在于自然界?；瘜W(xué)要研究如何合理、高效的利用這些金屬礦石，將其中的金屬從化合物中還原出來用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料，這一過程在工業(yè)上稱為金屬的冶煉。由于金屬的活動性不同，可以必須采用不同的冶煉方法?！景鍟?熱分解法【講述】有些不活潑金屬僅用熱分解法就能制得。在金屬活動性順序中，位于氫后面的金屬的氧化物受熱就能分解。例如：【板書】2HgO2Hg+O22Ag2O4Ag+O22熱

4、還原法【講述】 多數(shù)金屬（活動性介于鎂和銅之間的金屬）的冶煉過程屬于熱還原法。常用的還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣和活潑金屬等。【板書】Fe2O3+3CO 2Fe+CO2WO3+3H2 W+3H2OZnO+CZn+COMgO+C Mg(g)+CO(g)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu3.電解法【講述】在金屬活動性順序中，鉀、鈉、鈣、鋁等幾種金屬的還原性很強(qiáng)，這些金屬都很容易失去電子，因此不能用一般的方法和還原劑使其從化合物中還原出來，而只能用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來冶煉?！景鍟?NaCl（熔融） 2Na+Cl24NaOH（熔融） 4Na+O2+2H2OMgCl2（熔融） Mg+Cl2

5、2Al2O3 4Al+3O2【講述】 大部分金屬的冶煉都是通過在高溫下發(fā)生的氧化還原反應(yīng)來完成的，常用的還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣等，如在初中學(xué)過的用碳還原氧化銅、鐵的冶煉等。一些活潑金屬也作還原劑，將相對不活潑的金屬從其化合物中置換出來?！緦嶒?-1】鋁熱反應(yīng) 【講述】操作要點：(1)把兩張濾紙分別折疊成漏斗狀套在一起（內(nèi)層濾紙底部剪一小孔，用水濕潤）架在鐵架臺上，下面放置一盛沙子的蒸發(fā)皿。(2)將5g干燥的氧化鐵粉末和2g鋁粉均勻混合后放入紙漏斗中，混合物上面加少量氯酸鉀固體，中間插一根用砂紙打磨過的鎂條。(3)用燃著的小木條點燃鎂條，觀察現(xiàn)象。 【實驗現(xiàn)象】 (1)鎂條劇烈燃燒，并發(fā)出

6、耀眼的白光。(2)引起混合物劇烈燃燒，發(fā)光發(fā)熱。(3)紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷卻后，除去外層熔渣（Al2O3)，可以發(fā)現(xiàn)落下的是鐵珠?！景鍟夸X熱反應(yīng)：Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3【講述】下面來看一下鋁熱劑及應(yīng)用:(1)鋁熱劑：鋁粉與某些金屬（比鋁不活潑的金屬）氧化物的混合物。在高溫下發(fā)生反應(yīng)，放出大量的熱，其混合物稱為鋁熱劑；反應(yīng)稱為鋁熱反應(yīng)。(2)鋁熱反應(yīng)的特點：在高溫下引燃后劇烈反應(yīng)，放出大量的熱，產(chǎn)生高溫，使被還原出來的金屬熔化，與熔渣分離。體現(xiàn)鋁的還原性、氧化鋁高熔點的性質(zhì)。 (3)鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用：焊接鋼軌冶煉高熔點金屬：V、Cr、Mn等。【閱讀】表

7、4-1：常見金屬的冶煉原理。 金 屬 冶 煉 原 理 Fe Fe2O3+3CO 2Fe + CO2 Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3（鋁熱反應(yīng)） Cu Cu2S + O2 2Cu + SO2(火法煉銅) Fe CuSO4 = FeSO4 Cu(濕法煉銅) Mg MgO C Mg(g) CO(g) MgCl2（熔融） Mg + Cl2Al 2Al2O3 （熔融）4Al + 3O2Na 2NaCl（熔融） 2Na + Cl2【小結(jié)】金屬活動順序表中不同金屬冶煉方法的選擇【講述】 地球上的金屬礦物資源是有限的，我們必須學(xué)會合理開發(fā)和利用這些礦物資源。如何有效的使用金屬產(chǎn)品、材料，主要途徑？

8、（提高金屬礦物的利用率，減少金屬的使用量，加強(qiáng)金屬的回收和利用，用其它材料代替金屬材料等）【投影】海低多金屬結(jié)核礦石： 【思考交流】 如何開發(fā)這些海底資源？【板書】二、海水資源的開發(fā)和利用【引入】海洋占地球表面的71%，總面積約3.6億平方千米。海水資源的利用。主要包括海水淡化和直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻等。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?！局v述】 海水淡化：是指從海水中獲取淡水的技術(shù)和過程；海水淡化的方法主要有蒸餾法 、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

9、用太陽能進(jìn)行海水蒸餾淡化?！景鍟?. 海水水資源的利用：主要包括 海水的淡化 和直接利用海水進(jìn)行 循環(huán)冷卻 。海水淡化的方法：主要有蒸餾法 、電滲析 法 、離子交換 法等。海水蒸餾原理示意圖【資料】蒸餾法海水淡化技術(shù)研究已有幾十年的歷史。天津大港電廠引進(jìn)兩臺3000立方米/日多級閃蒸海水淡化裝置，于1990年運(yùn)轉(zhuǎn)至今，積累了大量寶貴經(jīng)驗。低溫多效蒸餾海水淡化技術(shù)經(jīng)過"九五"科技攻關(guān)，作為"十五"國家重大科技攻關(guān)項目正在青島建立3000噸/日的示范工程。太陽能蒸發(fā)原理示意圖【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

10、。因此海洋是一個遠(yuǎn)未完全開發(fā)的巨大化學(xué)資源寶庫。（海水中含有的各種元素的特點：種類多，總儲量大，富集程度低。因此，從海水中提取物質(zhì)需要解決物質(zhì)的富集的問題。）【板書】三、海水化學(xué)資源的利用【講述】 我國海水制鹽具有悠久的歷史。目前，從海水中制得的氯化鈉除食用外，還用作工業(yè)原料，如生產(chǎn)燒堿、純堿、金屬鈉以及氯氣、鹽酸、漂白粉等含氯化工產(chǎn)品。從海水中制取鎂、鉀、溴及其化工產(chǎn)品，是傳統(tǒng)海水制鹽工業(yè)上的發(fā)展?！緦嶒?-2】海帶成分中碘的檢驗，按課本要求做實驗。我們知道海帶中含有碘元素，如何證明海帶中還有碘元素呢？（1）反應(yīng)原理：海帶中的碘元素主要以I-的形式存在，提取時用適當(dāng)?shù)难趸瘎℉2O2)將其氧

11、化成I2，再用有機(jī)溶劑將I2萃取出來。用H2O2做氧化劑，反應(yīng)的離子方程式是：2I-+ H2O2 + 2H+ = I2 + 2H2O 。（2）操作步驟：取約3g干海帶，把表面的浮著物用刷子刷凈（不要用水沖洗，以免 洗去表面的碘化物），用剪刀剪碎后，用酒精濕潤，放入坩堝中。點燃酒精燈，灼燒海帶至完全變?yōu)榛覡a（注意通風(fēng)）停止加熱，冷卻。將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中，向其中加入10ml蒸餾水，攪拌、煮沸23min ,過濾。 在濾液中滴入幾滴稀硫酸（3mol/l）,再加入1mL H2O2（3%），現(xiàn)象：溶液 變棕黃色 。 再加入幾滴淀粉溶液，現(xiàn)象是：溶液 變藍(lán)色 。（3）提取I2流程：含碘單質(zhì)的有機(jī)溶液含碘

12、單質(zhì)的溶液試劑殘渣含碘元素的溶液灼燒海帶溶解，過濾海帶灰 【思考與交流】將Br- 轉(zhuǎn)變?yōu)锽r2 是海水提溴中關(guān)鍵的化學(xué)反應(yīng)（見資料卡片“海水提溴”）。下面看一下從海水中提取溴的主要工藝流程?！局v述】（1）用蒸餾法將海水濃縮。用硫酸將濃縮的海水酸化。（2）向酸化的海水中通入適量的氯氣，使溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)。反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaBr + Cl2 = Br2 + 2NaCl ；（3）向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸汽，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)以達(dá)到富集的目的，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4（4）向吸收塔內(nèi)的溶液中通入適量的氯氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2HBr+ Cl2 = 2HCl+ Br2（5）用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔內(nèi)的溶液中的溴單質(zhì)，得到產(chǎn)品溴?！拘〗Y(jié)】 從海水中提取淡水海水淡化 海水制鹽海水資源