归纳与整理名师教学视频（文字实录）

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2课时

海水资源的开发利用

教学目标

1．了解海水水资源的利用以及海水淡化的方法

2．学会从海带中提取碘元素的基本方法和技能；理解从海带中提取碘元素的基本原理

3．掌握从海水中提取溴的基本原理（会写相关化学方程式）

4．知道根据金属的活动性不同，可分别采用加热、电解、还原剂还原等方法冶炼金属。并能从能量的角度选择金属的冶炼方法。

5．能够书写相关的化学方程式。

6．了解一些燃料燃烧对环境有不良影响，应选择使用不污染环境或对环境污染小的燃料

7．了解在化石燃料中，天然气是比较清洁的燃料

8．应使用和开发化石燃料以外的清洁能源，综合利用资源和开发新能源具有重要意义

9．使学生感受人与社会的和谐发展，热爱自然，热爱化学。

教学重点

1.海带中提取碘、海水中提取溴。

2.了解金属的冶炼

3.了解一些燃料燃烧对环境有不良影响，应选择使用不污染环境或对环境污染小的燃料，

教学难点

1.海带中提取碘、海水中提取溴。

2.掌握运用于不同金属的冶炼方法

3.了解一些燃料燃烧对环境有不良影响，应选择使用不污染环境或对环境污染小的燃料，

教学过程

一. 金属矿物的开发利用

1．金属的冶炼原理

分析工业炼铁和氢气还原氧化铜的两个化学反应方程式引出——金属冶炼的定义和本质——金属冶炼的步骤。

指导学生阅读所收集的资料，提出问题：

1）历史上金属被发现和冶炼的顺序？

2）金属活动顺序与金属冶炼方法有没有联系呢？如果有，有什么规律吗？

3）回忆金属活动顺序表

从上面的几个问题中引出活泼性不同的金属冶炼方法不同，本节课来介绍金属冶炼的几种方法。

2．金属的冶炼方法

（1）热分解法

提出问题：

1）这种方法适用于什么类型的金属的冶炼？

2）这些金属的氧化物的稳定性有什么特点？ 过渡：随着冶炼技术的不断发展，活泼金属也被冶炼出来了。由钾，钠的冶炼历史引出活泼金属的冶炼方法——电解法

（2）电解法

介绍我国历史文物，回忆历史以思促学，我国古代冶炼铁的方法。

引出铜、铁的冶炼方法——热还原法

提出问题：1）这种方法适用于什么类型的金属的冶炼？

2）这种方法常用的还原剂有哪些？

3）金属可以做还原剂吗？

（3）热还原法

演示实验4－1铝热反应

阅读教材P89，表4－1常见金属的冶炼原理

介绍冶炼金属给环境带来的破坏以及我国矿产资源——以铝为例强调金属资源是有限的——引出合理开发利用金属矿物的主要途径以及其意义。

合作探究：阅读P90思考与交流，进行分组讨论

【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】第2课时

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：含元素80多种，海洋资源中，利用潜力最大的是海水中的化学资源。目前，在陆地上发现的100多种化学元素，在海水中已找到80多种，其中70多种可供提取。如，氯化钠（即食盐）有４亿亿吨，镁约有1800万亿吨，钾有500万亿吨，溴约有90万亿吨，核燃料约40亿吨－50亿吨。海水中铀多达45亿吨是已知陆地铀矿储量的4500倍。氘有50亿吨足够人类用上千万年含80多种元素，以氢、氧、氯、钠、镁、硫、钙、钾等较多。被称为“元素的故乡”。

矿产资源：海洋中所贮存的各种矿物约500亿吨。通常只要每平方米有5㎏的矿物。锰结核、可燃冰、砂和砾石，用于冶金、燃料、建筑、石英砂用制玻璃等。

生物资源：由鱼、虾、贝、藻等组成的海洋生物资源，除了直接捕捞供食用和药用外，通过养殖、增殖等途径还可实现可持续利用。海洋生物品种繁多，我国就有20278种，其中入药的有700种。

能源：海水运动中蕴藏着巨大的能量，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、海上水能资源，它们都属于可再生能源，而且没有污染。

空间资源：海洋可利用空间包括海上、海中、海底三个部分。海洋空间利用已从传统的交通运输扩大到生产、通信、电力输送、储藏、文化娱乐等诸多领域。我国拥有18000公里的大陆海岸线，管辖的海域面积近300万平方公里。

1. 海水资源的广泛性

【讲解】海洋约占地球表面积71%，海洋中的资源

：动物:鱼类、海狮、海马、贝类…植物:海草、海带…矿物:各种盐、NaCl、MgCl2

…. 海底金属结核矿、石油

、水：水资源及各种溶解的盐类海水中的水1.3×109

亿吨，占地球总水量97%（3%在陆地、淡水），海水中除了水以外，还含有80多种元素，有的含量很大（如NaCl ）有的含量很少（如Au）。

2. 海水资源的多样性

【讲解】海水中溶解和悬浮大量的无机物和有机物按含量计：含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共13种元素的质量占总水量的99%，其余1%为70多种含量微少的元素。

3. 海水资源的分散性

【讲解】海水因为量太大、面太广，大多数元素尽管总量很大但由于太分散

，含量极微少，如：海水中金元素总含量约为50000000t（5千万吨）但一顿海水中只含金元素0.000004g（10亿分之四克）（百分之0.000004克）

【讲解】海水综合利用的重要方向是：海水淡化同化工生产结合、同能源技术结合。如从海

水中制得的氯化钠除食用外，还用作工业原料，如生产烧碱、纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产品。从海水中制取镁、钾、溴及其化工产品，是在传统制盐工业上的发展。从海水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。例如，铀和重水目前是核能开发中的重要原料，从海水中提取铀和重水对一个国家来说具有战略意义。化学在开发海洋药物方面也将发挥越来越大的作用。潮汐能、波浪能等也是越来越受到重视和开发的新型能源。

【板书】4. 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】5. 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；20世纪50年代至20世纪80年代中期主要是多级闪蒸法（MSF），至今利用该方法淡化水量仍占相当大的比重；20世纪50年代中期的电渗析法（ED）、20世纪70年代的反渗透法（RO）和低温多效蒸发法（LT-MED）逐步发展起来，特别是反渗透法(RO)海水淡化已成为目前发展速度最快的技术。

海水循环冷却技术始于20世纪70年代，在美国等国家已大规模应用，是海水冷却技术的主要发展方向之一。我国经过“八五”“九五”科技攻关，完成了百吨级工业化试验，在海水缓蚀剂、阻垢分散剂、菌藻杀生剂和海水冷却塔等关键技术上取得重大突破。“十五”期间，通过实施国家重大科技攻关项目，正在建立千吨级和万吨级海水循环冷却示范工程。

【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）

【投影】海水蒸馏原理示意图：

【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：

【讲解】海洋是一个"蓝色的宝库"。据估算，如果把整个地球上的海水加以提炼,可得到550万吨黄金、4亿吨白银、40亿吨铜、137亿吨铁、41亿吨锡、27亿吨钡、70亿吨锌、137亿吨钼和137亿吨铝。可以说，地球陆地上有的，海洋里都有，而且有许多是陆地上蕴藏不多，而又难于提取的稀有元素，如锶、铀、铷、锂、钡等。这些化学元素都是工农业生产和国防上的重要资源。现在已在海底勘探和开发的矿产有：天然气、石油、煤、铜、铁、硫、砂、锰等数十种。估计海底石油可开采储量达一千多亿吨。在海水所含的各种化学元素及矿物中，数量最大的是食盐，即氯化钠。据计算，1立方千米海水中，含有近3千多万吨氯化钠。现在，全世界每年生产海盐1亿吨。如果按照这个数字消费，海洋里的盐可用5亿年!近年来，从海水里直接提取镁、铀、碘、溴都取得成功。镁是制造飞机、轮船、汽车的重要材料，海水中镁含量可用一千万年以上。溴在陆地上比较少见，绝大部分都储藏在海洋里。

【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

通电

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通电

Mg + Cl2

↑

【科学探究】如何将海水中的溴离子变成溴单质？并设计方案。

【投影】

【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

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

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

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

（6）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？

实验最终结论：

化学实验的操作和实验现象，证明海带中存在的碘元素主要形式为碘离子，因为查找资料可知卤族单质化学性质活泼，碘单质在自然界里没有游离态形式存在。可知海带中碘主要以NaI形式存在。

【投影】根据图4-5讲解海水综合利用。

【学生阅读】海水的其他应用

【板书】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。

【学生自学】科学视野-自然资源的开源与节流。

【小结]】我国海水综合利用技术日臻成熟，海水制盐是我国从海水中提取化学资源最早的产业，此外，气态膜法提溴、海水提钾、海水镁盐晶提取等都取得了阶段性进展，突破了关

键技术，尤其是海水提取磷酸二氢钾、碳酸钾、硝酸钾三元复合肥以及人工合成钾高效吸附剂的研究工作进展顺利，为我国开辟新的优质无氯钾肥来源，打下了坚实的基础。

【展示】有关环境污染的图片以及优美的环境图片

【投影】背景知识回顾

1．通常所说的三废是指

、

和

。

2．绿色食品是指

的食品，白色污染是

指

。

【板书】一．环境保护与绿色化学

1．环境问题的含义

2．保护环境工作者当前的任务：

（1）对环境情况的监测

（2）三废的治理

（3）寻找源头治理环境污染的生产工艺要较好地完成这些任务，都离不开化学知识。

环境污染：工农业生产和人类活动排放的物质超过了环境的自净能力，环境质量就发生不良变化，危害人类健康和生存。

3．环境污染的分类

：

（1）按环境要素分：大气污染、水体污染、土壤污染；

（2）按人类活动分：工业环境污染、城市环境污染、农业环境污染；

（3）按造成污染的性质分：化学污染、生物污染、物理污染、固体废弃物污染、能源污染。

4.大气污染的来源、危害、治理

（1）主要污染物:二氧化物、碳氧化物、氮氧化物、碳氢化物、飘尘、煤尘、放射性物质等

（2）来源: 煤

石油的燃烧,矿石冶炼,汽车尾气,工业废气等。

（3）危害: 危害人类健康、影响植物生长、破坏建筑材料、改变地球气候。

案例分析一：伦敦烟雾事件

讨论：“温室效应”与全球变暖

（4）治理：调整资源结构，开发新能源（太阳能、氢能、风能、地热等），减少使用煤、石油、天然气等化石燃料，减少工业废气排放，对废气进行回收净化再利用等。大力植树造林严禁乱砍滥伐。政府部门合理规划、制定标准、加强监测。

5．水污染的来源、危害、治理

（1）来源：石油炼制、工业废水、生活废水、使用过农药、化肥的农田排水、降水淋洗大气污染物和地面淋洗固体垃圾等。

（2）危害：污染水源，改变水质，加剧水源危害。造成水体富营养化，破坏海滨风景区。

案例分析二：日本的水俣病、水华、赤潮

（3）治理：控制污水任意排放，对污水进行净化处理，改善用水制度，研究无污染新工业，合理、科学地施用化肥、农药。

6．居室污染的来源、危害及防治措施

（1）来源：煤、石油、液化气、天然气等的燃烧，煎、炒、烘、烤等高温烹调加工中产生的烟雾，烟草的燃烧，电器发出的电磁波，地毯中的螨虫，建筑装潢材料产生的甲醛、放射性稀有气体氡，化妆品，日用化学品，家宠等。

（2）危害：引起人体呼吸道、消化道等疾病，导致各种癌症、皮肤病、传染病，影响婴幼儿智力和发育等。

（3）主要污染物：CO、CO2、NH3、NOx、SO2

、酚类、烟雾、烟尘、放射性稀有气体氡、电磁波、螨虫、细菌、病毒等

（4）防治措施：保持室内清洁通风、对电器辐射采取防护措施,并保持距离、厨房要有通风换气设施、宠物要经常洗浴,养成良好的排便习惯,并注意及时清除、女性朋友要慎用化妆品二．绿色化学

（1）满足人们的物质需要生产出优质产品

（2）合理使用自然资源，能物尽其用，原料尽可能100%成为产品。

（3）生产整个过程不污染环境，尽可能使用过的产品可回收利用。

按照绿色化学的原则，最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子利用率为100%。

板书设计

第四章化学与自然资源的开发利用

一、金属矿物的开发利用

一、海水资源的开发利用

1. 海水资源的利用

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

Mg(OH)2 + 2HCl=== MgCl2 + H2O

MgCl2

3. 从海水中提取溴

2 NaBr + Cl2===2 NaCl

+ Br2

Br2 + SO2 + 2H2O===2HBr + H2SO4

2HBr + Cl2===2HCl + Br2

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。

三、煤、石油、天然气的综合利用

四、坏境保护和绿色

通电

Mg + Cl2

↑