第二节　资源综合利用　环境保护教学设计和教学实录

人民教育出版社

高中化学必修2

《开发利用金属矿物和海水资源》

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教材分析

《海水资源的开发利用》是高中化学人教版必修2 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。本节位于必修模块的结尾章节，不仅学生能认识和感受化学知识在开发利用自然资源的重要作用，化学研究和应用在科技进步中的价值，而且对于学生复习总结已学知识十分重要。

学习本节内容一方面从学科角度，有利于学生以了解认识海水资源开发利用为载体，将之前所学知识复习、梳理、归纳和拓展延伸；另一方面从科学、技术和社会相互作用的背景角度，有利于学生加深体会应用化学知识可开发海水资源，为人类生存和社会发展提供必要的物质和能源基础，同时学会辩证地看待人类和自然协调发展中可能会遇到的问题，走可持续发展道路，树立资源保护意识及合理开发意识。

《开发利用金属矿物和海水资源》是实现元素化合物性质应用的学科内容，是体现化学学习价值、培养学生认识科学、技术和社会之间关系的重要组成，是落实科学发展观，树立可持续发展思想的重要一章，其中“金属矿物的开发利用”是本节的前半部分内容。本课时是在学生学习了氧化还原反应概念以及钠、铝、铁、铜等金属及其重要化合物主要性质的基础上，在对金属冶炼知识有会意建构的前提下，进一步系统学习关于上述金属工业上冶炼方法的一节。本课旨在学会运用氧化还原反应的概念，了解利用化学变化实现物质之间的转化的基本方法，认识转化过程和产物在我们日常生活和社会发展中的重要作用。通过本课时的学习有利于学生将前面所学过的知识和技能进行必要的梳理、归纳和拓展；有利于学生加深体会化学在综合利用自然资源中的作用，学会辩证地看待人类和自然协调发展中可能会遇到的问题。而且为学生进一步学习选修模块2《化学与技术》中的第二单元——化学与资源开发做好知识准备，同时也将对学生选择自己未来升学和就业方向产生一定的积极影响。

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教学目标

【知识与能力目标】

1、

知道金属元素在自然界的存在形态；了解金属冶炼的原理和方法；知道铝热反应及其应

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用；

2、

知道海水资源的特点，了解海水资源开发和利用的前景；

3、

了解海水资源开发中的化学反应原理及实验方法，掌握简单的海水资源开发利用的方法；

4、

揭示化学与可持续发展的重要关系；

5、

初步培养解决问题的能力、自主查阅资料的能力和收集信息素能力。

【过程与方法目标】

1、通过数据列表、图片、视频等多种形式的内容展现过程，认识海水资源的特点以及水资源和化学资源的获取方法及化学原理，从感性认识上升到理性认识；

2、通过课前搜索、筛选信息资源，课堂交流共享资源的过程，学会自主、合作学习。

【情感态度价值观目标】

1、感受化学知识在海水资源开发利用中的重要性，激发学生学习化学的热情，认识化学

与可持续发展的重要关系；

2、提升爱护自然资源意识和合理开发自然资源意识。

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教学重难点

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【教学重点】

1、了解金属在自然界中的存在形式；

2、掌握金属的冶炼方法；

3、掌握铝热反应原理及实验；

4、了解金属回收和资源保护的意义；

5、认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。

6、了解海水资源及其利用；

7、了解海水淡化的方法，掌握海水的蒸馏；

8、掌握海水化学资源的开发和利用，即海水制盐、海水提溴、海带提碘；

9、了解海水综合利用的重要方向。

【教学难点】

1、

掌握海水化学资源的开发和利用，即海水制盐、海水提溴、海带提碘；

2、

掌握铝热反应原理及实验；

3、

了解海水淡化的方法，掌握海水的蒸馏；

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课前准备

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本节试验安排所需相关化学试剂和仪器。

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课时安排

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2课时

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教学过程

第一课时金属矿物的开发利用

【导入】通过钓鱼岛事件的新闻，创设情景，引出本节课的内容。

【教材整理】教材整理

金属矿物的开发利用和金属资源的合理开发

1．金属在自然界中的存在形态

2．金属的冶炼

(1)冶炼的原理

①原理：将金属从其化合物中还原出来。

②实质：根据氧化还原反应，使金属矿物中的金属阳离子得到电子生成金属单质：Mn＋ne＋－=M。

(2)冶炼方法

①热分解法

适用于不活泼金属的冶炼。

请写出下列反应的化学方程式。

a．加热分解HgO：2HgO

2Hg＋O2↑。

b．加热分解Ag2O：2Ag2O

4Ag＋O2↑。

②电解法

适用于非常活泼金属的冶炼。

请写出下列反应的化学方程式。

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电解a．冶炼金属钠，电解熔融NaCl：2NaCl(熔融)

2Na＋Cl2↑。

电解b．冶炼金属镁，电解熔融MgCl2：MgCl2(熔融)

Mg＋Cl2↑。

电解c．冶炼金属铝，电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)

4Al＋3O2↑。

冰晶石③热还原法

适用于大多数中等活泼金属的冶炼，常用的还原剂有C、H2、CO、Al等。

请写出下列冶炼金属反应的化学方程式。

高温a．高炉炼铁：Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2。

高温b．铝热反应炼铁：Fe2O3＋2Al

2Fe＋Al2O3。

c．用氢气还原氧化铜：CuO＋H2

Cu＋H2O。

④其他方法

高温a．火法炼铜：Cu2S＋O2

2Cu＋SO2。

b．湿法炼铜：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu。

3．金属资源的合理开发利用

(1)合理开发利用金属资源的意义

金属矿物资源是不可再生资源且贮量有限，冶炼过程中会消耗大量能量，也易造成环境污染。故应合理开发利用金属资源。

(2)有效利用金属资源的途径

①提高金属矿物的利用率。

②减少金属的使用量。

③加强金属资源的回收和再利用。

④使用其他材料代替金属材料等。

【特别提醒】

金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系

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金属活动性顺K Ca Na Mg Al 序

金属原子失电强→弱

子能力

金属离子得电弱→强

子能力

主要冶炼方法

【思考探究】

探究

铝热反应的实验问题

铝热反应实验装置如下：

电解法

热还原法

热分解法

物理方法

Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au

问题思考：

(1)装置中镁带、KClO3的作用是什么？

【提示】

镁带：引燃剂；KClO3：助燃剂，引发铝热反应。

(2)引发铝热反应的操作是什么？

【提示】

往铝热剂上放少量KClO3，并插入镁带，然后将镁带点燃，即可引发铝热反应。

(3)铝热反应需要高温条件，所以铝热反应是吸热反应吗？

【提示】

不是。

(4)内层纸漏斗底部剪一小孔的目的是什么？

【提示】

使反应生成的熔融物易于落下。

(5)实验室欲在常温下溶解此熔融物，能否选用稀硫酸？能否选用浓硫酸或NaOH溶液？请说明理由。

【提示】

能选择稀硫酸，因为稀硫酸能完全溶解此熔融物，并且不会造成环境污染；不能选择浓硫酸或NaOH溶液，因为常温下浓硫酸会使Fe、Al发生钝化，NaOH溶液不能溶解单质铁。

(6)整个实验过程的实验现象有哪些？

【提示】

①镁带剧烈燃烧。

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②氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应。

③反应放出大量的热，并发出耀眼的白光。

④纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中，液珠冷却后变为黑色固体。

【知识升华】

铝热反应

实验现①镁带剧烈燃烧。

②氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应。

③反应放出大量的热，并发出耀眼的白光。

象

④纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中，液珠冷却后变为黑色固体。

原因分镁带燃烧，放出大量的热；KClO3作为引燃剂在受热状态下发生分解，使氧化铁粉末和高温铝粉在较高温度下发生反应：2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3，生成的铁在高温下呈熔化状

析

态。铝热反应体现了Al较强的还原性。

注意事①氯酸钾的作用是分解提供氧气，使镁带快速充分燃烧，要放在混合物的上面。

②要保证纸漏斗重叠的四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出，同时损坏纸漏斗。

项

③蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人。

【课堂练习】题组1 金属冶炼的方法与原理

1．在冶金工业上，均能用化学还原剂制得的一组金属是(

) A．Na、Mg、Al B．Na、Zn、Fe C．Zn、Fe、Cu D．Mg、Al、Zn、Fe 【解析】

Na、Mg、Al一般不能用化学还原剂还原制得。

【答案】

C 2．下列化工原理生产中错误的是(

) ①可以用电解熔融氯化钠的方法来制取金属钠

②可以用钠加入氯化镁的饱和溶液中制取金属镁

③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝

④工业上用电解熔融氯化镁的方法制取金属镁

A．②③ B．①③

C．①②③

D．②③④

【解析】

工业上一般采用电解熔融氯化钠的方法冶炼金属钠；若将钠加入到氯化镁溶液中，

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发生反应：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑，MgCl2＋2NaOH=Mg(OH)2↓＋2NaCl，所以不能冶炼金属镁；氯化铝属于共价化合物，因此不能用氯化铝作原料，通过电解的方法得到金属铝；由于MgO、MgCl2均为离子化合物且熔点：MgCl2

【答案】

A 3．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法

②水煤气(或氢气，或一氧化碳)法

③活泼金属置换法

④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是(

) A．(Ⅰ)用① B．(Ⅱ)用②

C．(Ⅲ)用③ D．(Ⅳ)用④

【答案】

B 【教师总结】

常见几种金属的冶炼误区

工业上冶炼Al时用Al2O3而不用AlCl3，因为AlCl3为共价化合物，熔化后不导电。

工业上冶炼Mg时用MgCl2而不用MgO，因为MgO的熔点很高，耗能大。

、Pt一般用物理法提取。

不能用于冶炼还原性比Al强的金属，如Mg、Na等。

题组2 铝热反应及其应用

4．下列对铝热反应的说法错误的是(

) A．铝热剂中还原剂是铝粉

B．铝热剂是纯净物

C．铝与Fe2O3可组成铝热剂

D．铝热反应是放热反应

【解析】

Al和Fe2O3可组成铝热剂，属于混合物，其中铝作还原剂，铝热反应是放热反应。

【答案】

B 5．如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：

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(1)该实验装置中还缺________。

引发铝热反应的操作为

_______________________________________________________________ _______________________________________________________________。

(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应________(填“能”或“不能”)发生，理由是_______________________________________________________________。

(3)铝热反应的用途有哪些________________________________________ _______________________________________________________________。

【解析】

(1)利用镁条燃烧放热从而引发铝热反应，同时促使KClO3分解产生O2，使镁条快速燃烧。

(2)Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。

【答案】

(1)镁条和氯酸钾

在混合物中间插一根镁条，将氯酸钾放在混合物上镁条的周围，点燃镁条

(2)不能

镁比铝活泼，铝不能置换镁

(3)用于焊接钢轨；冶炼某些熔点高的金属(答案合理即可) 6．下列金属中：①铁；②镁；③锰；④钒；⑤铬；⑥汞。可用铝热法制备的有(

) A．①②④⑥ B．①②③⑤

C．①③④⑤ D．①②③④⑤⑥

【解析】

Mg活泼性>Al活泼性，Al不能置换出Mg；汞的冶炼是热分解法。

【答案】

C