归纳与整理教案和学案内容

第四章

化学与可持续发展

第一节

开发利用金属资源和海水资源

知识

教

与

技能

学

过程与

目

方法

情感态度

的

价值观

重

点

难

点

授课班级

高一平行5、6、9班

课

时

1课时

1、让学生认识化学在自然资源开发和国的和作用、金属回收和资源保护的意义

2、让学生认识和体会海水资源开发和利用中的意义和作用

3、树立资源保护意识及合理开发意识

自主学习、培养学生自学能力

1、了解海洋资源的类型，海水资源的开发及利用现状，培养学生归纳能力，比较能力

2、通过金属矿物以海水资源的开发利用两个专题，使学生热爱自然，热爱化学

了解化学方法在金属矿物中开发(主要是金属冶炼)，海水的综合利用

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，海水提溴、碘的方法

通过本节内容，让学生知道化学对社会的巨大贡献，赞赏化学对社会发展的贡献，具有可持续发展核心素养体现

意识和绿色化学观念，能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。

第四章

化学与可持续发展

第一节

开发利用金属矿物和海水资源

一、金属单质在自然界中的存在形式

二、金属的冶炼

2、金属冶炼的实质：用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。

1、金属的冶炼：

(1)用化学的方法把化合态的金属变成游离态金属

(2)将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程在工业上称为金属的冶炼。

(一) 热分解法(Hg – Au)

(二) 热还原法(Zn – Cu)

知

识

结

构

与

板

书

设

计

铝热反应：(三) 电解法

2CuSO4+2H2O

电解

2Cu+2H2SO4+O2↑

三、海水中蕴藏的资源及其开发意义

1、海水资源的广泛性

2、海水资源的多样性

3、海水资源的分散性 4、海水资源的利用

5、海水的淡化

（1）海水淡化的途径:

从海水中提取淡水；从海水中分离出盐

（2）海水淡化的方法: 蒸

馏

法（最先使用，技术成熟，但成本高）

电渗析法（成本低，但未能大量生产）

离子交换法（目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂）

二、海水中的化学资源

(一)海水中含有的各种元素的特点：种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。

(二)从海水中提取物质的方法

1、从海水中提取食盐的主要工艺流程

从海水中制取盐的方法主要有：盐田法、电渗析法和冷冻法。

2、从海水中提取镁

原理：MgCl2+ Ca(OH)2

= Mg(OH)2

↓+ CaCl2

通电

Mg(OH)2 + 2HCl

= MgCl2 + H2O

MgCl2

Mg + Cl2

↑

4、从海水中提取碘

5、海水的其他应用：提取铀和重水、开发海洋药物、利用潮汐能、波浪能等。

教学过程

教学步骤、内容

【阅读】资料卡片：自然资源与可持续发展。

增加资料：我国21世纪初可持续发展的总体目标是：可持续发展能力不断增强，经济结构调整取得显著成效，人口总量得到有效控制，生态环境明显改善，资源利用率显著提高，促进人与自然的和谐，推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路。

【板书】第四章

化学与可持续发展

【板书】第一节

开发利用金属矿物和海水资源

一、金属单质在自然界中的存在形式

【讲解】少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如金、铂、铜、银；化学性质比较活泼的金属，在自然界中以化合态存在。大多数金属在自然界中是以化合态存在的，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。

【板书】二、金属的冶炼

【讲解】除了金、铂等少数金属外，绝大多数金属都以化合物形式存在于自然界。化学要研究如何合理、高效的利用这些金属矿石，将其中的金属从化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。

【板书】1、金属的冶炼：

(1)用化学的方法把化合态的金属变成游离态金属

教学方法

(2)将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程在工业上称为金属的冶炼。

【思考与交流】法国皇帝拿破仑是一个喜欢炫耀自己的人。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每

次宴会，他总是摆出一副高人一等的样子。餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的

那一个碗却是铝制品。为什么贵为法国皇帝，在当时却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得

多的铝碗呢？

【讲解】简单地说，金属的冶炼就是把金属从矿石中提炼出来。由于矿石中的金属元素绝大多数

都是以正化合价态存在，所以在金属冶炼的过程中，金属元素要经过一个被还原的过程

【板书】2、金属冶炼的实质：用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。

【投影回顾】

K

Ca

Na

Mg

Al

Zn

Fe

Sn

Pb

H

Cu

Hg

Ag

Pt

Au 金属活动性逐渐减弱、金属离子的的电子能力逐渐增强

【讲解】从金属矿石提炼金属，一般要经过三个步骤：

1、矿石的富集：减少杂质，提高矿石中有用成分的含量

2、冶炼：利用氧化还原反应原理，在一定条件下，用还原剂把金属矿石中以化合态存在的金属还原成金属单质

3、精炼，采用一定的方法，提炼纯金属

【过渡】不同的金属元素，其金属性不同，由化合态还原为游离态的难易程度不同，因此金属冶炼方法不同。常用的金属冶炼方法有：热分解法、热还原法、电解法等。

【板书】三、金属冶炼的方法

【板书】1、热分解法(Hg – Au) 【讲解】有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。在金属活动性顺序中，位于氢后面的金属的氧化物受热就能分解。

【板书】

【投影小结】适用于Hg、Ag的冶炼

【板书】2、热还原法(Zn – Cu) 【讲解】多数金属（活动性介于镁和铜之间的金属）的冶炼过程属于热还原法。常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等。

【板书】

【投影小结】常见的还原剂有：

1、CO：适用于较不活泼的金属，多用于冶炼合金，成本较低

2、H2适用于高温不和水反应的金属，金属成分纯度高，熔点高，生产成本高

3、活泼金属：适用于高熔点、较不活泼的金属，生产成本高，金属纯度高

【投影实验4-1】铝热反应（演示）：

【讲解】操作要点：用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起，使四周都有四层。把内层漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上（如上图），下面放置盛沙的蒸发皿。把5 g炒干的氧化铁粉未和2 g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条。观察发生的现象。

【实验现象】：镁条剧烈燃烧，放出一定的热量，使氧化铁粉未和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒。我们还可以看到，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，用磁铁吸引，可以发现落下的是铁珠。

【板书】铝热反应：应用：①焊接钢轨②冶炼高熔点金属

【投影】

【注意】铝热反应的特点：高温引燃剧烈放热，体现氧化铝高熔点的性质。

其它铝热反应高温3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3Cr2O3+2Al === 2Cr + Al2O3高温高温

3Co3O4+8Al === 9Co + 4Al2O3

【讲解】由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银之上，直至19世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。然而自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，

制铝工艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成分是Al2O3，当然还是有很多其【板书】3、电解法

【讲解】在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。

【板书】

它杂质的）中冶炼铝的技术了，使得制铝成本大大下降，铝的价格也一降千丈，走入千家万户。

【讲解】一些对纯度要求较高的不活泼金属也可以采用电解其盐溶液的方法来进行冶炼，例如：

电解

【板书】

2CuSO4+2H2O

2Cu+2H2SO4+O2↑

【投影小结】电解熔融物：适用于活泼金属的冶炼，炼得的金属纯度高，耗电量大，生产成本高，

熔融物属于离子化合物

电解不活泼金属的盐溶液：适用于高熔点、不活泼金属，金属纯度高。

【阅读】表4-1；常见金属的冶炼原理。

【小结】不同金属冶炼方法的选择

【板书】

【讲解】地球上的金属矿物资源是有限的，我们必须学会合理开发和利用这些矿物资源。

【引课】海洋是生命的摇篮，海水不仅是宝贵的水资源，而且蕴藏着丰富的化学资源。加强对海水（包括苦咸水）资源的开发利用，是解决沿海和西部苦咸水地区淡水危机和资源短缺问题的重要措施，是实现国民经济可持续发展战略的重要保证。

【板书】

海水资源的开发和利用

一、海水中蕴藏的资源及其开发意义

【讲解】海洋水资源：海水中水的储量约为1.3×109亿吨，约占全球总水量的97％。

化学资源

矿产资源

生物资源

能源

【板书】1、海水资源的利用：

【讲解】海水的综合利用，主要有：1.海水中水资源的利用海水的淡化（咸水淡水）

2.直接利用海水进行循环冷却（作冷却用水）

【讲解】海洋占地球表面的71%，总面积约3.6亿平方千米。海水资源的利用。主要包括海水淡化和直接利用海水进行循环冷却等。

【板书】

3、海水的淡化

【讲解】海水淡化：是指从海水中获取淡水的技术和过程。海水淡化方法在20世纪30年代主要是采用多效蒸发法；

【板书】（1）海水淡化的途径:

从海水中提取淡水；从海水中分离出盐

（2）海水淡化的方法: 蒸

馏

法（最先使用，技术成熟，但成本高）

电渗析法（成本低，但未能大量生产）

离子交换法（目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂）

【讲解】蒸馏法海水淡化技术研究已有几十年的历史。天津大港电厂引进两台3000立方米/日多级闪蒸海水淡化装置，于1990年运转至今，积累了大量宝贵经验。低温多效蒸馏海水淡化技术经过"九五"科技攻关，作为"十五"国家重大科技攻关项目正在青岛建立3000吨/日的示范工程。

【投影】太阳能蒸发海水示意图：

【板书】二、海水中的化学资源

(一)海水中含有的各种元素的特点：

种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。

(二)从海水中提取物质的方法

1、从海水中提取食盐的主要工艺流程：

从海水中制取盐的方法主要有：盐田法、电渗析法和冷冻法。

【投影讲解】

（1）海水制盐——生产NaCl (2) NaCl的水溶液制NaOH 2NaCl+2H2O

2NaOH + Cl2 ↑+H2 ↑

(3)制漂白剂：

2NaOH + Cl2

= NaCl + NaClO+H2O 【思考与交流】实验方案设计：从海水中提取镁元素得到单质镁

【投影小结】

工业制镁的流程：

【板书】2、从海水中提取镁原理：

MgCl2+ Ca(OH)2 = Mg(OH)2 ↓+ CaCl2

Mg(OH)2 + 2HCl

= MgCl2 + H2O

MgCl2

Mg + Cl2 ↑

【科学探究】1、如何将海水中的溴离子变成溴单质？并设计方案。

【投影小结】从海水中提取溴的主要工艺流程

①用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。

②向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：

2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl ③向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的：Br2+SO2 +2H2O =2HBr+H2SO4

④向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：

2HBr+Cl2=2HCl+Br2 ⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。

【板书】3、从海水中提取溴

2 NaBr + Cl2 =2 NaCl

+ Br2

Br2 +

SO2

+ 2H2O

= 2HBr + H2SO4

2HBr + Cl2 =

2HCl + Br2 【科学探究】如何证明海带中有碘离子？

【板书】4、从海水中提取碘

［投影实验］海带成分中碘的检验

一、实验仪器

烧杯、试管、坩埚、坩埚钳、铁架台、三角架、泥三角、玻璃棒、酒精灯、量桶、胶头滴管、刷子、漏斗、滤纸、火柴、剪刀

二、实验药品

干海带、过氧化氢溶液（H2O2的质量分数为3%）、稀硫酸溶液（3mol/L）、、酒精、淀粉溶液（质量分数为1%）、CCl4 三、实验步骤

1、取10g食用干海带，用刷子把干海带表面附着物刷净，不要用水洗。将海带剪碎，用酒精润湿放入瓷坩埚中，把坩埚置于泥三角上。

2、用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全烧成炭黑色灰后，停止加热，自然冷却。

3、将坩埚内海带灰放至小烧杯中，再加入15mL蒸馏水，不断搅拌，煮沸4min～5min，使可溶物溶解，10分钟后过滤。

4、将滤液中滴入6滴稀硫酸后，再加入约3mLH2O2溶液，观察现象。滴入1%淀粉液1—2滴，观察现象。

5、向溶液中加入2mLCCl4，振荡萃取，静置2分钟后观察现象。并向滤液中加入1%的淀粉溶液,观察现象

9、将萃取后的CCl4溶液蒸馏得到碘单质

实验讨论：

1、实验前为什么要用刷子而不能用水洗食用干海带？

2、为什么要用新制氯水与滤液反应？加入氯水多了为什么不行？

3、为什么要向2号乙中加入NaOH溶液？

4、能否用焰色反应鉴定海带中存在的是NaI还是KI？