开发利用金属矿物和海水资源

学校-临清三中- 学科-化学
第四章第1节开发利用金属矿物和海水资源
一、教材分析
《开发利用金属矿物和构》是人教版高中化学必修二第四章第1节的内容，主要帮助学生认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，解释化学与可持续发展的重要关系，树立资源保护意识及合理开发意识。因此，要围绕这一教学目标展开。本节教学重点：解化学方法在金属矿物开发（主要是金属冶炼）及海水资源开发中的作用。
本节教学难点：学生在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解适用于不同金属的冶炼方法。
二、教学目标
1．知识目标：
(1)说出金属冶炼的一般原理及冶炼的一般方法
(2)说出海水资源综合利用对人类社会发展的重要意义
2．能力目标：
(1)通过铝热反应及海水的实验，学会金属冶炼的原理及简单了解元素分析的方法
(2)通过小组间的交流与合作，提高学生的语言表达能力及思维的严密性。
3．情感、态度和价值观目标：
(1)通过了解金属回收的意义，培养学生的资源环保意识
(2)通过联系知识与生产实践的关系，激发学生对化学学科的兴趣热爱
三、教学重点难点
重点：了解化学方法在金属矿物开发（主要是金属冶炼）及海水资源开发中的作用。
难点：学生在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解适用于不同金属的冶炼方法。
四、学情分析
学生已有的知识和实验水平有差距。有些学生化学实验基础都不好，所以讲解时需要详细。对于研磨和过滤等操作学生有一定的基础，但铝热实验是首次接触，需要教师指导并严格注意实验安全。
五、教学方法
1．实验法：铝热反应，海带中提取碘
2．学案导学：见后面的学案。
3．新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习
六、课前准备
1．学生的学习准备：预习导学案，完成课前预习学案离。
2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。3．教学环境的设计和布置：六人一组，实验室内教学。课前打开实验室门窗通风，课前准备好绿实验用具
七、课时安排：1课时
八、教学过程
(一)预习检查、总结疑惑
检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。

（二）情景导入、展示目标。
【引言】 金属在自然界中的分布很广，但金属元素一般分布在什么区域？
【讲解】 （正确评价学生的回答，并补充）金属元素广泛分布于矿物中，动植物体内及海洋等区域中。
【质疑】 金属元素在自然界中，如矿物或海洋中，是如何存在的呢？这又与什么性质有关？
【板书】 一、金属的存在：游离态：少数不活泼的金属；化合态：多数比较活泼的金属
【介绍】 我国的矿产资源现状，国情教育
【讲解】 我们日常使用的金属材料大多是金属单质或合金。因此必须把化合态的金属转化为金属单质－金属的冶炼。
【板书】 二、金属的冶炼
【设问探究】 我们该如何从矿石中提炼出金属单质呢？根据什么原理？
【学生活动】 分组讨论、发言
【讲解】 （正确评价学生的回答并复述）冶炼金属的根据是用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成单质，经过三个步骤。冶炼的步骤： 第一步：矿石的富集：除去杂质，提高矿石中有用成分含量。 第二步：冶炼：利用氧化还原反应，在一定条件下，用还原剂还原。 第三步：精炼：采用一定方法，提炼纯金属。
【板书】 1、金属冶炼的实质 【分析探讨】金属离子的得电子能力是否全都相同？这与什么有关？
【讲解】 由于金属的活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，因此，对于不同活性的金属离子就必须采取不同的还原方法进行冶炼。
【板书】 2、金属冶炼的方法
【分析】 一些不活泼的金属，它们是在金属活动顺序中位于氢后面的金属，如 Hg、Ag等，其阳离子得电子能力很强，所以其还原的条件比较容易达到。Hg、Ag的氧化物受热就能分解得到单质。
【板书】 (1)、热分解法 2HgO 2Hg＋O 2 ↑2AgO 2Ag＋O 2 ↑
【分析】 位于活动性顺序表中前端的金属如 K、Na、Ca、Al等金属，我们知道其还原性很强，容易失去电子，而其对应的阳离子则氧化性很弱，很难得到电子；一般的还原剂都无法把它的阳离子还原出来。我们只能使用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。
【板书】 (2)、电解法 MgCl 2 (熔融) Mg＋Cl 2 ↑
【分析】 对于大多数金属，如位于金属活动顺序表中间一段的金属所对应的离子，得电子能力较强，其化合物又不能通过受热分解得到金属单质，必须使用还原剂还原金属阳离子。常见的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气。一些活泼金属也可作为还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。

【板书】 (3)、热还原法 ① 常用还原剂：焦炭、CO、H 2 、活泼金属(如Al)等
【练习】 分别写出这四种常用的还原剂冶炼赤铁矿的化学方程式。
【点评并强调】 若金属以硫化物或碳酸盐形式存在，应先将其转化成氧化物。
【实验探究】 实验 4—1 (实验前用磁铁检查一下室温条件下有无铁存在；反应后再用磁铁检查有无铁生成)观察、记录实验现象，并思考回答：反应前：无铁存在。反应中：发光、放热、反应剧烈。反应后：用磁铁检查生成物有块状物被吸起。2Al+Fe 2 O 3 =2Fe+Al 2 O 3 +Q。Al的还原性强于铁，也能与化合态氧结合。证明Al的还原性强于Fe，Al可与化合态的氧反应。 （演示铝热反应，由学生写出反应方程式，并分析各种试剂的作用）。
【说明】 在该反应中，镁条和氯酸钾是引燃剂，镁条在空气中可以燃烧，氧气是氧化剂。但插入混合物中的部分镁条燃烧时，氯酸钾则是氧化剂，以保证镁条的继续燃烧，同时放出足够的热量引发氧化铁和铝粉的反应。由于该反应放出大量的热，只要反应已经引发，就可剧烈进行，放出的热使生成的铁熔为液态。 【设疑】 发生了什么反应？如何书写化学方程式呢？ 2Al+Fe 2 O 3 =2Fe+Al 2 O 3
【讲述】 我们把上述反应称为铝热反应。
【板书】 ②铝热反应
【应用探究】 铝热反应有什么用途呢？
【放录像】 铝热反应在生产中的应用：焊接钢轨、冶炼难熔金属。看录像。体会化学在生产、生活中的实际应用，激发学生热受化学的情感。
【讲述并板书】 ③应用： a：野外焊接。 b：冶炼难熔金属（要求学生写出冶炼铬、锰的反应）。 2Al＋Cr 2 O 3 ＝2Cr＋Al 2 O 3 4Al＋3MnO 2 ＝2Al 2 O 3 ＋3Mn

【小结】 金属冶炼的方法：（投影）


【过渡】 地球上的金属矿产资源是有限的，无法再生，而且随着金属的使用，金属会被腐蚀而污染环境，那么我们应该具体怎么做呢？
【板书】 三、金属的回收与环境、资源保护
【阅读指导】 阅读教材相关内容。
【讲述】 正确评价学生的回答并归纳。
【讲述】 有关金属回收再利用的好处。 1、废旧金属的最好处理方法是回收利用。 2、回收利用废旧金属的意义是减少垃圾量，防止污染环境且缓解资源短缺的矛盾。
【资料介绍】 以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土矿资源。当前全球原铝的年产量约 2500万吨，年消耗铝土矿超过一亿吨，如果照此发展下去，地球上的铝土矿资源就会越来越少，直至有一天枯竭。如果人类消费的铝能够回收利用，只要回收利用量达到产量的二分之一，每年就将减少铝土矿消耗量约5000万吨，这对保护全球铝土矿资源具有极为重要的意义。其次，利用废杂原料生产一吨合金铝锭与用铝土矿原料生产一吨原铝锭相比，可以节省95％以上的能源消耗。 每生产一吨原铝锭需要消耗能源 213．2TJ(电能约占82％)，而生产一吨再生铝合金锭所需能源消耗为5．5TJ(燃料约占80％)，仅为原铝锭生产能源消耗的2．6％，优势比较明显。由于铝可以反复循环使用，从再生铝废料中再生产铝，其节能效果更加显著。另外，再生铝生产中二氧化碳的产生量和排放量与原铝生产相比，大为减少。有资料统计，再生铝生产可比用水电生产原铝减少二氧化碳排放量91%，比用燃油发电减少二氧化碳排放量97％以上，比用煤发电减少的二氧化碳排放量更多，环保效益十分显著。　
【小结】 指导学生归纳本节课的内容。
【作业】 上网查资料了解中国金属的回收利用情况，并写一份调查报告（ 300字左右）
【引入】 海洋约占地球表面积的 71%，具有十分巨大的开发潜力。海洋对于人类的意义，已不再局限于传统的提供生存的自然环境、渔盐之利、航运交通、国家安全等方面。海洋农牧化、海洋油气开发、深海采矿、海水综合利用等产业开发已形成规模，并显示出巨大潜力。开发利用海洋资源，保护海洋生态环境，是解决人口、资源、环境问题的重要途径。我国的社会和经济发展将越来越多地依赖海洋。
【资料展示】 海洋之所以被誉为人类未来的希望，是因为海洋中有丰富的资源和能源。海洋自然资源的分类有多种，《中国自然资源丛书?海洋卷》按照海洋资源的性质、特点、存在形态，将海洋资源分为 6个大类：①海洋生物资源（包括渔业资源、药物资源、珍稀物种资源）；②海底矿产资源（包括金属矿产资源、非金属矿产资源、石油和天然气资源）；③海洋空间资源（包括土地资源、港口和交通资源、环境空间资源）；④海水资源（包括盐业资源、溶存的化学资源、水资源）；⑤海洋新能源（包括潮汐能资源、波浪能资源、海流能资源、温差和盐差能资源、海上风能资源）；⑥海洋旅游资源（包括海洋自然景观旅游资源、娱乐和运动旅游资源、人类海洋历史遗迹旅游资源、海洋科学旅游资源、海洋自然保护区旅游资源）。?
【板书】 一、海洋资源的分类 【多媒体投影】

【讲述】本节我们仅以海水资源为例，一起来探究一下海水资源的利用和海水化学资源的利用前景。
【阅读教材及资料并思考】 1、海水中水资源的利用包括哪几部分？ 2、海水淡化有哪些方法？
【资料展示】 海水直接利用包括沿海工业冷却用水、生活用水和耐盐植物灌溉。这是海水资源开发的一个领域。据预测， 2000年时美国工业用水的1/3将由海水提供。我国今后也要发展海水直接利用工程。在沿海地区，特别是在电力、冶金、化工等行业推广海水冷却方法，同时推广在生活领域中使用海水，如冲洗、除尘、消防、灌溉、印染等。目前青岛市已有20多个单位直接利用海水，年用海水量占全市工业用水量的67％，上海石化总厂每小时用海水量达100×10 4 t，青岛、大连、天津等城市的发电、石油、化工等部门每年直接利用海水达50×10 8 m 3 。 海水淡化现有 20多种技术方法。目前技术纯熟、经济效益较好的是蒸馏法、电渗析法和反渗透法。蒸馏法即通过将海水加热蒸发，再把蒸汽冷凝得到淡水。这是传统的方法，目前生产能力最大。这种技术正朝着容量大型化（日产10×10 4 t以上）和目的多重化的方向发展，如利用淡化后的浓缩海水提取有用物质，利用发电厂余热进行海水淡化等。我国已进行了日产百吨的淡化装置试制，具备了设计和研制大、中型蒸馏淡化装置的技术能力。 我国的海水化学资源
【讲述】 海水水资源的利用包括两个方面， 1、海水直接利用。2、海水的淡化。
【板书】 二、海水水资源的利用： 1、海水直接利用。 2、海水的淡化。
【讲述】 水淡化的方法已有十几种，主要的有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善，是目前海水淡化的主要方法。此法耗能大成本较高，因此可利用太阳能进行海水蒸馏淡化。 蒸馏装置图
【资料展示】 太阳能海水蒸馏器 第二次世界大战中，美国国防部制造了许多军用海水淡化急救装置，供飞行员和船员落水后取水用，这种装置实际上是一种简易的太阳能蒸馏容器。２０世纪６０年代，美国在佛罗里达的戴托纳海滩，建立了供大规模太阳能蒸馏研制工作用的特殊实验站。希腊、阿尔及利亚、澳大利亚等国也进行了许多太阳能蒸馏试验。世界上最大的池式太阳能蒸馏器在希腊的帕特莫斯，玻璃总面积为８６５１平方米，最大日产量为４０立方米淡水。 太阳能蒸馏器结构简单，主要由装满海水的水盘和覆盖在它上面的玻璃或透明塑胶盖板构成。水盘表面涂黑，装满待蒸馏的水，盘下绝热，水盘上覆盖的玻璃或透明塑胶盖板下缘装有集水沟，并与外部集水槽相通。太阳辐射透过透明盖板，水盘中的水吸热蒸发为水蒸气，与蒸馏室内空气一起对流。由于盖板本身吸热少，温度低于池中温水，水蒸气上升并与盖板接触后凝结成水滴，沿着倾斜盖板借助重力流到集水沟里，而后再流到集水器中。池式太阳能蒸馏器中海水的补充可以是连续的，也可以是断续的。虽然它有很多不同的结构形式，但基本原理是一样的。这类蒸馏器是一种理想的利用太阳能进行海水淡化的装置。
【讲述】 海水中溶存着 80多种元素，其中不少元素可以提取利用，具有重要的开发价值。我国对海水化学元素的提取都有一些研究，可以列为未来的开发产业。
【板书】 三、海水化学资源的利用
【实验探究】 海水中几种重要元素的提取： 1、海水提溴 2、海带中碘元素的证明？
【学生活动】 1、阅读教材，写出有关海水提溴利用原理的化学方程式。 2、描述“海带中碘元素的证明”实验现象写出相关的化学方程式。
【作业】 上网查资料了解从海水中提取其它元素（如钾、镁等），并写一份调查报告（ 1000字左右）。 【板书设计】 一、海洋资源的分类 二、海水水资源的利用： 1、海水直接利用 2、海水的淡化 三、海水化学资源的利用
（四）反思总结，当堂检测。
教师组织学生反思总结本节课的主要内容，并进行当堂检测。
设计意图：引导学生构建知识网络并对所学内容进行简单的反馈纠正。（课堂实录）
（五）发导学案、布置预习。
布置下节课的预习作业，并对本节课巩固提高。教师课后及时批阅本节的延伸拓展训练。
九、板书设计
一、金属的存在：游离态：少数不活泼的金属；化合态：多数比较活泼的金属
二、金属的冶炼 1、金属冶炼的实质 2、金属冶炼的方法 (1)、热分解法 (2)、电解法 (3)、热还原法 ① 常用还原剂：焦炭、CO、H2、活泼金属(如Al)等 ②铝热反应 ③铝热反应的应用： a：野外焊接。 小结：金属冶炼的方法：
三、金属的回收与环境、资源保护

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