人教版必修二 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源 教案.doc

第四章 化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展第一節(jié) 開發(fā)利用金屬資源和海水資源(一)課題：第四章 化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展第一節(jié) 開發(fā)利用金屬資源和海水資源(一)授課班級課 時教學(xué)目的知識與技能1、認識和體會化學(xué)在自然資源開發(fā)和國的和作用。常識性介紹金屬回收和資源保護的意義2、提示化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展的重要關(guān)系 3、樹立資源保護意識及合理開發(fā)意識4、初步培養(yǎng)自主查閱資料的能力5、初步掌握化學(xué)實驗基本操作、基本技能過程與方法1、自主學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力2、活動探究，通過了解金屬資源的開發(fā)、金屬冶煉，人類冶煉和使用金屬的歷史，金屬資源的回收和再利用，海洋資源的類型，海水資源的開發(fā)及利用現(xiàn)狀，增減學(xué)生歸納能力，比較能力情感態(tài)度價值觀1、幫助學(xué)生樹立節(jié)約資源、愛護資源、變廢為寶等意識2、通過金屬礦物以海水資源的開發(fā)利用兩個專題，使學(xué)生熱愛自然，熱愛化學(xué)重 點了解化學(xué)方法在金屬礦物中開發(fā)(主要是金屬冶煉)難 點掌握金屬冶煉的一般原理基礎(chǔ)上，了解適用于不同金屬的冶煉方法知識結(jié)構(gòu)與板書設(shè)計第四章 化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展 第一節(jié) 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源一、金屬單質(zhì)在自然界中的存在形式二、金屬的冶煉2、金屬冶煉的實質(zhì)：用還原的方法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬原子。1、金屬的冶煉：(1)用化學(xué)的方法把化合態(tài)的金屬變成游離態(tài)金屬(2)將金屬從其化合物中還原出來用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過程在工業(yè)上稱為金屬的冶煉。(一) 熱分解法(hg au) (二) 熱還原法(zn cu) 鋁熱反應(yīng)：(三) 電解法2cuso4+2h2o 2cu+2h2so4+o2三、金屬的回收和資源保護1、回收金屬的意義：（1）節(jié)約礦物資源； （2）節(jié)約能源； （3）減少環(huán)境污染2、回收金屬的實例（1）廢舊鋼鐵用于煉鋼；（2）廢鐵屑用于制鐵鹽；（3）定影液用于回收銀教學(xué)過程教學(xué)步驟、內(nèi)容教學(xué)方法【引課】現(xiàn)在各種報刊媒體頻繁出現(xiàn)“可持續(xù)發(fā)展”一詞，有那位同學(xué)解釋一下？【閱讀】資料卡片：自然資源與可持續(xù)發(fā)展。增加資料：我國21世紀初可持續(xù)發(fā)展的總體目標是：可持續(xù)發(fā)展能力不斷增強，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整取得顯著成效，人口總量得到有效控制，生態(tài)環(huán)境明顯改善，資源利用率顯著提高，促進人與自然的和諧，推動整個社會走上生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路?！景鍟康谒恼?化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展【講解】廣義地講，所謂自然資源，是指在一定時間、地點的條件下能夠產(chǎn)生經(jīng)濟價值的，以提高人類當前和將來福利的自然環(huán)境因素和條件的總稱?？沙掷m(xù)發(fā)展的目標是滿足人類需要，強調(diào)人類的行為要受到自然界的制約、強調(diào)代際之間、人類和其它生物種群之間、不同國家和不同地區(qū)之間的公平。它包括經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，社會的可持續(xù)發(fā)展、資源可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和全球可持續(xù)發(fā)展?！局v解】人們通常將數(shù)以萬計的化學(xué)物質(zhì)進行分類，在原子、分子、乃至超分子等不同的結(jié)構(gòu)層次上研究物質(zhì)及其化學(xué)變化規(guī)律，認識物質(zhì)在變化過程中表現(xiàn)出來的性質(zhì)，所有這些都是人類利用自然資源、豐富物質(zhì)世界的重要依據(jù)。下面我們主要以金屬礦物和海水資源的綜合利用為例，一起認識體會化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義合作用。【板書】第一節(jié) 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源一、金屬單質(zhì)在自然界中的存在形式【講解】少數(shù)化學(xué)性質(zhì)不活潑的金屬，在自然界中能以游離態(tài)存在，如金、鉑、銅、銀；化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬，在自然界中以化合態(tài)存在。大多數(shù)金屬在自然界中是以化合態(tài)存在的，如鋁以鋁土礦形式存在，鐵以鐵礦石形式存在?！局v解】金屬在自然界的分布特點是：1、量大，自然界中的金屬元素種類約占全部元素種類的80%。2、面廣，礦物中、動植物體中、水中都含有金屬元素。3、形態(tài)不一，有游離態(tài)，也有化合態(tài)，4、數(shù)量不均，自然界中以化合態(tài)形式存在的金屬元素多，以游離態(tài)形式存在的金屬元素少；有的金屬元素含量高，有的金屬元素含量低?！景鍟慷?、金屬的冶煉【講解】除了金、鉑等少數(shù)金屬外，絕大多數(shù)金屬都以化合物形式存在于自然界?；瘜W(xué)要研究如何合理、高效的利用這些金屬礦石，將其中的金屬從化合物中還原出來用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料，這一過程在工業(yè)上稱為金屬的冶煉?！景鍟?、金屬的冶煉：(1)用化學(xué)的方法把化合態(tài)的金屬變成游離態(tài)金屬(2)將金屬從其化合物中還原出來用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過程在工業(yè)上稱為金屬的冶煉?！舅伎寂c交流】法國皇帝拿破侖是一個喜歡炫耀自己的人。他常常大擺宴席，宴請?zhí)煜沦e客。每次宴會，他總是擺出一副高人一等的樣子。餐桌上的用具幾乎全是用銀制成的，唯有他自己用的那一個碗?yún)s是鋁制品。為什么貴為法國皇帝，在當時卻不用高貴而亮麗的銀碗，而用色澤要暗得多的鋁碗呢？【講解】簡單地說，金屬的冶煉就是把金屬從礦石中提煉出來。由于礦石中的金屬元素絕大多數(shù)都是以正化合價態(tài)存在，所以在金屬冶煉的過程中，金屬元素要經(jīng)過一個被還原的過程【板書】2、金屬冶煉的實質(zhì)：用還原的方法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬原子。【投影回顧】k ca na mg al zn fe sn pb h cu hg ag pt au金屬活動性逐漸減弱、金屬離子的的電子能力逐漸增強【講解】從金屬礦石提煉金屬，一般要經(jīng)過三個步驟：1、礦石的富集：減少雜質(zhì)，提高礦石中有用成分的含量2、冶煉：利用氧化還原反應(yīng)原理，在一定條件下，用還原劑把金屬礦石中以化合態(tài)存在的金屬還原成金屬單質(zhì)3、精煉，采用一定的方法，提煉純金屬【過渡】不同的金屬元素，其金屬性不同，由化合態(tài)還原為游離態(tài)的難易程度不同，因此金屬冶煉方法不同。常用的金屬冶煉方法有：熱分解法、熱還原法、電解法等?！景鍟咳?、金屬冶煉的方法【板書】1、熱分解法(hg au)【講解】有些不活潑金屬僅用熱分解法就能制得。在金屬活動性順序中，位于氫后面的金屬的氧化物受熱就能分解?！景鍟?【投影小結(jié)】適用于hg、ag的冶煉【板書】2、熱還原法(zn cu)【講解】多數(shù)金屬（活動性介于鎂和銅之間的金屬）的冶煉過程屬于熱還原法。常用的還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣和活潑金屬等?！景鍟俊就队靶〗Y(jié)】常見的還原劑有：1、co：適用于較不活潑的金屬，多用于冶煉合金，成本較低2、h2適用于高溫不和水反應(yīng)的金屬，金屬成分純度高，熔點高，生產(chǎn)成本高3、活潑金屬：適用于高熔點、較不活潑的金屬，生產(chǎn)成本高，金屬純度高【投影實驗4-1】鋁熱反應(yīng)（演示）：【講解】操作要點：用兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀，套在一起，使四周都有四層。把內(nèi)層漏斗取出，在底部剪一個孔，用水潤濕，再跟另一紙漏斗套在一起，架在鐵圈上（如上圖），下面放置盛沙的蒸發(fā)皿。把5 g炒干的氧化鐵粉未和2 g鋁粉混合均勻，放在紙漏斗中，上面加少量氯酸鉀并在混合物中間插一根鎂條，用小木條點燃鎂條。觀察發(fā)生的現(xiàn)象?！緦嶒灛F(xiàn)象】：鎂條劇烈燃燒，放出一定的熱量，使氧化鐵粉未和鋁粉在較高溫度下發(fā)生劇烈的反應(yīng)。反應(yīng)放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的光芒。我們還可以看到，紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷卻后，除去外層熔渣，用磁鐵吸引，可以發(fā)現(xiàn)落下的是鐵珠?！景鍟夸X熱反應(yīng)：【注意】鋁熱反應(yīng)的特點：高溫引燃劇烈放熱，體現(xiàn)氧化鋁高熔點的性質(zhì)。 應(yīng)用：焊接鋼軌冶煉高熔點金屬【投影】【講解】由于早期煉鋁十分困難，所以鋁的價格十分昂貴，一度超越金銀之上，直至19世紀上半葉，鋁還是歐洲許多高級珠寶店的高檔貨。然而自從美國青年化學(xué)家霍爾發(fā)明電解制鋁法后，制鋁工藝不斷改進，現(xiàn)在人們已經(jīng)熟練掌握了從鋁土礦（主要成分是al2o3，當然還是有很多其它雜質(zhì)的）中冶煉鋁的技術(shù)了，使得制鋁成本大大下降，鋁的價格也一降千丈，走入千家萬戶。【板書】3、電解法【講解】在金屬活動性順序中，鉀、鈉、鈣、鋁等幾種金屬的還原性很強，這些金屬都很容易失去電子，因此不能用一般的方法和還原劑使其從化合物中還原出來，而只能用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來冶煉?！景鍟俊局v解】一些對純度要求較高的不活潑金屬也可以采用電解其鹽溶液的方法來進行冶煉，例如：【板書】 2cuso4+2h2o 2cu+2h2so4+o2【投影小結(jié)】電解熔融物：適用于活潑金屬的冶煉，煉得的金屬純度高，耗電量大，生產(chǎn)成本高，熔融物屬于離子化合物電解不活潑金屬的鹽溶液：適用于高熔點、不活潑金屬，金屬純度高?！鹃喿x】表4-1；常見金屬的冶煉原理?！拘〗Y(jié)】不同金屬冶煉方法的選擇【板書】【講解】地球上的金屬礦物資源是有限的，我們必須學(xué)會合理開發(fā)和利用這些礦物資源?！景鍟克?、金屬的回收和資源保護【講解】以鋁為例，生產(chǎn)一噸原鋁至少要消耗四噸鋁土礦資源。當前全球原鋁的年產(chǎn)量約2500萬噸，年消耗鋁土礦超過一億噸，如果照此發(fā)展下去，地球上的鋁土礦資源就會越來越少，直至有一天枯竭。如果人類消費的鋁能夠回收利用，只要回收利用量達到產(chǎn)量的二分之一，每年就將減少鋁土礦消耗量約5000萬噸，這對保護全球鋁土礦資源具有極為重要的意義。其次，利用廢雜原料生產(chǎn)一噸合金鋁錠與用鋁土礦原料生產(chǎn)一噸原鋁錠相比，可以節(jié)省95以上的能源消耗。 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，每生產(chǎn)一噸原鋁錠需要消耗能源2132tj(電能約占82)，而生產(chǎn)一噸再生鋁合金錠所需能源消耗為55tj(燃料約占80)，僅為原鋁錠生產(chǎn)能源消耗的26，優(yōu)勢比較明顯。由于鋁可以反復(fù)循環(huán)使用，從再生鋁廢料中再生產(chǎn)鋁，其節(jié)能效果更加顯著。另外，再生鋁生產(chǎn)中二氧化碳的產(chǎn)生量和排放量與原鋁生產(chǎn)相比，大為減少。有資料統(tǒng)計，再生鋁生產(chǎn)可比用水電生產(chǎn)原鋁減少二氧化碳排放量91%，比用燃油發(fā)電減少二氧化碳排放量97以上，比用煤發(fā)電減少的二氧化碳排放量更多，環(huán)保效益十分顯著?！景鍟?、回收金屬的意義：（1）節(jié)約礦物資源；（2）節(jié)約能源；（3）減少環(huán)境污染【講解】據(jù)估算，回收一個鋁制飲料罐比制造一個新飲料罐要便宜20%，還可節(jié)約金屬資源和95%的能源。1t廢鋼鐵回爐冶煉可煉成近1t的鋼，跟用鐵礦石冶煉比，能節(jié)約11t煤和鐵礦石，減少污染空氣的懸浮微粒11kg。目前世界上已有50%以上的鐵和90%以上的金得到了回收利用。 廢舊金屬的回收利用還可以減少對環(huán)境的污染。例如，廢舊電池中含有汞等，如果廢舊電池隨意丟棄，汞等滲出會造成地下水和土壤的污染，威脅人類健康。如果將汞等回收利用，不僅可以節(jié)約金屬資源，還可以減少對環(huán)境的污染。【板書】2、回收金屬的實例（1）廢舊鋼鐵用于煉鋼；（2）廢鐵屑用于制鐵鹽；（3）定影液用于回收銀【自我評價】1我國是世界文明發(fā)達最早的國家之一，勞動人民掌握冶鐵技術(shù)的最早年代是a、春秋晚期 b、商代 c、南宋時期 d、清朝2用氫氣作還原劑和用金屬作還原劑相比，所得金屬的純度的說法正確的是a、用氫氣的高 b、用金屬的高 c、二者相同 d、無法比較3用鋁熱反應(yīng)冶煉出的金屬的狀態(tài)是a、固態(tài) b、氣態(tài) c、液態(tài) d、三種狀態(tài)都有可能4鋁能用于冶煉難熔的金屬（如鐵、釩、錳等），這是