归纳与整理课堂实录【3】

第四章化学与自然资源的开发利用

开发利用金属矿物和海水资源

【教材分析】

本节教材从金属矿物以及海水资源的开发利用两个专题，阐明化学在自然资源的合理开发和综合利用上的作用，首先是因为在当今全球资源、能源供应紧张与人口迅速增长的矛盾日益突出的情况下，金属矿物和海水资源同人类的生活有着日益紧密的联系，同时学生在前面的学习中已经了解钠、铝、铁、铜等金属以及氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的主要性质，并且对金属冶炼及海水资源也有一定的了解，这些都为本节学习创造了条件。本节从学科知识的角度，有利于学生将前面所学过的金属及其化合物、氧化还原反应、化学反应速率等知识和技能进行必要的梳理、归纳和拓展。从科学、技术和社会相互作用背景的角度，有利于学生加深体会化学在综合利用自然资源的作用，学会辨证地看待人类和自然协调发展中可能会遇到的问题，并培养做出明达决策的意识和能力。从学生学习的角度分析，学生已经具备了金属及其化合物、氧化还原反应、化学反应速率等一些基础知识，学生缺乏将理论知识应用于实践的能力。本节课的提供了一个理论结合实际的很好的切入点，将金属及其化合物的有关知识应用到金属冶炼工业上，并结合氧化还原反应的相关知识进行分析，能够将所学的课本上的知识应与实际的生产生活相联系，初步学会将课本中的知识应用于实践，将是一节特别有价值的课。

【教学目标与核心素养】

证据推理与模型认知

学生自己总结归纳的方法学习，也采用联系已学知识和生活经验，以实例引导学生讨论的方法教学过程紧扣学科的基本概念和基础理论。如金属的冶炼原理可与氧化还原理论结合，不同金属冶炼方法不同可与能量联系起来。关于金属冶炼部分知识采用多媒体提供材料，展开。

实验探究与创新意识

使学生能在一个宏观的层面上了解金属矿物和海水资源的合理开发和综合利用，它的意义在于通过对必修模块的学习，使学生能主导地、自发地欣赏和赞扬化学对生产和生活的贡献与作用，体会实际工业生产的复杂性和艰巨性，让学生能有所思、有所想、有所悟。

科学精神与社会责任

利从金属冶炼的体验化学科学的发展对人类生活的影响，拉近化学与学生的距1

离。用金属矿物、海水和化石燃料这些人类重要自然资源的综合利用中过程的利弊来感受人与社会的和谐发展，学会辨证地看待人类和自然协调发展中遇到的问题。

【教学重难点】

教学重点

1.了解金属元素在自然界中的存在方式和金属冶炼的实质。2.了解化学方法在海水资源开发中的作用。

1.了解金属冶炼的一般方法，并掌握相关反应的化学方程式，通过氧化还原反应加以分析。2.知道从海水中提取溴、碘的原理，了解非金属置换反应。

教学难点

【教学过程】

传说拿破仑三世的刀叉具是用铝制造的。筵席上，他为多数客人提供金餐具，而只让少数客人使用铝餐具，是为了让用铝餐具的客人留下更深刻印象。1885年，在美国首都华盛顿特区落成的华盛顿纪念碑上的顶帽也是用金属铝制造的。铝成为一些贵族身份的象征，可见人类先使用金后用铝的，想一想这是为什么呢？

1．金属单质在自然界中的存在形式：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。金属在自然界的分布特点是：量大，自然界中的金属元素种类约占全部元素种类的80%；面广，矿物中、动植物体中、水中都含有金属元素；形态不一，有游离态，也有化合态；数量不均，自然界中以化合态形式存在的金属元素多，以游离态形式存在的金属元素少；有的金属元素含量高，有的金属元素含量低。

2.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。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。

（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。

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

（3）金属冶炼的步骤：

1.金属冶炼方法。2.海水资源的合理开发和综合利用。

2

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。

3.金属的冶炼方法：不同金属冶炼方法的选择

(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：

①加热分解HgO：2HgO②加热分解Ag2O：2Ag2O2Hg＋O2↑

4Ag＋O2↑

(2)电解法：适用于非常活泼金属的冶炼。请补全下列反应的化学方程式：

①冶炼金属钠：2NaCl(熔融)②冶炼金属镁：MgCl2(熔融)③冶炼金属铝：2Al2O3(熔融)2Na＋Cl2↑

Mg＋Cl2↑

4Al＋3O2↑

（3）高温还原法：适用于大多数中等活泼金属的冶炼，常用的还原剂有C、CO、H2等。

①高炉炼铁：Fe2O3＋3CO②铝热反应炼铁：Fe2O3＋2Al③用氢气还原氧化铜：CuO＋H2（4）其他方法

①火法炼铜：Cu2S＋O22Cu＋SO2

2Fe＋3CO2

2Fe＋Al2O3

Cu＋H2O ②湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu 4.铝热反应：铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应，Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来。铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物。

3

5．合理开发和利用金属矿物资源

6.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。海水中水的储量约为1.3×109亿吨，约占全球总水量的97％。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。

1．海水中水资源的利用：海水中水资源的利用主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却等。通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法有蒸馏法（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）。

2.海水中化学资源的开发利用：海水中含有的各种元素的特点是种类多、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。

(1)海水制盐：从海水中制取盐的方法主要有盐田法、电渗析法和冷冻法。海水制盐生产NaCl，NaCl的水溶液制NaOH和漂白剂等。

2NaCl+2H2O

通电

2NaOH + Cl2↑+H2↑

4

2NaOH + Cl2 = NaCl + NaClO+H2O （2）海带中碘的提取：海水中碘的浓度很低，碘一般从海带或海藻等植物中提取。使I变成单质碘，可供选择的常见氧化剂有Cl2和H2O2。单质碘用苯或四氯化碳萃取，分液后用蒸馏的方法将碘和有机溶剂分开。

碘的提取

碘元素的检验

反应原理

工艺流程

反应原理

操作步骤

2H＋2I＋H2O2===I2＋2H2O

＋－－Cl2＋2I===I2＋2Cl

－－

温馨提示：碘元素的检验方法：淀粉遇单质碘变蓝，若是碘离子，通常先加入氯水氧化，再加入淀粉；或碘水呈黄色,通常加入有机溶剂四氯化碳或苯后有机层呈紫色；或加入硝酸酸化的硝酸银溶液后产生淡黄色沉淀，则原溶液中含碘离子。

（3）海水中提取溴：

工艺流程

基本操作

富集

浓缩

氧化

海水晒盐和海水淡化的过程中副产物Br得到浓缩

向浓缩的海水中通入Cl2，将Br氧化成Br2，反应的离子方程式为Cl2＋2Br===Br2＋2Cl

利用溴的挥发性，通入热空气和水蒸气，吹出的溴蒸气用SO2吸收，反应方程式为Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4

提取

（4）海水中提取镁：

再用Cl2将HBr氧化得到产品溴

－－－－

5

工艺流程

反应原理

CaCO3CaO＋CO2↑

CaO＋H2O===Ca(OH)2

MgCl2+ Ca(OH)2 = Mg(OH)2

↓+ CaCl2 Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + H2O

MgCl2

通电

Mg + Cl2

↑

6