第1节开发利用金属矿物和海水资源
一、教材分析
《开发利用金属矿物和构》是人教版高中化学必修二第四章第1节的教学内容，主要帮助学生认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，解释化学与可持续发展的重要关系，树立资源保护意识及合理开发意识。因此，教学要围绕这一教学目标展开。本节教学重点：解化学方法在金属矿物开发（主要是金属冶炼）及海水资源开发中的作用。
本节教学难点：学生在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。
二、教学目标 1．知识目标：
(1)说出金属冶炼的一般原理及冶炼的一般方法
(2)说出海水资源综合利用对人类社会发展的重要意义 2．能力目标：
(1)通过铝热反应及海水的实验，学会金属冶炼的原理及简单了解元素分析的方法 (2)通过小组间的交流与合作，提高学生的语言表达能力及思维的严密性。 3．情感、态度和价值观目标：
(1)通过了解金属回收的意义，培养学生的资源环保意识 (2)通过联系知识与生产实践的关系，激发学生对化学学科的兴趣热爱 三、教学重点难点
重点：了解化学方法在金属矿物开发（主要是金属冶炼）及海水资源开发中的作用。 难点：学生在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。 四、学情分析
学生已有的知识和实验水平有差距。有些学生化学实验基础都不好，所以讲解时需要详细。对于研磨和过滤等操作学生有一定的基础，但铝热实验是首次接触，需要教师指导并严格注意实验安全。 五、教学方法
1．实验法：铝热反应，海带中提取碘 2．学案导学：见后面的学案。
3．新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习 六、课前准备
1．学生的学习准备：预习导学案，完成课前预习学案离。
2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。3．教学环境的设计和布置：六人一组，实验室内教学。课前打开实验室门窗通风，课前准备好绿实验用具 七、课时安排：1课时 八、教学过程
(一)预习检查、总结疑惑
检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。
（二）情景导入、展示目标。
【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？
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【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】 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
2Hg＋O 2 ↑2AgO
2Ag＋O 2 ↑
【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 MgCl 2 (熔融)
Mg＋Cl 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 ① 常用还原剂：焦炭、CO、H 2 、活泼金属(如Al)等
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【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 4—1 (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+Fe 2 O 3 =2Fe+Al 2 O 3 +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，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+Fe 2 O 3 =2Fe+Al 2 O 3 【讲述】 我们把上述反应称为铝热反应。 【板书】 ②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】 ③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）。 2Al＋Cr 2 O 3 ＝2Cr＋Al 2 O 3 4Al＋3MnO 2 ＝2Al 2 O 3 ＋3Mn
【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，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 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
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