高一下學(xué)期化學(xué)人教版必修2教案 第四章開發(fā)利用金屬礦物和海水資源

PAGE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本節(jié)教材分析三維目標(biāo)1．知識(shí)與技能：（1）了解金屬元素在自然界的存在形態(tài)。（2）掌握金屬冶煉的原理和方法。（3）掌握鋁熱反應(yīng)及其應(yīng)用。（4）了解海水資源開發(fā)和利用的前景及化學(xué)在其中可以發(fā)揮的作用。（5）幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)和體會(huì)化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義和作用，了解金屬回收和資源保護(hù)的意義。2．過程與方法：（1）培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和查閱相關(guān)資料進(jìn)行分析概括的能力。（2）通過案例探究培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)、比較、分類、歸納、概括等方法對(duì)獲取的信息進(jìn)行加工，同時(shí)訓(xùn)練學(xué)生的口頭表達(dá)能力和交流能力。（3）通過對(duì)案例探究，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新意識(shí)，從而悟出學(xué)好化學(xué)的科學(xué)方法。3．情感態(tài)度價(jià)值觀：（1）體會(huì)化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義和作用，揭示化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展的重要關(guān)系，樹立資源保護(hù)意識(shí)及合理開發(fā)意識(shí)。（2）通過化學(xué)史的教學(xué)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)并欣賞化學(xué)科學(xué)對(duì)提高人類生活質(zhì)量和促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的重要作用。（3）介紹我國古代在金屬冶煉方面的成就，激發(fā)學(xué)生的愛國主義情感。（4）認(rèn)識(shí)化學(xué)在環(huán)境保護(hù)中的作用，樹立綠色化學(xué)的觀念。教學(xué)重點(diǎn)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。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。教學(xué)建議教學(xué)過程中要注意以下幾個(gè)方面：（1）利用多媒體輔助教學(xué)，擴(kuò)大教學(xué)容量。本節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)難度不大，但涉及的基本知識(shí)比較豐富，信息量較大，可以可以利用圖片、錄音、錄像材料以及多媒體動(dòng)畫，或?qū)⑺鼈冇袡C(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮其整體功能優(yōu)化教學(xué)過程。（2）聯(lián)系元素化合物知識(shí)和氧化還原\o"全品高考網(wǎng)"反應(yīng)理論。本節(jié)中金屬的冶煉以及海水提鎂、海水提溴、海帶中碘元素的檢驗(yàn)等，涉及到元素化合物和氧化還原反應(yīng)，教學(xué)過程中可以引導(dǎo)學(xué)生注意這些知識(shí)和規(guī)律的應(yīng)用。（3）把握教學(xué)內(nèi)容深淺度，嚴(yán)格按照課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行教學(xué)。區(qū)分好金屬冶煉在必修2和選修1模塊中教學(xué)要求的差異，海水資源在必修2和選修2中的教學(xué)要求的差異，不要拓展和延伸到相關(guān)聯(lián)的模塊中。新課導(dǎo)入設(shè)計(jì)導(dǎo)入一當(dāng)今世界，全球性資源緊張、能源匱乏，與人口迅速增長的矛盾日益突出，金屬礦物和海水資源同人類的生活有著日益緊密的聯(lián)系。這節(jié)課我們來研究如何利用化學(xué)方法，更加合理開發(fā)利用金屬資源。導(dǎo)入二1、什么是自然資源，最常見的自然資源貯藏在哪里？2、化學(xué)在自然資源的開發(fā)利用方面有何種作用與價(jià)值？1、自然資源主要以礦物的形式貯藏于地下或以溶解鹽的形式存在于海水中；2、化學(xué)可以優(yōu)化物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性能、使用價(jià)值，可以合成自然界沒有的物質(zhì)，可以開發(fā)人類社會(huì)新能源，可以提高資源的利用范圍和資源的利用率，同時(shí)也可以保護(hù)自然環(huán)境。引出課題：化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用，研究如何開發(fā)利用金屬礦物和海水資源?！窘虒W(xué)過程】第一課時(shí)【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?！举|(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?！景鍟慷⒔饘俚囊睙挕驹O(shè)問探究】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?！景鍟?、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?！景鍟?、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)?！景鍟?1)、熱分解法2HgO2Hg＋O2↑2Ag2O4Ag＋O2↑【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?！景鍟?2)、電解法MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑【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(duì)不活潑的金屬從其化合物中置換出來。【板書】(3)、熱還原法=1\*GB3①常用還原劑：焦炭、CO、H2、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?！军c(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?！緦?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鐵存在；\o"全品高考網(wǎng)"反應(yīng)后再用磁鐵檢查有無鐵生成)觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并思考回答：反應(yīng)前：無鐵存在。\o"全品高考網(wǎng)"反應(yīng)中：發(fā)光、放熱、反應(yīng)劇烈。\o"全品高考網(wǎng)"反應(yīng)后：用磁鐵檢查生成物有塊狀物被吸起。2Al+Fe2O3=2Fe+Al2O3+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\o"全品高考網(wǎng)"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）?！菊f明】在該\o"全品高考網(wǎng)"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\o"全品高考網(wǎng)"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\o"全品高考網(wǎng)"反應(yīng)？如何書寫化學(xué)方程式呢？2Al+Fe2O3=2Fe+Al2O3

【講述】我們把上述反應(yīng)稱為鋁熱\o"全品高考網(wǎng)"反應(yīng)?！景鍟竣阡X熱反應(yīng)

【應(yīng)用探究】鋁熱\o"全品高考網(wǎng)"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(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?！局v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\o"全品高考網(wǎng)"反應(yīng)）。2Al＋Cr2O3＝2Cr＋Al2O34Al＋3MnO2＝2Al2O3＋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(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?！局v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?！举Y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(huì)越來越少，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?！拘〗Y(jié)】指導(dǎo)學(xué)生歸納本節(jié)課的內(nèi)容?！咀鳂I(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(bào)告（300字左右）【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\*GB3①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\o"全品高考網(wǎng)"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)第二課時(shí)【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(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(hù)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(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展將越來越多地依賴海洋?！举Y料展示】海洋之所以被譽(yù)為人類未來的希望，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）?！景鍟恳弧⒑Ｑ筚Y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(gè)領(lǐng)域。據(jù)預(yù)測，2000年時(shí)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(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)100×104t，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)50×108m3。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)10×104t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?！局v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(jìn)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(shí)際上是一種簡易的太陽能蒸餾容器。２０世紀(jì)６０年代，美國在佛羅里達(dá)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(shí)驗(yàn)站。希臘、阿爾及利亞、澳大利亞等國也進(jìn)行了許多太陽能蒸餾試驗(yàn)。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(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能進(jìn)行海水淡化的裝置?！局v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(jià)值。我國對(duì)海水化學(xué)元素的提取