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2019-2020年高中化學(xué)《開發(fā)利用金屬礦物和海水資源》教案1 新人教版必修2 【教學(xué)背景】 在當(dāng)今全球資源、能源供應(yīng)緊張與人口迅速增長的矛盾日益突出的情況下，金屬礦物和海水資源同人類的生活有著日益緊密的聯(lián)系，教材從金屬礦物以及海水資源的開發(fā)利用兩個專題，闡明化學(xué)在自然資源的合理開發(fā)和綜合利用上的作用。本節(jié)教學(xué)的主要目標(biāo)是幫助學(xué)生認(rèn)識和體會化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義和作用，揭示化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展的重要關(guān)系，樹立資源保護(hù)意識及合理開發(fā)意識。 【教學(xué)目標(biāo)】 ★知識與技能目標(biāo) 1、了解金屬元素在自然界的存在形態(tài)。 2、掌握金屬冶煉的原理和方法。 3、掌握鋁熱反應(yīng)及其應(yīng)用。 4、了解海水資源開發(fā)和利用的前景及化學(xué)在其中可以發(fā)揮的作用。 ★過程與方法目標(biāo) 1、培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和查閱相關(guān)資料進(jìn)行分析概括的能力。 2、通過案例探究培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會運(yùn)用觀察、實(shí)驗、比較、分類、歸納、概括等方法對獲取的信息進(jìn)行加工，同時訓(xùn)練學(xué)生的口頭表達(dá)能力和交流能力。 3、通過對案例探究，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新意識，從而悟出學(xué)好化學(xué)的科學(xué)方法。 ★情感態(tài)度與價值觀目標(biāo) 1、體會化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義和作用，揭示化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展的重要關(guān)系，樹立資源保護(hù)意識及合理開發(fā)意識。 2、通過化學(xué)史的教學(xué)，使學(xué)生認(rèn)識并欣賞化學(xué)科學(xué)對提高人類生活質(zhì)量和促進(jìn)社會發(fā)展的重要作用。 3、介紹我國古代在金屬冶煉方面的成就，激發(fā)學(xué)生的愛國主義情感。 4、認(rèn)識化學(xué)在環(huán)境保護(hù)鐘的作用，樹立綠色化學(xué)的觀念。 【教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】 教學(xué)重點(diǎn)：了解化學(xué)方法在金屬礦物開發(fā)（主要是金屬冶煉）及海水資源開發(fā)中的作用。 教學(xué)難點(diǎn)：學(xué)生在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。 【教學(xué)方法】 多媒體輔助教學(xué)：利用圖片、錄像、多媒體課件等為學(xué)生提供豐富的背景材料，以便形成豐富的感性認(rèn)識。 探究式教學(xué)：創(chuàng)設(shè)問題情景、結(jié)合演示實(shí)驗，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，進(jìn)行探究式教學(xué)。 【教學(xué)過程】 第一課時 【引言】 金屬在自然界中的分布很廣，但金屬元素一般分布在什么區(qū)域？ 【講解】 （正確評價學(xué)生的回答，并補(bǔ)充）金屬元素廣泛分布于礦物中，動植物體內(nèi)及海洋等區(qū)域中。 【質(zhì)疑】 金屬元素在自然界中，如礦物或海洋中，是如何存在的呢？這又與什么性質(zhì)有關(guān)？ 【板書】 一、金屬的存在：游離態(tài)：少數(shù)不活潑的金屬；化合態(tài)：多數(shù)比較活潑的金屬 【介紹】 我國的礦產(chǎn)資源現(xiàn)狀，國情教育 【講解】 我們?nèi)粘Ｊ褂玫慕饘俨牧洗蠖嗍墙饘賳钨|(zhì)或合金。因此必須把化合態(tài)的金屬轉(zhuǎn)化為金屬單質(zhì)－金屬的冶煉。 【板書】 二、金屬的冶煉 【設(shè)問探究】 我們該如何從礦石中提煉出金屬單質(zhì)呢？根據(jù)什么原理？ 【學(xué)生活動】 分組討論、發(fā)言 【講解】 （正確評價學(xué)生的回答并復(fù)述）冶煉金屬的根據(jù)是用還原劑把金屬礦石中的金屬離子還原成單質(zhì)，經(jīng)過三個步驟。冶煉的步驟： 第一步：礦石的富集：除去雜質(zhì)，提高礦石中有用成分含量。 第二步：冶煉：利用氧化還原反應(yīng)，在一定條件下，用還原劑還原。 第三步：精煉：采用一定方法，提煉純金屬。 【板書】 1、金屬冶煉的實(shí)質(zhì) 【分析探討】金屬離子的得電子能力是否全都相同？這與什么有關(guān)？ 【講解】 由于金屬的活動性不同，金屬離子得到電子還原成金屬原子的能力也就不同，因此，對于不同活性的金屬離子就必須采取不同的還原方法進(jìn)行冶煉。 【板書】 2、金屬冶煉的方法 【分析】 一些不活潑的金屬，它們是在金屬活動順序中位于氫后面的金屬，如 Hg、Ag等，其陽離子得電子能力很強(qiáng)，所以其還原的條件比較容易達(dá)到。Hg、Ag的氧化物受熱就能分解得到單質(zhì)。 【板書】 (1)、熱分解法 2HgO 2Hg＋O 2 ↑2AgO 2Ag＋O 2 ↑ 【分析】 位于活動性順序表中前端的金屬如 K、Na、Ca、Al等金屬，我們知道其還原性很強(qiáng)，容易失去電子，而其對應(yīng)的陽離子則氧化性很弱，很難得到電子；一般的還原劑都無法把它的陽離子還原出來。我們只能使用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來冶煉。 【板書】 (2)、電解法 MgCl 2 (熔融) Mg＋Cl 2 ↑ 【分析】 對于大多數(shù)金屬，如位于金屬活動順序表中間一段的金屬所對應(yīng)的離子，得電子能力較強(qiáng)，其化合物又不能通過受熱分解得到金屬單質(zhì)，必須使用還原劑還原金屬陽離子。常見的還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣。一些活潑金屬也可作為還原劑，將相對不活潑的金屬從其化合物中置換出來。 【板書】 (3)、熱還原法 ① 常用還原劑：焦炭、CO、H 2 、活潑金屬(如Al)等 【練習(xí)】 分別寫出這四種常用的還原劑冶煉赤鐵礦的化學(xué)方程式。 【點(diǎn)評并強(qiáng)調(diào)】 若金屬以硫化物或碳酸鹽形式存在，應(yīng)先將其轉(zhuǎn)化成氧化物。 【實(shí)驗探究】 實(shí)驗 4—1 (實(shí)驗前用磁鐵檢查一下室溫條件下有無鐵存在；反應(yīng)后再用磁鐵檢查有無鐵生成)觀察、記錄實(shí)驗現(xiàn)象，并思考回答：反應(yīng)前：無鐵存在。反應(yīng)中：發(fā)光、放熱、反應(yīng)劇烈。反應(yīng)后：用磁鐵檢查生成物有塊狀物被吸起。2Al+Fe 2 O 3 =2Fe+Al 2 O 3 +Q。Al的還原性強(qiáng)于鐵，也能與化合態(tài)氧結(jié)合。證明Al的還原性強(qiáng)于Fe，Al可與化合態(tài)的氧反應(yīng)。 （演示鋁熱反應(yīng)，由學(xué)生寫出反應(yīng)方程式，并分析各種試劑的作用）。 【說明】 在該反應(yīng)中，鎂條和氯酸鉀是引燃劑，鎂條在空氣中可以燃燒，氧氣是氧化劑。但插入混合物中的部分鎂條燃燒時，氯酸鉀則是氧化劑，以保證鎂條的繼續(xù)燃燒，同時放出足夠的熱量引發(fā)氧化鐵和鋁粉的反應(yīng)。由于該反應(yīng)放出大量的熱，只要反應(yīng)已經(jīng)引發(fā)，就可劇烈進(jìn)行，放出的熱使生成的鐵熔為液態(tài)。 【設(shè)疑】 發(fā)生了什么反應(yīng)？如何書寫化學(xué)方程式呢？ 2Al+Fe 2 O 3 =2Fe+Al 2 O 3 【講述】 我們把上述反應(yīng)稱為鋁熱反應(yīng)。 【板書】 ②鋁熱反應(yīng) 【應(yīng)用探究】 鋁熱反應(yīng)有什么用途呢？ 【放錄像】 鋁熱反應(yīng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用：焊接鋼軌、冶煉難熔金屬?？翠浵?。體會化學(xué)在生產(chǎn)、生活中的實(shí)際應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生熱受化學(xué)的情感。 【講述并板書】 ③應(yīng)用： a：野外焊接。 b：冶煉難熔金屬（要求學(xué)生寫出冶煉鉻、錳的反應(yīng)）。 2Al＋Cr 2 O 3 ＝2Cr＋Al 2 O 3 4Al＋3MnO 2 ＝2Al 2 O 3 ＋3Mn 【小結(jié)】 金屬冶煉的方法：（投影） 【過渡】 地球上的金屬礦產(chǎn)資源是有限的，無法再生，而且隨著金屬的使用，金屬會被腐蝕而污染環(huán)境，那么我們應(yīng)該具體怎么做呢？ 【板書】 三、金屬的回收與環(huán)境、資源保護(hù) 【閱讀指導(dǎo)】 閱讀教材相關(guān)內(nèi)容。 【講述】 正確評價學(xué)生的回答并歸納。 【講述】 有關(guān)金屬回收再利用的好處。 1、廢舊金屬的最好處理方法是回收利用。 2、回收利用廢舊金屬的意義是減少垃圾量，防止污染環(huán)境且緩解資源短缺的矛盾。 【資料介紹】 以鋁為例，生產(chǎn)一噸原鋁至少要消耗四噸鋁土礦資源。當(dāng)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(fèi)的鋁能夠回收利用，只要回收利用量達(dá)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(hù)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。 每生產(chǎn)一噸原鋁錠需要消耗能源 213．2TJ(電能約占82％)，而生產(chǎn)一噸再生鋁合金錠所需能源消耗為5．5TJ(燃料約占80％)，僅為原鋁錠生產(chǎn)能源消耗的2．6％，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?！? 【小結(jié)】 指導(dǎo)學(xué)生歸納本節(jié)課的內(nèi)容。 【作業(yè)】 上網(wǎng)查資料了解中國金屬的回收利用情況，并寫一份調(diào)查報告（ 300字左右） 【板書設(shè)計】 一、金屬的存在：游離態(tài)：少數(shù)不活潑的金屬；化合態(tài)：多數(shù)比較活潑的金屬 二、金屬的冶煉 1、金屬冶煉的實(shí)質(zhì) 2、金屬冶煉的方法 (1)、熱分解法 (2)、電解法 (3)、熱還原法 ① 常用還原劑：焦炭、CO、H2、活潑金屬(如Al)等 ②鋁熱反應(yīng) ③鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用： a：野外焊接。 小結(jié)：金屬冶煉的方法： 三、金屬的回收與環(huán)境、資源保護(hù) 第二課時 【引入】 海洋約占地球表面積的 71%，具有十分巨大的開發(fā)潛力。海洋對于人類的意義，已不再局限于傳統(tǒng)的提供生存的自然環(huán)境、漁鹽之利、航運(yùn)交通、國家安全等方面。海洋農(nóng)牧化、海洋油氣開發(fā)、深海采礦、海水綜合利用等產(chǎn)業(yè)開發(fā)已形成規(guī)模，并顯示出巨大潛力。開發(fā)利用海洋資源，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，是解決人口、資源、環(huán)境問題的重要途徑。我國的社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展將越來越多地依賴海洋。 【資料展示】 海洋之所以被譽(yù)為人類未來的希望，是因為海洋中有豐富的資源和能源。海洋自然資源的分類有多種，《中國自然資源叢書海洋卷》按照海洋資源的性質(zhì)、特點(diǎn)、存在形態(tài)，將海洋資源分為 6個大類：①海洋生物資源（包括漁業(yè)資源、藥物資源、珍稀物種資源）；②海底礦產(chǎn)資源（包括金屬礦產(chǎn)資源、非金屬礦產(chǎn)資源、石油和天然氣資源）；③海洋空間資源（包括土地資源、港口和交通資源、環(huán)境空間資源）；④海水資源（包括鹽業(yè)資源、溶存的化學(xué)資源、水資源）；⑤海洋新能源（包括潮汐能資源、波浪能資源、海流能資源、溫差和鹽差能資源、海上風(fēng)能資源）；⑥海洋旅游資源（包括海洋自然景觀旅游資源、娛樂和運(yùn)動旅游資源、人類海洋歷史遺跡旅游資源、海洋科學(xué)旅游資源、海洋自然保護(hù)區(qū)旅游資源）。 【板書】 一、海洋資源的分類 【多媒體投影】 【講述】本節(jié)我們僅以海水資源為例，一起來探究一下海水資源的利用和海水化學(xué)資源的利用前景。 【閱讀教材及資料并思考】 1、海水中水資源的利用包括哪幾部分？ 2、海水淡化有哪些方法？ 【資料展示】 海水直接利用包括沿海工業(yè)冷卻用水、生活用水和耐鹽植物灌溉。這是海水資源開發(fā)的一個領(lǐng)域。據(jù)預(yù)測， xx年時美國工業(yè)用水的1/3將由海水提供。我國今后也要發(fā)展海水直接利用工程。在沿海地區(qū)，特別是在電力、冶金、化工等行業(yè)推廣海水冷卻方法，同時推廣在生活領(lǐng)域中使用海水，如沖洗、除塵、消防、灌溉、印染等。目前青島市已有20多個單位直接利用海水，年用海水量占全市工業(yè)用水量的67％，上海石化總廠每小時用海水量達(dá)10010 4 t，青島、大連、天津等城市的發(fā)電、石油、化工等部門每年直接利用海水達(dá)5010 8 m 3 。 海水淡化現(xiàn)有 20多種技術(shù)方法。目前技術(shù)純熟、經(jīng)濟(jì)效益較好的是蒸餾法、電滲析法和反滲透法。蒸餾法即通過將海水加熱蒸發(fā)，再把蒸汽冷凝得到淡水。這是傳統(tǒng)的方法，目前生產(chǎn)能力最大。這種技術(shù)正朝著容量大型化（日產(chǎn)1010 4 t以上）和目的多重化的方向發(fā)展，如利用淡化后的濃縮海水提取有用物質(zhì)，利用發(fā)電廠余熱進(jìn)行海水淡化等。我國已進(jìn)行了日產(chǎn)百噸的淡化裝置試制，具備了設(shè)計和研制大、中型蒸餾淡化裝置的技術(shù)能力。 我國的海水化學(xué)資源 【講述】 海水水資源的利用包括兩個方面， 1、海水直接利用。2、海水的淡化。 【板書】 二、海水水資源的利用： 1、海水直接利用。 2、海水的淡化。 【講述】 水淡化的方法已有十幾種，主要的有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。其中蒸餾法的歷史最久，技術(shù)和工藝也比較完善，是目前海水淡化的主要方法。此法耗能大成本較高，因此可利用太陽能進(jìn)行海水蒸餾淡化。 蒸餾裝置圖 【資料展示】 太陽能海水蒸餾器 第二次世界大戰(zhàn)中，美國國防部制造了許多軍用海水淡化急救裝置，供飛行員和船員落水后取水用，這種裝置實(shí)際上是一種簡易的太陽能蒸餾容器。２０世紀(jì)６０年代，美國在佛羅里達(dá)的戴托納海灘，建立了供大規(guī)模太陽能蒸餾研制工作用的特殊實(shí)驗站。希臘、阿爾及利亞、澳大利亞等國也進(jìn)行了許多太陽能蒸餾試驗。世界上最大的池式太陽能蒸餾器在希臘的帕特莫斯，玻璃總面積為８６５１平方米，最大日產(chǎn)量為４０立方米淡水。 太陽能蒸餾器結(jié)構(gòu)簡單，主要由裝滿海水的水盤和覆蓋在它上面的玻璃或透明塑膠蓋板構(gòu)成。水盤表面涂黑，裝滿待蒸餾的水，盤下絕熱，水盤上覆蓋的玻璃或透明塑膠蓋板下緣裝有集水溝，并與外部集水槽相通。太陽輻射透過透明蓋板，水盤中的水吸熱蒸發(fā)為水蒸氣，與蒸餾室內(nèi)空氣一起對流。由于蓋板本身吸熱少，溫度低于池中溫水，水蒸氣上升并與蓋板接觸后凝結(jié)成水滴，沿著傾斜蓋板借助重力流到集水溝里，而后再流到集水器中。池式太陽能蒸餾器中海水的補(bǔ)充可以是連續(xù)的，也可以是斷續(xù)的。雖然它有很多不同的結(jié)構(gòu)形式，但基本原理是一樣的。這類蒸餾器是一種理想的利用太陽能進(jìn)行海水淡化的裝置。 【講述】 海水中溶存著 80多種元素，其中不少元素可以提取利用，具有重要的開發(fā)價值。我國對海水化學(xué)元素的提取都有一些研究，可以列為未來的開發(fā)產(chǎn)業(yè)。 【板書】 三、海水化學(xué)資源的利用 【實(shí)驗探究】 海水中幾種重要元素的提?。?1、海水提溴 2、海帶中碘元素的證明？ 【學(xué)生活動】 1、閱讀教材，寫出有關(guān)海水提溴利用原理的化學(xué)方程式。 2、描述“海帶中碘元素的證明”實(shí)驗現(xiàn)象寫出相關(guān)的化學(xué)方程式。 【作業(yè)】 上網(wǎng)查資料了解從海水中提取其它元素（如鉀、鎂等），并寫一份調(diào)查報告（ 1000字左右）。 【板書設(shè)計】 一、海洋資源的分類 二、海水水資源的利用： 1、海水直接利用 2、海水的淡化 三、海水化學(xué)資源的利用 【教學(xué)后記】 個人體會 ： xx年秋，我省率先在全國進(jìn)行高中新課程改革試點(diǎn)。新的課程標(biāo)準(zhǔn)已從教學(xué)理念上發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，更加注重于對知識獲得過程的探索，對學(xué)習(xí)方法的探索；注重合作探究，情感交流，注重學(xué)生的終身發(fā)展。就本節(jié)課的內(nèi)容來說，大部分知識在初中已初步學(xué)習(xí)或了解，因此我結(jié)合新課程倡導(dǎo)的新理念，運(yùn)用多媒體、視頻音像材料、實(shí)驗案例探究，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，使學(xué)生真正成為課堂的主人；讓他們利用素材，鍛煉分析、對比、歸納、總結(jié)的思維能力和設(shè)計和操作化學(xué)實(shí)驗的基本技能。 結(jié)合課本上的內(nèi)容，針對當(dāng)前社會生活中存在的城市淡水資源缺乏、金屬資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等問題，讓學(xué)生體會到化學(xué)資源的合理開發(fā)和綜合利用的重要性，從而樹立保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的觀念。 本節(jié)課的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)了知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三維目標(biāo)的統(tǒng)一，使學(xué)生在交流、合作、探究中的氣氛中學(xué)習(xí)。 【 點(diǎn)評 】 學(xué)生是問題探究的主體，教師作為立足于為學(xué)生服務(wù)的角色，為學(xué)生提供探究活動所必需的信息檢索尤為必要。 在網(wǎng)絡(luò)時代的今天，不僅學(xué)習(xí)方式體現(xiàn)多樣性，而且作業(yè)的形式和要求也應(yīng)該有多樣性和層次性。