2022年高一化學(xué) 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源學(xué)案 新人教版

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1、2022年高一化學(xué) 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源學(xué)案 新人教版 教學(xué)目標(biāo)： （一）知識(shí)與技能 　 1．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； 　 2．掌握金屬冶煉的一般原理基礎(chǔ)及不同金屬的冶煉方法；　 3．掌握從海水中提取鎂、鉀、溴、碘等化工產(chǎn)品原理及方法。 （二）過程與方法 1.能通過錄像或文字資料獲取需要的信息，得到金屬冶煉的幾種方法及海水綜合利用的幾個(gè)方面； 2.在交流和探討的過程中，學(xué)生的合作精神得到培養(yǎng)； 3.通過錄像知道開源節(jié)流的重要性。 （三）情感態(tài)度與價(jià)值觀 認(rèn)識(shí)到關(guān)心科學(xué)、研究科學(xué)和探索科學(xué)的精神。 教學(xué)重點(diǎn)： 1. 掌

2、握金屬冶煉的一般原理基礎(chǔ)，了解適用于不同金屬的冶煉方法； 2. 了解海水資源開發(fā)和利用。 教學(xué)難點(diǎn)： 1.掌握金屬冶煉的一般原理基礎(chǔ)，了解適用于不同金屬的冶煉方法； 2.了解海水資源開發(fā)和利用。 第1課時(shí) 教學(xué)過程：【引入】 例1. 第28屆國際地質(zhì)大會(huì)提供的資料顯示，海底蘊(yùn)藏著大量的天然氣水合物，俗稱“可燃冰”?！翱扇急笔且环N晶體，晶體中平均每46個(gè)水分子 構(gòu)成8個(gè)籠，每個(gè)籠內(nèi)可容納1個(gè)CH4分子或1個(gè)游離的H2O分子。若晶體中每8個(gè)籠有6個(gè)容納了CH4分子，另外2個(gè)籠被游離的H2O分子填充。則“可燃冰”的平均組成可表示為（ ） A. 3CH4·H2O

3、 B. CH4·3H2O C. CH4·6H2O D. CH4·8H2O 解析：“可燃冰”是一種甲烷化合物，要推測(cè)“可燃冰”的平均組成，關(guān)鍵是要根據(jù)題目提供的信息推測(cè)“可燃冰”中甲烷分子與水分子的個(gè)數(shù)比。題目中所提到的“籠”，可使我們聯(lián)想到民間的“燈籠”，以8個(gè)“籠”為1個(gè)單元，每8個(gè)“籠”由46個(gè)水分子構(gòu)成，而其中又填充了6個(gè)CH4分子、2個(gè)H2O分子，所以CH4分子與H2O分子的個(gè)數(shù)比為6∶（46＋2）＝1∶8。所以，正確答案是D。 象“可燃冰”這樣，由兩種或兩種以上的分子依靠分子間作用力結(jié)合在一起的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體叫超分子。 人們通常將化學(xué)物質(zhì)

4、進(jìn)行分類，在原子、分子乃至超分子等不同的結(jié)構(gòu)層次上研究物質(zhì)及其發(fā)生化學(xué)變化的規(guī)律，認(rèn)識(shí)物質(zhì)在變化過程中表現(xiàn)出的性質(zhì)。所有這些都是人類利用自然資源、豐富物質(zhì)世界的重要科學(xué)依據(jù)。本節(jié)課我們主要以金屬礦物為例，一起認(rèn)識(shí)和體會(huì)化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義和作用。 【板書】第一節(jié) 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源 【投影】閱讀課本P80資料卡片 自然資源與可持續(xù)發(fā)展 廣義地講，所謂自然資源，是指在一定時(shí)間、地點(diǎn)的條件下能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值的，以提高人類當(dāng)前和將來福利的自然環(huán)境因素和條件的總稱?？沙掷m(xù)發(fā)展的目標(biāo)是滿足人類需要，強(qiáng)調(diào)人類的行為要受到自然界的制約、強(qiáng)調(diào)代際之間、人類和其它生物種群之間、不同國

5、家和不同地區(qū)之間的公平。它包括經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展、資源可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和全球可持續(xù)發(fā)展。金屬單質(zhì)在自然界中的存在形式。 【板書】一、金屬資源的開發(fā)利用 1.金屬的存在 【講解】少數(shù)化學(xué)性質(zhì)不活潑的金屬，在自然界中能以游離態(tài)存在，如金、鉑、銅、銀；化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬，在自然界中以化合態(tài)存在。大多數(shù)金屬在自然界中是以化合態(tài)存在的，如鋁以鋁土礦形式存在，鐵以鐵礦石形式存在。 2.金屬的冶煉 【講解】金屬冶煉是工業(yè)上將金屬從含有金屬元素的礦石中還原出來的生產(chǎn)過程。金屬的活動(dòng)性不同，可以采用不同的冶煉方法?？偟恼f來，金屬的性質(zhì)越穩(wěn)定，越容易將其從化合物中還原出來。

6、 【講解并板書】㈠金屬冶煉的方法主要有： （1）熱分解法 對(duì)于不活潑金屬，可以直接用加熱分解的方法將金屬從其化合物中還原出來，例如： 2HgO2Hg+O2↑ 2Ag2O4Ag+O2↑ （2）熱還原法 在金屬活動(dòng)性順序表中處于中間位置的金屬，通常是用還原劑（C、CO、H2、活潑金屬等）將金屬從其化合物中還原出來，例如： Fe2O3+3CO 2Fe+CO2↑ WO3+3H2 W+3H2O ZnO+CZn+CO↑ MgO+C Mg(g)+CO(g) Fe+CuSO4=FeSO4+Cu Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3（鋁熱反應(yīng)） 【演示實(shí)驗(yàn)】課本P81實(shí)驗(yàn)

7、4-1 注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意安全，反應(yīng)裝置應(yīng)遠(yuǎn)離易燃物；鋁粉要細(xì)（200目以上），最好用鋁銀粉（商業(yè)名稱）；預(yù)先擦去鎂帶的氧化膜，長(zhǎng)度約需10 cm（過短熱量不夠，影響實(shí)驗(yàn)效果。 【學(xué)生活動(dòng)】觀察現(xiàn)象：鎂條劇烈燃燒，并發(fā)出耀眼的光芒。紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷卻后，除去外層熔渣，可以發(fā)現(xiàn)落下的是鐵珠。 結(jié)論：Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3（鋁熱反應(yīng)） 【總結(jié)】鋁熱反應(yīng)的特點(diǎn)：高溫引燃劇烈放熱，體現(xiàn)氧化鋁高熔點(diǎn)的性質(zhì)。 應(yīng)用：①焊接鋼軌②冶煉高熔點(diǎn)金屬（3）電解法 非?；顫姷慕饘儆靡话愕倪€原劑很難將它們還原出來，通常采用電解熔融的金

8、屬化合物的方法冶煉活潑金屬，例如： 2NaCl（熔融） 2Na+Cl2↑ 4NaOH（熔融） 4Na+O2+2H2O MgCl2（熔融） Mg+Cl2↑ 2Al2O3 4Al+3O2↑ 一些對(duì)純度要求較高的不活潑金屬也可以采用電解其鹽溶液的方法來進(jìn)行冶煉，例如：CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑ （4）有些金屬可以利用氧氣從其硫化物中冶煉出來，例如： Cu2S+O2 2Cu+SO2 結(jié)論：（學(xué)生總結(jié)）金屬活動(dòng)順序表中不同金屬冶煉方法的選擇 電解法 熱還原法 熱分解法 K Ca Na Mg Al Zn Fe S

9、n Pb（H）Cu Hg Ag 【思考】為什么人類使用鐵器比使用銅器晚？ 金屬使用的先后與金屬冶煉的難易有關(guān)。 三、金屬提煉步驟： （1）礦石的富集、除雜；（2）冶煉；（3）精煉。 礦產(chǎn)資源是大自然賦予人類的寶貴財(cái)富，但并非取之不盡用之不竭，隨著人們的開發(fā)利用，將會(huì)日漸減少，因此要加強(qiáng)金屬資源的回收和再利用，節(jié)約礦產(chǎn)資源。我國幅員遼闊，是世界上礦產(chǎn)資源比較豐富、礦產(chǎn)品種比較齊全的國家。我國礦產(chǎn)資源總值居世界第3位，但人均擁有量約為世界人均水平的。因此，我們更應(yīng)注意金屬的回收和資源的保護(hù)。 [課堂練習(xí)1] 冶煉金屬一般有下列四種方法：①焦炭法，②水煤氣

10、（或H2或CO）法，③活潑金屬置換法，④電解法。四種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用。古代有（Ⅰ）火燒孔雀石法煉銅，（Ⅱ）濕法煉銅，現(xiàn)代有（Ⅲ）鋁熱法煉鉻，（Ⅳ）從光鹵石（KCl?MgCl2?6H2O）中煉鎂，對(duì)它們的冶煉方法分析不正確的是（　 ） 　　A．（Ⅰ）用① 　B．（Ⅱ）用② C．（Ⅲ）用③ D．（Ⅳ）用④ 　解析：（Ⅰ）（Ⅱ）（Ⅲ）（Ⅳ）發(fā)生的反應(yīng)分別是： 　?。á瘢? 　　　　　　　　符合① 　　（Ⅱ） 　 符合③ 　?。á螅?　 符合③ 　?。á簦┫葟墓恹u石中提取MgCl2，再電解MgCl2， 　 符合④ 　　答案：B [課堂練習(xí)2] 工業(yè)上用鋁土礦（主要成分是

11、Al2O3）生產(chǎn)鋁的過程，可用簡(jiǎn)單示意圖表示如下（圖中字母代表有關(guān)物質(zhì)的分子式） 寫出①～④反應(yīng)的方程式。 答案： ① Al2O3+2NaOH====2NaAlO2+H2O ② 2NaAlO2+CO2+3H2O====2Al(OH)3↓+Na2CO3 ③ Na2CO3+Ca(OH)2====CaCO3↓+2NaOH ④ 2Al(OH)3Al2O3+3H2O 【作業(yè)】課本P85全部習(xí)題 第二課時(shí) 一、海水淡化 【講解】海洋水資源：海水中水的儲(chǔ)量約為1.3×109億噸，約占全球總水量的97％。海水中水資源的利用，主要包括海水的淡化和直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻。

12、通過從海水中提取淡水或從海水中把鹽分離出去，都可以達(dá)到淡化海水的目的。 【板書】海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。 【板書】二、海水中的化學(xué)資源 【講解】由于與巖石、大氣、生物的相互作用，海水中溶解和懸浮有大量的無機(jī)物和有機(jī)物，按含量計(jì)，水中的H、O兩種元素，加上Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr等11種超過總量的99%，其他為微量元素，總計(jì)含有80多種元素。 海洋有取之不盡的化學(xué)資源。 海洋資源中，利用潛力最大的是海水中的化學(xué)資源。目前，在陸地上發(fā)現(xiàn)的100多種化學(xué)元素，在海水中已找到80多種，其中70多種可供提取。如，氯化鈉（即食鹽）有

13、４億億噸，鎂約有1800萬億噸，鉀有500萬億噸，溴約有90萬億噸，核燃料約40億噸－50億噸。 【講解并板書】 1．海水中含有的各種元素的特點(diǎn)： 種類多，總儲(chǔ)量大，富集程度低。因此，從海水中提取物質(zhì)需要解決物質(zhì)的富集的問題。 2．從海水中提取物質(zhì)的方法 ⑴從海水中提取食鹽的主要工藝流程 【講解】從海水中制取鹽的方法主要有：鹽田法、電滲析法和冷凍法。其中鹽田法歷史最悠久，而且也是最簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)有效的方法，現(xiàn)在還在廣泛采用。鹽田法又叫灘曬法，鹽田建在海灘邊，借用海灘逐漸升高的坡度，開出一片片象扶梯一樣的池子。利用漲潮或用風(fēng)車和泵抽取海水到池內(nèi)。海水流過幾個(gè)池子，隨著風(fēng)吹日曬，水份不斷蒸

14、發(fā)，海水中的鹽濃度愈來愈高，最后讓濃鹽水進(jìn)入結(jié)晶池，繼續(xù)蒸發(fā)，直到析出食鹽晶體。我國是世界上最大的產(chǎn)鹽國，年產(chǎn)鹽量近2000萬噸，占世界食鹽產(chǎn)量的80%。 【多媒體展示】 ⑵從海水中提取鎂的主要工藝流程 【多媒體展示】鎂是一種用途很廣的金屬材料，目前世界上60%的鎂從海水中提取。主要步驟如下：(P93) ⑴為了使MgCl2轉(zhuǎn)化為Mg（OH）2，試劑①可以選用????????????? ，要使MgCl2完全轉(zhuǎn)化為沉淀，加入試劑①的量應(yīng)?????????????? ，驗(yàn)證MgCl2已完全轉(zhuǎn)化為Mg（OH）2的方法是???????????????????????????????????

15、?? 。 ⑵加入試劑①，能夠分離得到Mg（OH）2沉淀的方法是???????? 。（3）試劑②可以選用????????。（4）無水MgCl2在熔融狀態(tài)下，通電后會(huì)產(chǎn)生Mg和Cl2，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式????????????????????????????????????? 。 答案. ⑴ 過量NaOH ?取上層清液，滴入NaOH溶液，不產(chǎn)生沉淀????⑵ 過濾??? ⑶ HCl?? ⑷ ⑶從海水中提取溴的主要工藝流程 ① 用蒸餾法將海水濃縮。用硫酸將濃縮的海水酸化。 ② 向酸化的海水中通入適量的氯氣，使溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)：2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl ③ 向

16、含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸汽，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)以達(dá)到富集的目的： Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4 ④ 向吸收塔內(nèi)的溶液中通入適量的氯氣：2HBr+Cl2=2HCl+Br2 ⑤ 用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔內(nèi)的溶液中的溴單質(zhì)。 ⑷從海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn) 【演示實(shí)驗(yàn)】課本P83實(shí)驗(yàn)4-2 ① 反應(yīng)原理：海帶中的碘元素主要以I-的形式存在，提取時(shí)用適當(dāng)?shù)难趸瘎⑵溲趸蒊2，再萃取出來。 用H2O2做氧化劑，反應(yīng)的離子方程式是：2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O ② 提取流程 含碘單質(zhì)的有機(jī)溶液 含碘單質(zhì)的溶液 試劑 殘?jiān)?

17、 含碘元素的溶液 灼燒 海帶 溶解，過濾 海帶灰 ③ 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 海帶不要用水洗，以免洗去海帶中的碘；用干海帶從而易于燃燒；灼燒海帶的地方要注意通風(fēng)。 3．海水綜合利用聯(lián)合工業(yè)體系一例（如下圖） 【投影展示】 【板書】 三、 海水資源的開發(fā)利用簡(jiǎn)述 （1）從海水中提取淡水——海水淡化 （2）海水制鹽 （3）從海水中提取鎂、鉀、溴、碘等化工產(chǎn)品 （4）從海水中獲取鈾和重水作為核能開發(fā)的重要原料 （5）從海水中獲取其他物質(zhì)和能量 【投影】 [課堂練習(xí)1] 海水的綜合利用可以制備金屬鎂，其流程如下圖所示： （1）若在空氣中加熱MgCl2·6H2O，

18、生成的是Mg(OH)Cl或MgO，寫出相應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式 。 用電解法制取金屬鎂時(shí)，需要無水氯化鎂。在干燥的HCl氣流中加熱MgCl2·6H2O時(shí)，能得到無水MgCl2，其原因是 。 （2）Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2應(yīng)怎樣除去？寫出實(shí)驗(yàn)步驟。

19、 . （3）實(shí)驗(yàn)室里將粗鹽制成精鹽的過程中，在溶解、過濾、蒸發(fā)三個(gè)步驟的操作中都要用到玻璃棒，分別說明在這三種情況下使用玻璃棒的目的； 溶解時(shí)： 。 過濾時(shí)： 。 蒸發(fā)時(shí)：

20、 。 (4)獲得HCl的反應(yīng)為2CH4+O2+4Cl2=======2CO+8HCl(不考慮其他反應(yīng))。事實(shí)上，生產(chǎn)中HCl一直在循環(huán)使用。試從理論上分析是否需要補(bǔ)充HCl，簡(jiǎn)要說明理由 。 △ 答案： ⑴ MgCl2·6H2O = Mg(OH)Cl+HCl↑+5H2O↑ 或 △ MgCl2·6H2O = MgO+HCl↑+5H2O↑ 在干燥的HCl氣流中，抑制了MgCl2水解，且?guī)ё進(jìn)gCl2·6H2O受熱產(chǎn)生的水氣，故能得到無水MgCl2。 ⑵ 加入MgCl2溶液，充分?jǐn)嚢瑁^濾，沉淀用水洗滌。 ⑶ 攪拌，加速溶解 使待濾液體沿玻璃棒流入漏斗，防止外灑。（引流） 攪拌，防止因局部過熱液滴或晶體飛濺。 ⑷ 不需要補(bǔ)充HCl,因?yàn)镃l2～2HCl～Mg(OH)2～MgCl2～Cl2；依氯元素守恒可以看出理論上不要補(bǔ)充HCl。