第二节　资源综合利用　环境保护PPT配套教学设计内容

第四章

化学与自然资源的开发利用

第一节

开发利用金属矿物和海水资源（第1课时）

【教学目标】

知识与技能

1、知道金属冶炼的一般原理；

2、认识铝热反应，掌握金属冶炼的方法。

过程与方法

1、通过小组讨论、自主思考的学习方式，培养自主学习能力与小组协作能力；

2、探究金属冶炼的原理及方法，提高对比分析能力与归纳总结能力。

情感态度价值观

1、通过金属矿物开发与利用专题，树立节约资源，爱护环境、变废为宝等意识；

2、认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，热爱自然，热爱化学。

【教学重点】

金属冶炼的原理；不同金属的冶炼方法

【教学难点】

不同金属的冶炼方法；铝热反应

【教学方法】

教法：多媒体讲授法、实验演示法

学法：小组讨论法、自主学习法

【教学工具】

多媒体、砂纸、铁架台（带铁圈）、蒸发皿、滤纸、火柴、沙子、铝粉或铝银粉（商业名称）、镁带、氯酸钾、氧化铁粉末、小木条

【教学过程】

【导入】同学们现在在PPT上看到了图片是我们日常生活中非常常见的形形色色的金属制品，有金手镯、银头饰、铝制厨具、铜制工具、广泛应用的铁器。可以说，金属材料已经与人类的社会生活紧密联系在一起。那么问题出现了，人类是如何将自然界蕴含的金属资源开采冶炼出来变成金属材料呢？这就是我们这节课主要讨论的问题：金属矿物的开发和利用。

【板书】金属矿物的开发和利用

【过渡】接下来我们一起穿越时空，同学们跟着我一起来回顾一下人类开发利用金属材料的发展史，尝试获得与上述金属冶炼原理、冶炼方法相关的线索。

【过渡】学习完人类开发利用金属材料的发展史之后，我们可以发现：大部分金属都是从金属矿物中被开采出来。比如孔雀石，铝土矿、铁矿石等等，因此，如果我们要系统研究金属的冶炼过程的话，我们还是要回到金属元素在自然界中的存在形态这个出发点上。

【板书】一、金属元素在自然界存在的形态

（1）游离态：极少数的不活泼金属（金、铂等）以游离态存在（单质的形式）

（2）化合态：绝大多数金属在自然界中是以化合态（化合物的形式）存在，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。

【提问】同学们回忆一下初中化学知识，自然界中游离态的金属，比如说金，它是通过什么方法从自然界中初步提取出来？

用心

爱心

专心

1

【回答】物理方法-沙里淘金

【过渡】游离态的金属可以通过物理方法获取，那自然界中那些以化合态形式存在的元素又能通过什么方法从化合物中提取出来，转变成单质呢？

【提问】上述人类开发利用金属材料的发展史中涉及到了铜、铁、铝三种金属的冶炼方法，我整理收集如表。请同学们试着将表格中其他内容完成，完成以后，请你尝试着从氧化还原反应的角度，用自己的语言来简单概括金属冶炼的过程。

【回答】三个反应中，金属元素都是从正价的化合物变成0价的单质，从氧化还原反应的角度来看，这些金属元素在反应过程中都被还原，因此我们说金属冶炼的过程就是将金属化合物还原成金属单质的过程。

【板书】二、金属冶炼的原理：

将金属从其化合物中还原出来，使之转变为单质的过程。

【过渡】既然金属冶炼的过程实质上就是将金属还原出来的过程，那么如果不同金属被还原成单质的难易程度存在差异的话，金属的冶炼方法是不是也要不一样呢？这两者之间是否存在一定的联系呢？让我们首先来了解一下金属冶炼的一般方法。

【板书】三、金属冶炼的一般方法

【过渡】

①热分解法：直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来。

2HgO

△

2Hg+O2↑

4Ag+O2↑

2Ag2O

△

【讲解】加热所需温度为300℃到500℃，和酒精灯火焰的温度差不多。常温下，汞是以化合态形式存在，不能以单质形式存在。但是据古籍记载，秦始皇陵墓中有大量的水银（单质汞）存在，以确保陵墓安全不被盗取。根据这个方程式，同学们认为按照秦始皇时期的科学技术发展水平来说，能不能冶炼出单质汞？即使是在古代，热分解法所需要的加热条件应该来说也还是比较容易达到的。

②热还原法：通常是在高温下用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来。

2CuO + C

Fe2O3+3CO

高温

CO2

↑ + 2Cu

高温

2Fe + CO2↑

【讲解】两个反应的温度为800℃.也就是说800℃以上就算高温了。

【过渡】上述反应中利用的还原剂是C和CO；H2还原氧化铜的反应，大家也比较熟悉，

其实我们原来学过一类物质只有正价，没有负价，在氧化还原反应中只能做还原剂，同学们知道，这是哪一类物质吗？接下来我们就学习一种用活泼金属做还原剂来还原金属氧化物，将其变成单质的一种反应。

【板书】铝热反应

I.操作：

用心

爱心

专心

2

(1)把两张滤纸分别折叠成漏斗状套在一起（内层滤纸底部剪一小孔，用水湿润）架在铁架台上，下面放置一

盛沙子的蒸发皿。

(2)将5g干燥的氧化铁粉末和2g铝粉均匀混合后放入纸

漏斗中，混合物上面加少量氯酸钾固体，中间插一

根用砂纸打磨过的镁条。

(3)用燃着的小木条点燃镁条，观察现象。

【过渡】请同学们认真观察实验现象，尝试将现象与热还原法的原理结合起来。注意安全。

Ⅱ.现象：

(1)镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的白光。

(2)引起混合物剧烈燃烧，发光发热。

(3)纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融

物冷却后，除去外层熔渣（Al2O3)，可以发现落下的是铁珠。

Ⅲ铝热剂：铝粉与某些金属（比铝不活泼的金属）氧化物的混合物。在高温下发生反应，放出大量的热，其混合物称为铝热剂；反应称为铝热反应。

氯酸钾的作用：助燃剂（受热分解生成氧气助燃）

镁条的作用：引燃剂

Ⅳ.铝热反应

（1）特点：点燃镁条后，镁条燃烧放热形成高温条件，使得铝热剂剧烈反应，放出大量的热，产生高温使被还原出来的金属熔化，与熔渣分离。铝热反应是发光发热的放热反应。

（2）反应：

Fe2O3+2Al

高温

2Fe+Al2O3（铝热反应）

（3）应用：

①焊接铁轨

②冶炼高熔点金属：V、Cr、Mn等。

3MnO2+4Al

Cr2O3+2Al

高温

3Mn+ 2Al2O3

高温

2Cr + Al2O3

③电解法：通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属。

2NaCl（熔融）

MgCl2（熔融）

2Al2O3

（熔融）

电解

2Na + Cl2↑

Mg

+ Cl2↑

电解

4Al + 3O↑

2电解冰晶石【讲解】冰晶石的主要成分是Na3AlF6,扮演着助溶剂的角色，使得氧化铝溶解在其中，更容易形成熔融状态，从而发挥了降低氧化铝熔点的作用。

【提问】1、从NaCl、MgCl2、为什么冶炼Al是电解熔融的Al2O3

，而不是熔融的AlCl3。

2、有同学反应，电解MgCl2会产生有毒气体Cl2，那我是否也可以尝试电解MgO，来避免产生Cl2呢？

用心

爱心

专心

3

【回答】AlCl3是共价化合物，熔融状态时不能导电。MgCl2的熔点（712℃）比MgO（2800℃）低的多，考虑熔点太高会造成工业生产中成本过高，因此选择电解熔点更低的MgCl2。

【小组讨论、总结】为什么不同金属的冶炼方法会不同？金属冶炼需要考虑哪些因素？

【回答】熔点、成本、技术、金属的活泼性等

【讲解】从Hg到Mg，金属的活泼性在逐渐增强；金属冶炼难度越来越大,冶炼条件越来越严格。同学们能否归纳出金属性质与金属冶炼方法之间存在的关系？

【总结】金属活动顺序表中不同金属冶炼方法的选择

K Ca Na Mg Al

Zn

Fe

Sn Pb Cu

Hg Ag

电解法

热还原法

热分解法

活泼金属

较活泼金属

不活泼金属

金属冶炼方法与金属性质间的关系：金属越活泼，冶炼难度越大。

【提问】根据你所发现的规律，思考：人类开发和利用金属材料的先后顺序是一种历史的巧合还是历史的必然？

【回答】人类开发和利用金属受到当时社会科学技术发展的限制，人类先开发和利用不活泼的金属是因为不活泼金属的冶炼条件更简单，更容易冶炼。因此，人类开发利用金属是由不活泼金属到活泼金属这样的规律是历史发展的必然结果。

四、金属资源回收与利用

【过渡】金属矿物资源是大自然赋予人类的宝贵财富，但并非取之不尽用之不竭，是不可再生的。随着人们的开发利用，将会日渐减少。我们要合理开发和利用这些矿物资源。结合今天所学知识谈谈你们的收获，可以是新学到的知识点，可以是接触到的、巩固得到的学习方法，或者是你们对金属矿物资源利用的途径、意义、生活实际行动的一些想法。

五、小结与练习

六、板书设计

1、金属元素在自然界存在的形态

（1）游离态

（2）化合态

2、金属冶炼的原理：将金属从其化合物中还原出来，使之转变为单质的过程。

3、金属冶炼的一般方法

（1）热分解法

（2）热还原法

铝热反应

（3）电解法

用心

爱心

专心

4