2019-2020年高一化學 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源學案 新人教版.doc

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2019-2020年高一化學 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源學案 新人教版 教學目標： （一）知識與技能 　 1．了解化學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方面； 2.在交流和探討的過程中，學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)度與價值觀 認識到關(guān)心科學、研究科學和探索科學的精神。 教學重點： 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。 教學難點： 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 教學過程：【引入】 例1. 第28屆國際地質(zhì)大會提供的資料顯示，海底蘊藏著大量的天然氣水合物，俗稱“可燃冰”。“可燃冰”是一種晶體，晶體中平均每46個水分子 構(gòu)成8個籠，每個籠內(nèi)可容納1個CH4分子或1個游離的H2O分子。若晶體中每8個籠有6個容納了CH4分子，另外2個籠被游離的H2O分子填充。則“可燃冰”的平均組成可表示為（ ） A. 3CH4H2O B. CH43H2O C. CH46H2O D. CH48H2O 解析：“可燃冰”是一種甲烷化合物，要推測“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“可燃冰”中甲烷分子與水分子的個數(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“籠”為1個單元，每8個“籠”由46個水分子構(gòu)成，而其中又填充了6個CH4分子、2個H2O分子，所以CH4分子與H2O分子的個數(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。 人們通常將化學物質(zhì)進行分類，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)生化學變化的規(guī)律，認識物質(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)世界的重要科學依據(jù)。本節(jié)課我們主要以金屬礦物為例，一起認識和體會化學在自然資源開發(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，是指在一定時間、地點的條件下能夠產(chǎn)生經(jīng)濟價值的，以提高人類當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)展的目標是滿足人類需要，強調(diào)人類的行為要受到自然界的制約、強調(diào)代際之間、人類和其它生物種群之間、不同國家和不同地區(qū)之間的公平。它包括經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，社會的可持續(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。 【講解并板書】㈠金屬冶煉的方法主要有： （1）熱分解法 對于不活潑金屬，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） 【演示實驗】課本P81實驗4-1 注意事項：實驗時要注意安全，反應裝置應遠離易燃物；鋁粉要細（200目以上），最好用鋁銀粉（商業(yè)名稱）；預先擦去鎂帶的氧化膜，長度約需10 cm（過短熱量不夠，影響實驗效果。 【學生活動】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） 【總結(jié)】鋁熱反應的特點：高溫引燃劇烈放熱，體現(xiàn)氧化鋁高熔點的性質(zhì)。 應用：①焊接鋼軌②冶煉高熔點金屬（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：（學生總結(jié)）金屬活動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 Sn 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富，但并非取之不盡用之不竭，隨著人們的開發(fā)利用，將會日漸減少，因此要加強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，我們更應注意金屬的回收和資源的保護。 [課堂練習1] 冶煉金屬一般有下列四種方法：①焦炭法，②水煤氣（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)生的反應分別是： 　?。á瘢? 　　　　　　　　符合① 　?。á颍?　 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2] 工業(yè)上用鋁土礦（主要成分是Al2O3）生產(chǎn)鋁的過程，可用簡單示意圖表示如下（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全部習題 第二課時 一、海水淡化 【講解】海洋水資源：海水中水的儲量約為1.3109億噸，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行循環(huán)冷卻。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物和有機物，按含量計，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，總計含有80多種元素。 海洋有取之不盡的化學資源。 海洋資源中，利用潛力最大的是海水中的化學資源。目前，在陸地上發(fā)現(xiàn)的100多種化學元素，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： 種類多，總儲量大，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，而且也是最簡便和經(jīng)濟有效的方法，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。利用漲潮或用風車和泵抽取海水到池內(nèi)。海水流過幾個池子，隨著風吹日曬，水份不斷蒸發(fā)，海水中的鹽濃度愈來愈高，最后讓濃鹽水進入結(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 ，驗證MgCl2已完全轉(zhuǎn)化為Mg（OH）2的方法是 。 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，通電后會產(chǎn)生Mg和Cl2，寫出該反應的化學方程式 。 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驗 【演示實驗】課本P83實驗4-2 ① 反應原理：海帶中的碘元素主要以I-的形式存在，提取時用適當?shù)难趸瘎⑵溲趸蒊2，再萃取出來。 用H2O2做氧化劑，反應的離子方程式是：2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O ② 提取流程 含碘單質(zhì)的有機溶液 含碘單質(zhì)的溶液 試劑 殘渣 含碘元素的溶液 灼燒 海帶 溶解，過濾 海帶灰 ③ 實驗注意事項 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。 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MgCl26H2O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，寫出相應反應的化學方程式 。 用電解法制取金屬鎂時，需要無水氯化鎂。在干燥的HCl氣流中加熱MgCl26H2O時，能得到無水MgCl2，其原因是 。 （2）Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2應怎樣除去？寫出實驗步驟。 . （3）實驗室里將粗鹽制成精鹽的過程中，在溶解、過濾、蒸發(fā)三個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： 。 過濾時： 。 蒸發(fā)時： 。 (4)獲得HCl的反應為2CH4+O2+4Cl2=======2CO+8HCl(不考慮其他反應)。事實上，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充HCl，簡要說明理由 。 △ 答案： ⑴ MgCl26H2O = Mg(OH)Cl+HCl↑+5H2O↑ 或 △ MgCl26H2O = MgO+HCl↑+5H2O↑ 在干燥的HCl氣流中，抑制了MgCl2水解，且?guī)ё進gCl26H2O受熱產(chǎn)生的水氣，故能得到無水MgCl2。 ⑵ 加入MgCl2溶液，充分攪拌，過濾，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 不需要補充HCl,因為Cl2～2HCl～Mg(OH)2～MgCl2～Cl2；依氯元素守恒可以看出理論上不要補充HCl。