归纳与整理教学实录

必修2第四章

开发利用金属矿物和海水资源

怀集中学 许丹莉

一、教学目标

1．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。

2．掌握金属冶炼的一般原理基础及不同金属的冶炼方法。

3．掌握从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品原理及方法。

4．认识到关心科学、研究科学和探索科学的精神。

二、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。

三、教学重难点

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

二、四、教学设计

金属矿物的开发利用

1、金属在自然界中的存在形式

（1）自然界中，除_Au 、_Pt_等极少数金属外，绝大多数金属元素以__化合物__的形式存在。

（2）在地壳中含量最高的金属元素是 Al ，其次是 Fe 。

2、金属冶炼的实质和原理: 使金属化合物中的金属阳离子得到电子，变成金属原子。

3、金属冶炼的方法

（1）热分解法

原理：对于不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来。

适用范围：适用于 不活泼

金属的冶炼。

△△例： 2HgO 2Hg＋O2↑ ； 2Ag2O 4Ag＋O2↑ 。

（2）电解法

原理：活泼金属较难用还原剂还原，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属。适用范围：适用于 活泼 金属的冶炼。

Mg的冶炼：MgCl2（熔融）

电解

Mg + Cl2↑

电解Al的冶炼：2Al2O3（熔融）

Na的冶炼：2NaCl（熔融）冰晶石

电解

4Al + 3O2↑ 2Na＋Cl2↑ 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

电解

进行冶炼,例: 2CuSO4+ 2H2O 用电解法。

2Cu + 2H2SO4+ O2↑

。另外，某些不活泼金属的精炼也【思维拓展】工业上采用电解法冶炼铝的材料是Al2O3，而不是AlCl3，这是因为AlCl3是共价化合物，熔融时无法电离出自由移动的离子，不能导电；工业上采用电解法冶炼镁的材料是MgCl2，而不是MgO，这是因为MgO虽是离子化合物，但其熔点太高，熔融时会消耗大量热能，成本较高。

（3）热还原法

原理：在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属，通常是用还原剂（

焦炭、CO 、H2

、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来。

适用范围：适用于 较活泼 金属的冶炼。

举例：高炉炼铁：Fe2O3 + 3CO

高温

2Fe＋3CO2 用氢气还原氧化铜： H2 + CuO =△= Cu + H2O 钨的制备： WO3 + 3H2

高温

W＋3H2O （4）铝热反应：（课本P89实验4-1）

①概念：铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应生成另一种金属并放出大量热的化学反应。

②原理：铝作还原剂，金属氧化物作氧化剂，用铝将金属氧化物中的金属还原出来。

③铝热剂：铝粉与某些金属氧化物（如Fe2O3

、V2O5

、Cr2O3

等）组成的混合物。

现象： 剧烈反应，火星四射，放出大量的热，

纸漏斗被熔穿，生成黑色物质

注意事项：①实验时要注意安全，反应装置应远离易燃物和人；②铝粉要细，要没有被氧化，最好用铝银粉（商业名称）；(3)氧化铁粉末要干燥；（4）预先擦去镁带的氧化膜，长度约需10 cm（过短热量不够，影响实验效果）；（5）要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从纸漏斗四周溅出；（6）要用盛有细沙的蒸发皿接收熔融物，以免损坏器物或引起物品的燃烧。

反应方程式：3Fe2O3 + 8Al V2O5+ Al

高温

高温

4Al2O3 + 9Fe 。

应用：①焊接钢轨 ②冶炼高熔点的相对较不活泼的金属，如V、 Cr、 Mn等。

【思维拓展】铝热反应中镁条和氯酸钾是怎样引起该反应的发生的呢？

[答案] 铝热反应为放热反应，但需要高温才能发生，镁条是引燃剂，氯酸钾是助氧剂，镁条燃烧提供热量，促使 KClO3发生分解；KClO3分解放出O2，保证镁条的继续燃烧，镁条燃烧放出热量，引发铝热反应进行。由于该反应为放热反应，反应放出的热量可以维持反应继续进行，因此反应一经引发，就可剧烈进行。纸漏斗用水浸湿，是为了防止滤纸被烧坏；蒸发皿中盛有沙子，是为了防止落下的熔融物炸裂蒸发皿。

(5)其他方法：

火法炼铜：铜可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来。Cu2S + O2

高温

2Cu + SO2 湿法炼铜： Fe + CuSO4

FeSO4 + Cu 。

【小结】

金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系

金属的活动性顺序

金属原子失电子能力

金属离子得电子能力

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu 强 → 弱

弱 → 强

热分

主要冶炼方法

电解法

热还原法

解法

4、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。

一、海水资源的利用

1．类型：主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却等。

2．海水的淡化

(1)主要方法：_蒸馏法_、电渗析法和___离子交换法__等。

(2)海水的蒸馏

物理

Hg Ag

Pt Au

①

冷却水的流向：___B_口进，__A___口出。

②

圆底烧瓶中加入碎瓷片的目的是___防止液体暴沸 _。

【思维拓展】海水的蒸馏装置与普通的蒸馏装置有何区别？为什么？

[答案] 因为海水蒸馏得到的是淡水，水的沸点为100 ℃(常压下)，无需用温度计，因此可不用蒸馏烧瓶，而换为圆底烧瓶。

海水化学资源的利用

1．海水制盐

(1)方法：把海水引到盐滩上，利用日光和风力使水分蒸发，得到食盐。

(2)食盐用途

电解①氯碱工业：2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

电解②制钠和氯气： ____2NaCl=====2Na＋Cl2↑_。

点燃③制盐酸：__

H2＋Cl2=====2HCl___。

④制漂白液：___

Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。

制漂白粉：_ 2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O 。

2．海带提碘

海带中碘元素以__I__的形式存在，其原理是利用氧化剂将_I氧化为____I2____。

第1步：灼烧。将足量海带放在__坩埚 ___内灼烧成灰烬。

第2步：I溶液的获取。将灰烬转移到___烧杯 __中，加适量蒸馏水，用玻璃棒充分搅拌，－－-

__煮沸___，____过滤__。

第3科学探究：步：氧化。向滤液中先加入___稀硫酸__，再加入_

H2O2_，化学方程式为___2I＋H2O2＋＋2H===I2＋2H2O_。

如何将海水中的溴离子转变成溴单质？阅读教材明含碘。1

、推测海水提溴的步骤和实验装置；3．海水提溴

2、写出相关的化学方程式。

－第P483步：碘单质的检验。向滤液中加入几滴___淀粉__溶液，若___溶液变为蓝色 _，则证页资料卡片——海水提溴。浓缩海水氢溴酸通入Cl2①通入Cl2③溴单质单质溴通入空气，SO2吸收②

1目前，从海水中提取的溴占世界溴年产量的左右，空气吹出法是用于工业规模海水提3溴的常用方法，其实验方法如下：

氯化：向酸化的浓缩海水中通入适量的___氯气 ___，使溴离子转化为溴单质，化学方程式为__2NaBr＋Cl2===Br2＋2NaCl _。

吹出：向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，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，化学方程式为___ Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4_____。

吸收：向吸收塔内的溶液中通入适量的__ 氯气_ _，化学方程式为__2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2__。

3．海水提镁

4、海水的其他应用：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。