1、开发利用金属资源和海水资源 教学设计普通高中课程标准实验教科书化学第二册人教版第四章 化学与可持续发展第一节 开发利用金属资源和海水资源 教学目标：1.以金属矿物的开发和利用为例，认识化学方法在实现物质间转化中的作用，体会保护金属资源的重要性。2、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。3、揭示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。教学重点：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。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。课时划分：“金属矿物的开发利用”1课时；“海水资源的开发利用”1课时。教
2、学方法：利用图片、录像、多媒体课件，讨论、归纳。教学过程：第一课时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。 讲述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
3、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。板书一、金属矿物的开发利用讲述除了金、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。由于金属的活动性不同，可以必须采用不同的冶炼方法。板书1热分解法讲述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 2热还原法讲述多数金属（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
4、、一氧化碳、氢气和活泼金属等。板书 3电解法讲述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 实验4-1铝热反应（演示）： 讲述操作要点：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。 观察 实验现
5、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4、铝热反应：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讲述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。讨论有效的使用金属产品、材料，主要途径。回答提高金属矿物的利用率，减少金属的使用量，加强金属的回收和利用，用其它材料代替金属材料等。投影海低多金属结核矿石：思考交流如何开发这些海底资源？小结略.课堂练习1我国是世界
6、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
7、至800，得金光闪闪的药金。试分析以下问题：（1） 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_。 参考答案:1、A 2、A 3、C 4、D 5、AC6（1）Cu-Zn。（2）C + 2Cu2O4Cu+CO2，C+2ZnO2Zn+CO2。 作业p85 1、2、4板书计划 一、金属矿物的开发利用1热分解法2热还原法3电解法4、铝热反应（热还原）：普通高中课程标准实验教科书化学第二册人教版第四章 化学与可持续发展第一节 开发利用金属资源和海水资源 第二课时引课海洋是生命的摇篮，海水不仅是宝贵的水资源，而且蕴藏着丰富的化学资源。加强对海水（包括苦咸水，下同）资源的开发利用，是解
8、决沿海和西部苦咸水地区淡水危机和资源短缺问题的重要措施，是实现国民经济可持续发展战略的重要保证。板书二、海水资源的开发和利用讲述 海洋占地球表面的71%，总面积约3.6亿平方千米。海水资源的利用。主要包括海水淡化和直接利用海水进行循环冷却等。资料海水淡化：是指从海水中获取淡水的技术和过程。海水淡化方法在20世纪30年代主要是采用多效蒸发法；20世纪50年代至20世纪80年代中期主要是多级闪蒸法（MSF），至今利用该方法淡化水量仍占相当大的比重；20世纪50年代中期的电渗析法（ED）、20世纪70年代的反渗透法（RO）和低温多效蒸发法（LT-MED）逐步发展起来，特别是反渗透法(RO)海水淡化已
9、成为目前发展速度最快的技术。海水循环冷却技术始于20世纪70年代，在美国等国家已大规模应用，是海水冷却技术的主要发展方向之一。我国经过八五九五科技攻关，完成了百吨级工业化试验，在海水缓蚀剂、阻垢分散剂、菌藻杀生剂和海水冷却塔等关键技术上取得重大突破。十五期间，通过实施国家重大科技攻关项目，正在建立千吨级和万吨级海水循环冷却示范工程。板书1、海水淡化、海水循环冷却。投影海水蒸馏原理示意图：资料蒸馏法海水淡化技术研究已有几十年的历史。天津大港电厂引进两台3000立方米/日多级闪蒸海水淡化装置，于1990年运转至今，积累了大量宝贵经验。低温多效蒸馏海水淡化技术经过九五科技攻关，作为十五国家重大科技攻
10、关项目正在青岛建立3000吨/日的示范工程。投影太阳能蒸发海水示意图：资料海洋是一个蓝色的宝库。据估算，如果把整个地球上的海水加以提炼,可得到550万吨黄金、4亿吨白银、40亿吨铜、137亿吨铁、41亿吨锡、27亿吨钡、70亿吨锌、137亿吨钼和137亿吨铝。可以说，地球陆地上有的，海洋里都有，而且有许多是陆地上蕴藏不多，而又难于提取的稀有元素，如锶、铀、铷、锂、钡等。这些化学元素都是工农业生产和国防上的重要资源。现在已在海底勘探和开发的矿产有：天然气、石油、煤、铜、铁、硫、砂、锰等数十种。估计海底石油可开采储量达一千多亿吨。在海水所含的各种化学元素及矿物中，数量最大的是食盐，即氯化钠。据计算
11、，1立方千米海水中，含有近3千多万吨氯化钠。现在，全世界每年生产海盐1亿吨。如果按照这个数字消费，海洋里的盐可用5亿年!近年来，从海水里直接提取镁、铀、碘、溴都取得成功。镁是制造飞机、轮船、汽车的重要材料，海水中镁含量可用一千万年以上。溴在陆地上比较少见，绝大部分都储藏在海洋里。讲述 我国海水综合利用技术日臻成熟，海水制盐是我国从海水中提取化学资源最早的产业，此外，气态膜法提溴、 海水提钾、海水镁盐晶提取等都取得了阶段性进展，突破了关键技术，尤其是海水提取磷酸二氢钾、碳酸钾、硝酸钾三元复合肥以及人工合成钾高效吸附剂的研究工作进展顺利，为我国开辟新的优质无氯钾肥来源，打下了坚实的基础。科学探究1
12、、如何将海水中的溴离子变成溴单质？并设计方案。2、如何证明海带中有碘离子？板书2、海水中提取溴和碘。小组探讨老师参与并引导。实验4-2 海带成分中碘的检验，按课本要求做实验。展示优秀探究方案：海带成分中碘的检验（见教案后资料）。例题 海水提溴的过程是：提取NaCl后的浓缩卤水中，通入过量Cl2反应后，用空气吹出溴蒸气，用热碱液吸收后，再加入H2SO4酸化，经蒸馏可得液溴。(1)浓缩卤水中通入Cl2的离子反应为 。(2)用空气吹出Br2并用热碱液吸收的目的和化学反应是 。(3)用H2SO4酸化的原理是 。(4)生产所用Cl2、NaOH的主要来源是 。讲解(1)浓缩卤水中含有低浓度NaBr，通入C
13、l2时发生的离子反应是：Cl22Br-Br22Cl(2)通过上面置换反应得到的Br2的浓度很低，难以收集，用空气吹出Br2后用热碱液吸收，使溴得到富集，这个反应的离子方程式是：3Br26OH=5Br-BrO33H2O(3)在H2SO4酸性下，Br-与BrO3-间发生氧化还原反应，重新生成Br2(高浓度)5Br-BrO36H+3Br23H2O经蒸馏可得液溴。(4)生产所用Cl2和NaOH可由电解饱和食盐水制得。这个电化学反应方程式是：讲述在工业中，海水提溴可以与其他生产过程结合起来，如利用在电厂冷却的循环海水，将海水淡化的副产物冷却等，以提高经济效益。投影根据图4-5讲解海水综合利用。学生阅读海
14、水的其他应用板书 3、海水的其他应用：提取铀和重水、开发海洋药物、利用潮汐能、波浪能等。学生自学科学视野-自然资源的开源与节流。汇报感想。课堂练习1. 水资源非常重要联合国确定2003年为国际淡水年，下列关于水的说法中错误的是cA蒸馏是海水淡化的方法之一B淡水的密度小于海水的密度C融化的雪水中矿物含量比深井水中的少D0以上，温度越高，水的密度越小2海洋占地球表面积的3/4，它能对地球生态环境起调节作用，同时也蕴藏着丰富的物质资源。（1）据测算，地球上的氧气90%来自于藻类植物的光合作用，而环境污染的加剧，使海洋表层的浮游植物大量死亡，从而进一步加剧温室效应，这是由于大量浮游植物的死亡会使大气中
15、的 增加所致。（2）我国首创的铝、空气、海水电池为能源的新型海水标志灯已研制成功。这种灯以海水为电解质，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。上述新型电池 为负极。 参考答案：1、C 2、（1）CO2 （2）Al 小结略作业P85 3板书计划二、海水资源的开发和利用1、海水淡化、海水循环冷却。2、海水中提取溴和碘。3、海水的其他应用：提取铀和重水、开发海洋药物、利用潮汐能、波浪能等。附优秀探究实验方案设计 海带成分中碘的检验一、实验仪器 烧杯、试管、坩埚、坩埚钳、铁架台、三角架、泥三角、玻璃棒、酒精灯、量桶、胶头滴管、刷子、漏斗、滤纸、火柴、剪刀二、实验药品 干海带、过氧化氢溶液（H2O2的质量
16、分数为3%）、稀硫酸溶液（3mol/L）、NaOH溶液、酒精、淀粉溶液（质量分数为1%）、CCl4、食用碘盐、硝酸银溶液、稀硝酸三、实验步骤1. 取10g食用干海带，用刷子把干海带表面附着物刷净，不要用水洗。将海带剪碎，用酒精润湿放入瓷坩埚中，把坩埚置于泥三角上。2用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全烧成炭黑色灰后，停止加热，自然冷却。3.将坩埚内海带灰放至小烧杯中，再加入15mL蒸馏水，不断搅拌，煮沸4min5min，使可溶物溶解，10分钟后过滤。4.将滤液分成四份放入试管中，并标为1、2、3、4号。在1号试管中滴入6滴稀硫酸后，再加入约3mLH2O2溶液，观察现象。滴入1%淀粉液12滴，
17、观察现象。5.在2号试管中加入2mL新制的饱和氯水，振荡溶液，观察现象。2分钟后把加入氯水的溶液分成两份。其中甲中再滴入1%淀粉液12滴，观察现象。乙溶液中加入2mLCCl4，振荡萃取，静置2分钟后观察现象。6.向加有CCl4的溶液的试管中加入NaOH溶液10mL，充分振荡后，将混合溶液倒入指定的容器中。加入氢氧化钠目的是吸收溶解在CCl4中的碘单质，把剩余溶液倒入指定容器防止污染环境。7.在3号试管中加入食用碘盐3g，振荡使之充分溶解后滴入6滴稀硫酸。在滴入1%淀粉液12滴，观察现象。8.在4号试管中加入硝酸银溶液，振荡，再加入稀硝酸溶液。观察实验现象。9.取用三种不同产地的海带产品重复上述
18、实验。实验讨论：1、实验前为什么要用刷子而不能用水洗食用干海带？2、为什么要用新制氯水与滤液反应？加入氯水多了为什么不行？3、为什么要向2号乙中加入NaOH溶液？4、号中加入碘盐和稀硫酸的反应原理是什么？5、能否用焰色反应鉴定海带中存在的是NaI还是KI？四、实验现象及分析试管号加入试剂实验现象实验结论1号稀硫酸、H2O2、淀粉液溶液立刻由褐色变成蓝色通过利用化学反应原理2I-+2H+H2O2=I2+2H2O由淀粉溶液变蓝可知有碘单质生成证明海带中有碘元素2号 甲新制的饱和氯水、1%淀粉液溶液立刻由褐色变成蓝色利用化学反应：2I-+Cl2=I2+2Cl-通过置换反应生成碘单质溶液变蓝证明海带中
19、存在碘离子试管号加入试剂实验现象实验结论2号 乙新制的饱和氯水、CCl4溶液分成两层上层为接近无色，下层CCl4呈现紫红色利用化学反应2I-+Cl2=I2+2Cl-通过置换反应利用萃取现象证明生成碘单质海带中存在碘离子3号食用碘盐、稀硫酸、1%淀粉液溶液立刻由无色变成蓝色利用化学反应：5I-+IO3-+6H+=3I2+3H2O由碘盐中存在KIO3和反应原理可知海带中存在碘元素主要以碘离子形式存在4号硝酸银溶液、硝酸溶液溶液中产生白色沉淀，加入稀硝酸沉淀不消失原想利用反应Ag+ I- =AgI生成黄色沉淀来检验离子。通过实验发现海带中存在大量氯化钠，Ag+Cl-=AgCl生成白色AgCl掩盖黄色
20、AgI沉淀。用此方法检验碘元素失败。五、实验最终结论通过四组化学实验的操作和实验现象，证明海带中存在的碘元素主要形式为碘离子，不是碘酸根离子，更不是碘单质。因为查找资料可知卤族单质化学性质活泼，碘单质在自然界里没有游离态形式存在。可知海带中碘主要以NaI形式存在。高一化学备课纸主备人 备课时间2008.5.10编号021课题第一节 开发利用金属矿物和海水资源三维目标知识与技能1 重点掌握金属冶炼的原理，熟悉金属冶炼的步骤以及方法。2 了解海水中主要元素的种类和含量。3 掌握海水淡化的常用方法，明确海水资源的利用形式。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
21、，金属冶炼，培养学生归纳能力，比较能力。情感态度与价值观1 帮助学生树立节约资源、爱护环境、变废为宝的意识。2 使学生热爱自然，热爱化学。教学重点了解化学方法在金属矿物开发及海水资源开发中的作用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教学方法多媒体辅助教学和实验探究法相结合。教学媒体多媒体、教学内容修改建议【学习探究】一、 金属矿物的开发利用 1.除了 等极少数金属外，绝大多数金属元素以 的形式存在于自然界。在地壳中含量最高的金属元素是 ，其次是 。人们日常应用的金属材料，多为合金或纯金，这就需要冶炼金属。工业上金属的冶炼是指 。2.金属的冶炼阅读课本P82-8
22、3，完成下列内容： 金属的活动性不同，可采用不同的冶炼方法。冶炼的实质 。（1） 热分解法 在金属活动顺序中，位于汞以后的不活泼金属可以直接用 的方法从其化合物中还原出来。例如：氧化汞分解： 氧化银分解： （2） 热还原法 对于金属活动顺序表中Zn-Cu段的金属的冶炼可以通过 来完成，常用的还原剂有 、 、 等。例如： 氧化铁和一氧化碳反应： 氧化铜和氢气反应： 对于一些高熔点的金属如铁、铬、锰、钨等可以用 冶炼。 观察试验4-1，完成下列表格现象铝与氧化铁反应的化学方程式 讨论：在实验中为什么要在铝与氧化铁混合粉末的上面加少量的氯酸钾固体，中间插一根用砂纸打磨过的镁条？这个实验说明什么？（3
23、） 电解法 对于金属活动顺序表中Zn前面非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它们还原出来，工业上常用 冶炼，例如： 电解熔融的氯化镁： 电解熔融的氯化钠：电解熔融的氧化铝：阅读课本P83最后一自然段，完成3。3.合理开发和利用矿物资源，有效使用金属产品、材料，主要的途径有 ， ， ， 。小结：1.常见金属的冶炼原理金属冶炼原理FeCuMgAlNa 2.除上述几种冶炼金属的方法外，还有其他的方法吗？请就举例说明。二、 海水资源的开发利用阅读课本P84-86完成下列内容。1.海水中水的储量约为1.3109亿吨，约占地球上总水量的 。海水中水资源的利用主要包括 和 。2.海水淡化的方法主要有： 、
24、 、 等。3、由于与 的相互作用，海水中溶解和悬浮着大量的 和 。由于海水的储量大，即使有些元素的富集程度很低，其总量也很可观。4.海水中主要的化学元素有哪些？5.完成实验4-2，并填写下表现象解释或用离子方程式表示往滤液中加几滴稀硫酸和H2O2再往上述溶液中加入几滴淀粉溶液讨论：本实验的原理是什么？实验前为什么要用刷子而不用水冲洗干海带？碘易升华，为什么还可以用酒精灯灼烧干海带？能否用氯水代替稀硫酸和双氧水？ 6.结合课本P85资料卡片内容，设计一个实验方案，模拟Br_转变为Br2的生产过程，写出实验步骤及有关的化学方程式。7.根据课本P85最后一自然段，思考为提高海水制溴的经济效益，在工业生产中可采取哪些措施？ 学生自学探究方法总结热分解法热还原法电解法强化体会学生填表练习学生自学讨论练习巩固布置作业作业 P77 8板书设计第一节 开发利用金属矿物和海水资源一 金属矿物的开发利用1、热分解法2、热还原法3、电解法二 海水资源的开发利用课后反思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。
