1、第四章 化学与自然资源的开发利用 第一节 开发利用金属矿物和海水资源 【教学过程】 第一课时 【引言】金属在自然界中的分布很广，但金属元素一般分布在什 么区域？ 【讲解】 （正确评价学生的回答，并补充）金属元素广泛分布于矿 物中，动植物体内及海洋等区域中。 【质疑】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 【介绍】我国的矿产资源现状，国情教育 【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 【设问探究】
2、我们该如何从矿石中提炼出金属单质呢？根据什么 原理？ 【学生活动】分组讨论、发言 【讲解】 （正确评价学生的回答并复述）冶炼金属的根据是用还原 剂把金属矿石中的金属离子还原成单质，经过三个步骤。冶炼的步骤： 第一步：矿石的富集：除去杂质，提高矿石中有用成分含量。 第二步：冶炼：利用氧化还原反应，在一定条件下，用还原剂还 原。 第三步：精炼：采用一定方法，提炼纯金属。 【板书】1、金属冶炼的实质 【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】由于金属的活动性不同，金属离子得到电子还原成金属 原子的能力也就不同，因此，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
3、炼。 【板书】2、金属冶炼的方法 【分析】一些不活泼的金属，它们是在金属活动顺序中位于氢后 面的金属，如 Hg、Ag 等，其阳离子得电子能力很强，所以其还原的条 件比较容易达到。Hg、Ag 的氧化物受热就能分解得到单质。 【板书】(1)、热分解法 2HgO 2HgO2 2Ag2O 4AgO2 【分析】位于活动性顺序表中前端的金属如 K、Na、Ca、Al 等金 属，我们知道其还原性很强，容易失去电子，而其对应的阳离子则氧 化性很弱，很难得到电子；一般的还原剂都无法把它的阳离子还原出 来。我们只能使用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。 【板书】(2)、电解法 MgCl2(熔融) 电解 MgCl
4、2 【分析】对于大多数金属，如位于金属活动顺序表中间一段的金 属所对应的离子，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，必须使用还原剂还原金属阳离子。常见的还原剂有焦炭、 一氧化碳、氢气。一些活泼金属也可作为还原剂，将相对不活泼的金 属从其化合物中置换出来。 【板书】(3)、热还原法 常用还原剂：焦炭、CO、H2、活泼金属(如 Al)等 【练习】分别写出这四种常用的还原剂冶炼赤铁矿的化学方程式。 【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】实验 41 (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) 观察、记录
5、实验现象，并思考回答：反应前：无铁 存在。反应中：发光、放热、反应剧烈。反应后：用磁铁检查生成物 有块状物被吸起。2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3+Q。Al 的还原性强于铁， 也能与化合态氧结合。 证明 Al 的还原性强于 Fe，Al 可与化合态的氧 反应。 （演示铝热反应，由学生写出反应方程式，并分析各种试剂的作 用） 。 【说明】在该反应中，镁条和氯酸钾是引燃剂，镁条在空气中可 以燃烧，氧气是氧化剂。但插入混合物中的部分镁条燃烧时，氯酸钾 则是氧化剂，以保证镁条的继续燃烧，同时放出足够的热量引发氧化 铁和铝粉的反应。由于该反应放出大量的热，只要反应已经引发，就 可剧烈进行
6、，放出的热使生成的铁熔为液态。 【设疑】发生了什么反应？如何书写化学方程式呢？ 2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3 【讲述】我们把上述反应称为铝热反应。 【板书】铝热反应 【应用探究】铝热反应有什么用途呢？ 【放录像】铝热反应在生产中的应用：焊接钢轨、冶炼难熔金属。 看录像。 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。 【讲述并板书】应用： a：野外焊接。 b：冶炼难熔金属（要求学生写出冶炼铬、锰的反应） 。 2AlCr2O32CrAl2O3 4Al3MnO22Al2O33Mn 【小结】金属冶炼的方法： （投影） 【过渡】地球上的金属矿产资源是有限的，无法再生
7、，而且随着 金属的使用， 金属会被腐蚀而污染环境， 那么我们应该具体怎么做呢？ 【板书】三、金属的回收与环境、资源保护 【阅读指导】阅读教材相关内容。 【讲述】正确评价学生的回答并归纳。 【讲述】有关金属回收再利用的好处。 1、废旧金属的最好处理方法是回收利用。 2、回收利用废旧金属的意义是减少垃圾量，防止污染环境且缓解 资源短缺的矛盾。 【资料介绍】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
8、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。 每生产一吨原铝锭需要消耗能源 2132TJ(电能约占 82)，而生 产一吨再生铝合金锭所需能源消耗为 55TJ(燃料约占 80)，仅为原 铝锭生产能源消耗的 26，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
9、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。 【小结】指导学生归纳本节课的内容。 【作业】上网查资料了解中国金属的回收利用情况，并写一份调 查报告（300 字左右） 【板书设计】 一、金属的存在：游离态：少数不活泼的金属；化合态：多数比 较活泼的金属 二、金属的冶炼 1、金属冶炼的实质 2、金属冶炼的方法 (1)、热分解法 (2)、电解法 (3)、热还原法 常用还原剂：焦炭、CO、H2、活泼金属(如 Al)等 铝热反应 铝热反应的应用：a：野外焊接。 小结：金属冶炼的方法： 三、金属的回收与环境、资源保护 第二课时 【引入】 海洋约占地球表面积的 71%
10、，具有十分巨大的开发潜力。海洋对于 人类的意义，已不再局限于传统的提供生存的自然环境、渔盐之利、 航运交通、国家安全等方面。海洋农牧化、海洋油气开发、深海采矿、 海水综合利用等产业开发已形成规模，并显示出巨大潜力。开发利用 海洋资源，保护海洋生态环境，是解决人口、资源、环境问题的重要 途径。我国的社会和经济发展将越来越多地依赖海洋。 【资料展示】 海洋之所以被誉为人类未来的希望，是因为海洋中有丰富的资源 和能源。海洋自然资源的分类有多种， 中国自然资源丛书海洋卷 按照海洋资源的性质、特点、存在形态，将海洋资源分为 6 个大类： 海洋生物资源（包括渔业资源、药物资源、珍稀物种资源） ；海底 矿产
11、资源 （包括金属矿产资源、 非金属矿产资源、 石油和天然气资源） ； 海洋空间资源（包括土地资源、港口和交通资源、环境空间资源） ； 海水资源（包括盐业资源、溶存的化学资源、水资源） ；海洋新能 源（包括潮汐能资源、波浪能资源、海流能资源、温差和盐差能资源、 海上风能资源） ；海洋旅游资源（包括海洋自然景观旅游资源、娱乐 和运动旅游资源、人类海洋历史遗迹旅游资源、海洋科学旅游资源、 【板书】一、海洋资源的分类 【多媒体投影】 【讲述】本节我们仅以海水资源为例，一起来探究一下海水资源 的利用和海水化学资源的利用前景。 【阅读教材及资料并思考】 1、海水中水资源的利用包括哪几部分？ 2、海水淡化有
12、哪些方法？ 【资料展示】海水直接利用包括沿海工业冷却用水、生活用水和 耐盐植物灌溉。这是海水资源开发的一个领域。据预测，2000 年时美 国工业用水的 1/3 将由海水提供。我国今后也要发展海水直接利用工 程。在沿海地区，特别是在电力、冶金、化工等行业推广海水冷却方 法，同时推广在生活领域中使用海水，如冲洗、除尘、消防、灌溉、 印染等。目前青岛市已有 20 多个单位直接利用海水，年用海水量占全 市工业用水量的 67，上海石化总厂每小时用海水量达 10010 4t，青 岛、大连、天津等城市的发电、石油、化工等部门每年直接利用海水 达 5010 8m3。 海水淡化现有 20 多种技术方法。目前技术
13、纯熟、经济效益较好的 是蒸馏法、电渗析法和反渗透法。蒸馏法即通过将海水加热蒸发，再 把蒸汽冷凝得到淡水。这是传统的方法，目前生产能力最大。这种技 术正朝着容量大型化（日产 1010 4t 以上）和目的多重化的方向发展， 如利用淡化后的浓缩海水提取有用物质，利用发电厂余热进行海水淡 化等。我国已进行了日产百吨的淡化装置试制，具备了设计和研制大、 中型蒸馏淡化装置的技术能力。 我国的海水化学资源 【讲述】海水水资源的利用包括两个方面，1、海水直接利用。2、 海水的淡化。 【板书】二、海水水资源的利用： 1、海水直接利用。 2、海水的淡化。 【讲述】水淡化的方法已有十几种，主要的有蒸馏法、电渗析法、
14、 离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善，是 目前海水淡化的主要方法。此法耗能大成本较高，因此可利用太阳能 进行海水蒸馏淡化。 蒸馏装置图 【资料展示】太阳能海水蒸馏器 第二次世界大战中，美国国防部制造了许多军用海水淡化急救装 置，供飞行员和船员落水后取水用，这种装置实际上是一种简易的太 阳能蒸馏容器。世纪年代，美国在佛罗里达的戴托纳海滩， 建立了供大规模太阳能蒸馏研制工作用的特殊实验站。希腊、阿尔及 利亚、澳大利亚等国也进行了许多太阳能蒸馏试验。世界上最大的池 式太阳能蒸馏器在希腊的帕特莫斯，玻璃总面积为平方米， 最大日产量为立方米淡水。 太阳能蒸馏器结构简单，主要由装满海
15、水的水盘和覆盖在它上面 的玻璃或透明塑胶盖板构成。水盘表面涂黑，装满待蒸馏的水，盘下 绝热，水盘上覆盖的玻璃或透明塑胶盖板下缘装有集水沟，并与外部 集水槽相通。太阳辐射透过透明盖板，水盘中的水吸热蒸发为水蒸气， 与蒸馏室内空气一起对流。由于盖板本身吸热少，温度低于池中温水， 水蒸气上升并与盖板接触后凝结成水滴，沿着倾斜盖板借助重力流到 集水沟里，而后再流到集水器中。池式太阳能蒸馏器中海水的补充可 以是连续的，也可以是断续的。虽然它有很多不同的结构形式，但基 本原理是一样的。这类蒸馏器是一种理想的利用太阳能进行海水淡化 的装置。 【讲述】 海水中溶存着 80 多种元素， 其中不少元素可以提取利用
16、， 具有重要的开发价值。我国对海水化学元素的提取都有一些研究，可 以列为未来的开发产业。 【板书】三、海水化学资源的利用 【实验探究】海水中几种重要元素的提取： 1、海水提溴 2、海带中碘元素的证明？ 【学生活动】 1、阅读教材，写出有关海水提溴利用原理的化学方程式。 2、 描述 “海带中碘元素的证明” 实验现象写出相关的化学方程式。 【作业】 上网查资料了解从海水中提取其它元素（如钾、镁等） ，并写一份 调查报告（1000 字左右） 。 【板书设计】 一、海洋资源的分类 二、海水水资源的利用： 1、海水直接利用 2、海水的淡化 三、海水化学资源的利用 【教学后记】 个人体会：2004 年秋，
17、我省率先在全国进行高中新课程改革试点。 新的课程标准已从教学理念上发生了根本性的转变，更加注重于对知 识获得过程的探索，对学习方法的探索；注重合作探究，情感交流， 注重学生的终身发展。就本节课的内容来说，大部分知识在初中已初 步学习或了解，因此我结合新课程倡导的新理念，运用多媒体、视频 音像材料、实验案例探究，充分调动学生的积极性，使学生真正成为 课堂的主人；让他们利用素材，锻炼分析、对比、归纳、总结的思维 能力和设计和操作化学实验的基本技能。 结合课本上的内容，针对当前社会生活中存在的城市淡水资源缺 乏、金属资源浪费、环境污染等问题，让学生体会到化学资源的合理 开发和综合利用的重要性，从而树立保护环境和可持续发展的观念。 本节课的学习，实现了知识与技能、过程与方法、情感态度与价 值观三维目标的统一，使学生在交流、合作、探究中的气氛中学习。 http:/
