第二节　资源综合利用　环境保护精品学案

第四章

第一节

开发利用金属矿物和海水资源

第一课时

金属矿物的开发利用

【教学目标】

知识:1、帮助学生认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用

2、掌握金属冶炼的原理和方法

3、掌握铝热反应及其应用

能力:学生通过对金属冶炼原理的学习，能够提高归纳、总结、比较的能力。

情感:帮助学生树立节约资源、爱护环境、变废为宝的意识。

利用金属矿物开发利用这个专题，学生更热爱自然，热爱化学。

【教学重点、难点】

重点:了解化学方法在金属冶炼方面的作用，并了解铝热反应的基本原理

难点：在掌握了金属冶炼的一般原理基础上，了解使用于不同金属的冶炼方法

【教学方法】

实验以及ppt演示，以师生互动的形式讲授

【教学器材】

多媒体、铁架台、火柴、蒸发皿、湿沙、坩埚钳、滤纸、自来水、铝粉、三氧化铁粉末、氯酸钾、镁条、

【教学过程】

导入：观看PPT图片，了解古代的金属开发与利用，过渡到现代金属的开发利用。引出本堂课的内容：

讲解并质疑：金属元素广泛分布于矿物中，动植物体内及海洋等区域中。那么金属元素在自然界中，如矿物或海洋中，是如何存在的呢？这又与什么性质有关？

板书：一、金属元素在自然界中的存在：游离态：少数不活泼的金属；化合态：多数比较活泼的金属（用PPT放映实物图片，加深对金属在自然界中存在的形式的印象。）

介绍：我国金属矿产资源现状：截至到2002年度，我国已发现的矿产有171种，已探明储量的矿产有157种。已探明的矿产资源总量约占世界的12％，仅次于美国。我国的稀土金属、钨、锌、锑和锡在世界各国的储量中名列前茅，其中稀土、钨、锑和锡仍是世界上的名牌矿种。中国主要金属矿产资源储量较丰富，但人均占有量少，矿产资源禀赋差，采矿、选矿和冶炼难度大。中国正处于工业化的中期，在矿产资源综合开发利用领域已取得很大的进展，但今后20～30年内矿产资源的供需矛盾将加剧。因此，加大勘探力度，加强对矿产资源的开发利用和保护并实施全球化策略是重要的任务。

讲解：我们日常使用的金属材料大多是金属单质或合金。因此必须把化合态的金属转化为金属单质－金属的冶炼。

板书：二、金属的冶炼：

设问：我们该如何从矿石中提炼出金属单质呢？根据什么原理？

板书：1、基本步骤：【学生活动】分组讨论、发言

讲解：（正确评价学生的回答并复述）冶炼金属的根据是把金属矿石中的金属离子还原成单质，经过三个步骤。（PPT放映）

第一步：矿石的富集：出去较大的杂质，提高矿石中有用的成分的含量

第二步：冶炼：利用氧化还原反应（很不活泼的金属除外），在一定的条件下还原出金属单质

第三步：精炼：采用一定的方法，提炼出纯净的金属

板书：2、金属冶炼的实质：

是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。

【分析探讨】金属离子的得电子能力是否全都相同？这与什么有关？

讲解并用PPT演示：金属的活动性不同，因此金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，对于不同活性的金属离子就必须采取不同的还原方法进行冶炼。

板书：3、金属冶炼的原理：

板书：（1）热分解法：

分析：（用PPT演示）分析对于不活泼金属（活动顺序中，Hg及Hg以后）它们的阳离子得电子能力很强，所以其还原的条件比较容易达到，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。例如：

△

2HgO2Ag2O

2Hg+O2↑

△

4Ag+O2↑

板书：（2）电解法：

分析：（用PPT演示）其实这就是电解法冶炼金属，非常活泼的金属（活动顺序中：K------ Al）我们知道其还原性很强，容易失去电子，而对应的阳离子则氧化性很弱，很难得到电子，用一般的还原剂很难将它们还原出来，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如：

2NaCl（熔融）

MgCl2（熔融）

电解

2Na + Cl2↑

Mg

+ Cl2↑

电解

2Al2O3 （熔融）冰晶石电解4Al + 3O2↑

评价：电解法冶炼金属耗能较大，大多数金属我们可以用其他方法进行冶炼

板书：（3）热还原法：

回顾知识：大家常见的可用作还原剂的物质有哪些？

答：氢气、一氧化碳、碳、镁、铝、铁、锌

分析：（用PPT演示）在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属（Zn-------Cu)，其对应的离子得电子能力较强，其化合物又不能通过受热分解得到金属单质，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，例如：

练习：让学生写出一些常见的金属氧化物被还原的反应，写完后用PPT对

照：

Fe2O3+3CO WO3

+ 3H2

ZnO +

C

Fe2O3+2Al

高温

2Fe + CO2↑

W

+3H2O

Zn

+ CO↑

2Fe + Al2O3（铝热反应）

高温

高温

高温

高温

Cr2O3+2Al

2Cr+ Al2O3（铝热反应）

点评并强调：若金属以硫化物或碳酸盐形式存在，应先将其转化成氧化物。

实验探究：演示实验4—1：（实验前用磁铁检查一下室温条件下有无铁存在；反应后再用磁铁检查有无铁生成）学生回答现象写出化学方程式并分析各试剂的作用。

I、现象：

镁条剧烈燃烧，放出大量热，发出耀眼白光，纸漏斗内剧烈反应，有火星喷射，纸漏斗被烧穿，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。

Ⅱ、反应方程式：

Fe2O3+2Al （分析化合价升降）

高温

2Fe+Al2O3（铝热反应）【思考】铝热反应中镁条和氯酸钾的作用分别是什么？

镁条易燃烧且放出大量的热，就可以给铝热反应提供足够的热量引发反应，放出的热还能使氯酸钾发生分解放出氧气。氯酸钾在镁条燃烧的情况下发生分解放出氧气，使插入到铝热剂内的镁条能够继续燃烧。

Ⅲ、铝热剂及应用：

(1)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。

(2)铝热反应的特点：在高温下引燃后剧烈反应，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。体现铝的还原性、氧化铝熔点高的性质。

(3)铝热反应的应用：①焊接钢轨；②冶炼高熔点金属：V、Cr、Mn等。（观看图片，体会化学在生产、生活中的实际应用，激发学生热受化学的情感）

小结：金属活动顺序表中不同金属冶炼方法的选择（投影）

K Ca Na Mg Al

Zn Fe Sn

Pb

Cu

Hg Ag

电解法

热还原法

热分解法