化学人教版 (新课标)第一节 开发利用金属矿物和海水资源第1课时教案设计

这是一份化学人教版 (新课标)第一节 开发利用金属矿物和海水资源第1课时教案设计，共5页。教案主要包含了金属单质在自然界中的存在形式，金属的冶炼，金属的回收和资源保护等内容，欢迎下载使用。

课题：第四章 化学与可持续发展
第一节 开发利用金属资源和海水资源(一)
授课班级
课 时
知识
与
技能
1、认识和体会化学在自然资源开发和国的和作用。常识性介绍金属回收和资源保护的意义
2、提示化学与可持续发展的重要关系
3、树立资源保护意识及合理开发意识
4、初步培养自主查阅资料的能力
5、初步掌握化学实验基本操作、基本技能
过程与
方法
1、自主学习、培养学生自学能力
2、活动探究，通过了解金属资源的开发、金属冶炼，人类冶炼和使用金属的历史，金属资源的回收和再利用，海洋资源的类型，海水资源的开发及利用现状，增减学生归纳能力，比较能力
情感态度
价值观
1、帮助学生树立节约资源、爱护资源、变废为宝等意识
2、通过金属矿物以海水资源的开发利用两个专题，使学生热爱自然，热爱化学
重 点
了解化学方法在金属矿物中开发(主要是金属冶炼)
难 点
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
知
识
结
构
与
板
书
设
计
第四章 化学与可持续发展 第一节 开发利用金属矿物和海水资源
一、金属单质在自然界中的存在形式
二、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。
1、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
(2)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。
(一) 热分解法(Hg – Au)
(二) 热还原法(Zn – Cu)
铝热反应：
(三) 电解法
2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑
三、金属的回收和资源保护
1、回收金属的意义：
（1）节约矿物资源； （2）节约能源； （3）减少环境污染
2、回收金属的实例
（1）废旧钢铁用于炼钢；（2）废铁屑用于制铁盐；（3）定影液用于回收银
教学步骤、内容
【引课】现在各种报刊媒体频繁出现“可持续发展”一词，有那位同学解释一下？
【阅读】资料卡片：自然资源与可持续发展。
增加资料：我国21世纪初可持续发展的总体目标是：可持续发展能力不断增强，经济结构调整取得显著成效，人口总量得到有效控制，生态环境明显改善，资源利用率显著提高，促进人与自然的和谐，推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路。
【板书】第四章 化学与可持续发展
【讲解】广义地讲，所谓自然资源，是指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。可持续发展的目标是满足人类需要，强调人类的行为要受到自然界的制约、强调代际之间、人类和其它生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括经济的可持续发展，社会的可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展和全球可持续发展。
【讲解】人们通常将数以万计的化学物质进行分类，在原子、分子、乃至超分子等不同的结构层次上研究物质及其化学变化规律，认识物质在变化过程中表现出来的性质，所有这些都是人类利用自然资源、丰富物质世界的重要依据。下面我们主要以金属矿物和海水资源的综合利用为例，一起认识体会化学在自然资源开发和利用中的意义合作用。
【板书】第一节 开发利用金属矿物和海水资源
一、金属单质在自然界中的存在形式
【讲解】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。
【讲解】金属在自然界的分布特点是：
1、量大，自然界中的金属元素种类约占全部元素种类的80%。
2、面广，矿物中、动植物体中、水中都含有金属元素。
3、形态不一，有游离态，也有化合态，
4、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。
【板书】二、金属的冶炼
【讲解】除了金、铂等少数金属外，绝大多数金属都以化合物形式存在于自然界。化学要研究如何合理、高效的利用这些金属矿石，将其中的金属从化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。
【板书】1、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
(2)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。
【思考与交流】法国皇帝拿破仑是一个喜欢炫耀自己的人。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，他总是摆出一副高人一等的样子。餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那一个碗却是铝制品。为什么贵为法国皇帝，在当时却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢？
【讲解】简单地说，金属的冶炼就是把金属从矿石中提炼出来。由于矿石中的金属元素绝大多数都是以正化合价态存在，所以在金属冶炼的过程中，金属元素要经过一个被还原的过程
【板书】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。
【投影回顾】
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
【讲解】从金属矿石提炼金属，一般要经过三个步骤：
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
【过渡】不同的金属元素，其金属性不同，由化合态还原为游离态的难易程度不同，因此金属冶炼方法不同。常用的金属冶炼方法有：热分解法、热还原法、电解法等。
【板书】三、金属冶炼的方法
【板书】1、热分解法(Hg – Au)
【讲解】有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。在金属活动性顺序中，位于氢后面的金属的氧化物受热就能分解。
【板书】
【投影小结】适用于Hg、Ag的冶炼
【板书】2、热还原法(Zn – Cu)
【讲解】多数金属（活动性介于镁和铜之间的金属）的冶炼过程属于热还原法。常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等。
【板书】
【投影小结】常见的还原剂有：
1、CO：适用于较不活泼的金属，多用于冶炼合金，成本较低
2、H2适用于高温不和水反应的金属，金属成分纯度高，熔点高，生产成本高
3、活泼金属：适用于高熔点、较不活泼的金属，生产成本高，金属纯度高
【投影实验4-1】铝热反应（演示）：
【讲解】操作要点：用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起，使四周都有四层。把内层漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上（如上图），下面放置盛沙的蒸发皿。把5 g炒干的氧化铁粉未和2 g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条。观察发生的现象。
【实验现象】：镁条剧烈燃烧，放出一定的热量，使氧化铁粉未和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒。我们还可以看到，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层熔渣，用磁铁吸引，可以发现落下的是铁珠。
【板书】铝热反应：
【注意】铝热反应的特点：高温引燃剧烈放热，体现氧化铝高熔点的性质。
应用：①焊接钢轨②冶炼高熔点金属
【投影】
【讲解】由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银之上，直至19世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。然而自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成分是Al2O3，当然还是有很多其它杂质的）中冶炼铝的技术了，使得制铝成本大大下降，铝的价格也一降千丈，走入千家万户。
【板书】3、电解法
【讲解】在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。
【板书】
【讲解】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进行冶炼，例如：
【板书】 2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑
【投影小结】电解熔融物：适用于活泼金属的冶炼，炼得的金属纯度高，耗电量大，生产成本高，熔融物属于离子化合物
电解不活泼金属的盐溶液：适用于高熔点、不活泼金属，金属纯度高。
【阅读】表4-1；常见金属的冶炼原理。
【小结】不同金属冶炼方法的选择
【板书】
【讲解】地球上的金属矿物资源是有限的，我们必须学会合理开发和利用这些矿物资源。
【板书】四、金属的回收和资源保护
【讲解】以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土矿资源。当前全球原铝的年产量约2500万吨，年消耗铝土矿超过一亿吨，如果照此发展下去，地球上的铝土矿资源就会越来越少，直至有一天枯竭。如果人类消费的铝能够回收利用，只要回收利用量达到产量的二分之一，每年就将减少铝土矿消耗量约5000万吨，这对保护全球铝土矿资源具有极为重要的意义。其次，利用废杂原料生产一吨合金铝锭与用铝土矿原料生产一吨原铝锭相比，可以节省95％以上的能源消耗。
据有关资料统计，每生产一吨原铝锭需要消耗能源213．2TJ(电能约占82％)，而生产一吨再生铝合金锭所需能源消耗为5．5TJ(燃料约占80％)，仅为原铝锭生产能源消耗的2．6％，优势比较明显。由于铝可以反复循环使用，从再生铝废料中再生产铝，其节能效果更加显著。另外，再生铝生产中二氧化碳的产生量和排放量与原铝生产相比，大为减少。有资料统计，再生铝生产可比用水电生产原铝减少二氧化碳排放量91%，比用燃油发电减少二氧化碳排放量97％以上，比用煤发电减少的二氧化碳排放量更多，环保效益十分显著。
【板书】1、回收金属的意义：
（1）节约矿物资源；
（2）节约能源；
（3）减少环境污染
【讲解】据估算，回收一个铝制饮料罐比制造一个新饮料罐要便宜20%，还可节约金属资源和95%的能源。1t废钢铁回炉冶炼可炼成近1t的钢，跟用铁矿石冶炼比，能节约11t煤和铁矿石，减少污染空气的悬浮微粒11kg。目前世界上已有50%以上的铁和90%以上的金得到了回收利用。
废旧金属的回收利用还可以减少对环境的污染。例如，废旧电池中含有汞等，如果废旧电池随意丢弃，汞等渗出会造成地下水和土壤的污染，威胁人类健康。如果将汞等回收利用，不仅可以节约金属资源，还可以减少对环境的污染。
【板书】2、回收金属的实例
（1）废旧钢铁用于炼钢；
（2）废铁屑用于制铁盐；
（3）定影液用于回收银
【自我评价】
1．我国是世界文明发达最早的国家之一，劳动人民掌握冶铁技术的最早年代是
A、春秋晚期 B、商代 C、南宋时期 D、清朝
2．用氢气作还原剂和用金属作还原剂相比，所得金属的纯度的说法正确的是
A、用氢气的高 B、用金属的高 C、二者相同 D、无法比较
3．用铝热反应冶炼出的金属的状态是
A、固态 B、气态 C、液态 D、三种状态都有可能
4．铝能用于冶炼难熔的金属（如铁、钒、锰等），这是因为铝具有
A、两性 B、导电性好
C、熔点低 D、还原性，在冶炼反应中放出大量的热
5．不能用热分解法制得的金属是
A、铁 B、银 C、镁 D、汞
6．古代的“药金”外观与金相似，常被人误以为是金子。冶炼方法如下：将碳酸锌、赤铜（Cu2O）、木炭混合加热至800℃，得金光闪闪的药金。试分析以下问题：药金的主要成分是_____（用化学式表示）。冶炼过程中发生的化学方程式为_____。
教学回顾：
金属矿物的开发利用是本节课的重点与难点，要求学生课后要认真加以联系和巩固。