課題：第四章 化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展
第一節(jié) 開(kāi)發(fā)利用金屬資源和海水資源(一)
授課班級(jí)
課 時(shí)
知識(shí)
與
技能
1、認(rèn)識(shí)和體會(huì)化學(xué)在自然資源開(kāi)發(fā)和國(guó)的和作用。常識(shí)性介紹金屬回收和資源保護(hù)的意義
2、提示化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展的重要關(guān)系
3、樹(shù)立資源保護(hù)意識(shí)及合理開(kāi)發(fā)意識(shí)
4、初步培養(yǎng)自主查閱資料的能力
5、初步掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、基本技能
過(guò)程與
方法
1、自主學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力
2、活動(dòng)探究，通過(guò)了解金屬資源的開(kāi)發(fā)、金屬冶煉，人類(lèi)冶煉和使用金屬的歷史，金屬資源的回收和再利用，海洋資源的類(lèi)型，海水資源的開(kāi)發(fā)及利用現(xiàn)狀，增減學(xué)生歸納能力，比較能力
情感態(tài)度
價(jià)值觀
1、幫助學(xué)生樹(shù)立節(jié)約資源、愛(ài)護(hù)資源、變廢為寶等意識(shí)
2、通過(guò)金屬礦物以海水資源的開(kāi)發(fā)利用兩個(gè)專(zhuān)題，使學(xué)生熱愛(ài)自然，熱愛(ài)化學(xué)
重 點(diǎn)
了解化學(xué)方法在金屬礦物中開(kāi)發(fā)(主要是金屬冶煉)
難 點(diǎn)
掌握金屬冶煉的一般原理基礎(chǔ)上，了解適用于不同金屬的冶煉方法
知
識(shí)
結(jié)
構(gòu)
與
板
書(shū)
設(shè)
計(jì)
第四章 化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展 第一節(jié) 開(kāi)發(fā)利用金屬礦物和海水資源
一、金屬單質(zhì)在自然界中的存在形式
二、金屬的冶煉
2、金屬冶煉的實(shí)質(zhì)：用還原的方法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬原子。
1、金屬的冶煉：
(1)用化學(xué)的方法把化合態(tài)的金屬變成游離態(tài)金屬
(2)將金屬?gòu)钠浠衔镏羞€原出來(lái)用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過(guò)程在工業(yè)上稱(chēng)為金屬的冶煉。
(一) 熱分解法(Hg – Au)
(二) 熱還原法(Zn – Cu)
鋁熱反應(yīng)：
(三) 電解法
2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑
三、金屬的回收和資源保護(hù)
1、回收金屬的意義：
（1）節(jié)約礦物資源； （2）節(jié)約能源； （3）減少環(huán)境污染
2、回收金屬的實(shí)例
（1）廢舊鋼鐵用于煉鋼；（2）廢鐵屑用于制鐵鹽；（3）定影液用于回收銀
教學(xué)步驟、內(nèi)容
【引課】現(xiàn)在各種報(bào)刊媒體頻繁出現(xiàn)“可持續(xù)發(fā)展”一詞，有那位同學(xué)解釋一下？
【閱讀】資料卡片：自然資源與可持續(xù)發(fā)展。
增加資料：我國(guó)21世紀(jì)初可持續(xù)發(fā)展的總體目標(biāo)是：可持續(xù)發(fā)展能力不斷增強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得顯著成效，人口總量得到有效控制，生態(tài)環(huán)境明顯改善，資源利用率顯著提高，促進(jìn)人與自然的和諧，推動(dòng)整個(gè)社會(huì)走上生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路。
【板書(shū)】第四章 化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展
【講解】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(lèi)當(dāng)前和將來(lái)福利的自然環(huán)境因素和條件的總稱(chēng)。可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)是滿(mǎn)足人類(lèi)需要，強(qiáng)調(diào)人類(lèi)的行為要受到自然界的制約、強(qiáng)調(diào)代際之間、人類(lèi)和其它生物種群之間、不同國(guó)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。
【講解】人們通常將數(shù)以萬(wàn)計(jì)的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)，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)及其化學(xué)變化規(guī)律，認(rèn)識(shí)物質(zhì)在變化過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)，所有這些都是人類(lèi)利用自然資源、豐富物質(zhì)世界的重要依據(jù)。下面我們主要以金屬礦物和海水資源的綜合利用為例，一起認(rèn)識(shí)體會(huì)化學(xué)在自然資源開(kāi)發(fā)和利用中的意義合作用。
【板書(shū)】第一節(jié) 開(kāi)發(fā)利用金屬礦物和海水資源
一、金屬單質(zhì)在自然界中的存在形式
【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。
【講解】金屬在自然界的分布特點(diǎn)是：
1、量大，自然界中的金屬元素種類(lèi)約占全部元素種類(lèi)的80%。
2、面廣，礦物中、動(dòng)植物體中、水中都含有金屬元素。
3、形態(tài)不一，有游離態(tài)，也有化合態(tài)，
4、數(shù)量不均，自然界中以化合態(tài)形式存在的金屬元素多，以游離態(tài)形式存在的金屬元素少；有的金屬元素含量高，有的金屬元素含量低。
【板書(shū)】二、金屬的冶煉
【講解】除了金、鉑等少數(shù)金屬外，絕大多數(shù)金屬都以化合物形式存在于自然界。化學(xué)要研究如何合理、高效的利用這些金屬礦石，將其中的金屬?gòu)幕衔镏羞€原出來(lái)用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料，這一過(guò)程在工業(yè)上稱(chēng)為金屬的冶煉。
【板書(shū)】1、金屬的冶煉：
(1)用化學(xué)的方法把化合態(tài)的金屬變成游離態(tài)金屬
(2)將金屬?gòu)钠浠衔镏羞€原出來(lái)用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過(guò)程在工業(yè)上稱(chēng)為金屬的冶煉。
【思考與交流】法國(guó)皇帝拿破侖是一個(gè)喜歡炫耀自己的人。他常常大擺宴席，宴請(qǐng)?zhí)煜沦e客。每次宴會(huì)，他總是擺出一副高人一等的樣子。餐桌上的用具幾乎全是用銀制成的，唯有他自己用的那一個(gè)碗?yún)s是鋁制品。為什么貴為法國(guó)皇帝，在當(dāng)時(shí)卻不用高貴而亮麗的銀碗，而用色澤要暗得多的鋁碗呢？
【講解】簡(jiǎn)單地說(shuō)，金屬的冶煉就是把金屬?gòu)牡V石中提煉出來(lái)。由于礦石中的金屬元素絕大多數(shù)都是以正化合價(jià)態(tài)存在，所以在金屬冶煉的過(guò)程中，金屬元素要經(jīng)過(guò)一個(gè)被還原的過(guò)程
【板書(shū)】2、金屬冶煉的實(shí)質(zhì)：用還原的方法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬原子。
【投影回顧】
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au
金屬活動(dòng)性逐漸減弱、金屬離子的的電子能力逐漸增強(qiáng)
【講解】從金屬礦石提煉金屬，一般要經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：
1、礦石的富集：減少雜質(zhì)，提高礦石中有用成分的含量
2、冶煉：利用氧化還原反應(yīng)原理，在一定條件下，用還原劑把金屬礦石中以化合態(tài)存在的金屬還原成金屬單質(zhì)
3、精煉，采用一定的方法，提煉純金屬
【過(guò)渡】不同的金屬元素，其金屬性不同，由化合態(tài)還原為游離態(tài)的難易程度不同，因此金屬冶煉方法不同。常用的金屬冶煉方法有：熱分解法、熱還原法、電解法等。
【板書(shū)】三、金屬冶煉的方法
【板書(shū)】1、熱分解法(Hg – Au)
【講解】有些不活潑金屬僅用熱分解法就能制得。在金屬活動(dòng)性順序中，位于氫后面的金屬的氧化物受熱就能分解。
【板書(shū)】
【投影小結(jié)】適用于Hg、Ag的冶煉
【板書(shū)】2、熱還原法(Zn – Cu)
【講解】多數(shù)金屬（活動(dòng)性介于鎂和銅之間的金屬）的冶煉過(guò)程屬于熱還原法。常用的還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣和活潑金屬等。
【板書(shū)】
【投影小結(jié)】常見(jiàn)的還原劑有：
1、CO：適用于較不活潑的金屬，多用于冶煉合金，成本較低
2、H2適用于高溫不和水反應(yīng)的金屬，金屬成分純度高，熔點(diǎn)高，生產(chǎn)成本高
3、活潑金屬：適用于高熔點(diǎn)、較不活潑的金屬，生產(chǎn)成本高，金屬純度高
【投影實(shí)驗(yàn)4-1】鋁熱反應(yīng)（演示）：
【講解】操作要點(diǎn)：用兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀，套在一起，使四周都有四層。把內(nèi)層漏斗取出，在底部剪一個(gè)孔，用水潤(rùn)濕，再跟另一紙漏斗套在一起，架在鐵圈上（如上圖），下面放置盛沙的蒸發(fā)皿。把5 g炒干的氧化鐵粉未和2 g鋁粉混合均勻，放在紙漏斗中，上面加少量氯酸鉀并在混合物中間插一根鎂條，用小木條點(diǎn)燃鎂條。觀察發(fā)生的現(xiàn)象。
【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】：鎂條劇烈燃燒，放出一定的熱量，使氧化鐵粉未和鋁粉在較高溫度下發(fā)生劇烈的反應(yīng)。反應(yīng)放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的光芒。我們還可以看到，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，用磁鐵吸引，可以發(fā)現(xiàn)落下的是鐵珠。
【板書(shū)】鋁熱反應(yīng)：
【注意】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
【投影】
【講解】由于早期煉鋁十分困難，所以鋁的價(jià)格十分昂貴，一度超越金銀之上，直至19世紀(jì)上半葉，鋁還是歐洲許多高級(jí)珠寶店的高檔貨。然而自從美國(guó)青年化學(xué)家霍爾發(fā)明電解制鋁法后，制鋁工藝不斷改進(jìn)，現(xiàn)在人們已經(jīng)熟練掌握了從鋁土礦（主要成分是Al2O3，當(dāng)然還是有很多其它雜質(zhì)的）中冶煉鋁的技術(shù)了，使得制鋁成本大大下降，鋁的價(jià)格也一降千丈，走入千家萬(wàn)戶(hù)。
【板書(shū)】3、電解法
【講解】在金屬活動(dòng)性順序中，鉀、鈉、鈣、鋁等幾種金屬的還原性很強(qiáng)，這些金屬都很容易失去電子，因此不能用一般的方法和還原劑使其從化合物中還原出來(lái)，而只能用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來(lái)冶煉。
【板書(shū)】
【講解】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(lái)進(jìn)行冶煉，例如：
【板書(shū)】 2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑
【投影小結(jié)】電解熔融物：適用于活潑金屬的冶煉，煉得的金屬純度高，耗電量大，生產(chǎn)成本高，熔融物屬于離子化合物
電解不活潑金屬的鹽溶液：適用于高熔點(diǎn)、不活潑金屬，金屬純度高。
【閱讀】表4-1；常見(jiàn)金屬的冶煉原理。
【小結(jié)】不同金屬冶煉方法的選擇
【板書(shū)】
【講解】地球上的金屬礦物資源是有限的，我們必須學(xué)會(huì)合理開(kāi)發(fā)和利用這些礦物資源。
【板書(shū)】四、金屬的回收和資源保護(hù)
【講解】以鋁為例，生產(chǎn)一噸原鋁至少要消耗四噸鋁土礦資源。當(dāng)前全球原鋁的年產(chǎn)量約2500萬(wàn)噸，年消耗鋁土礦超過(guò)一億噸，如果照此發(fā)展下去，地球上的鋁土礦資源就會(huì)越來(lái)越少，直至有一天枯竭。如果人類(lèi)消費(fèi)的鋁能夠回收利用，只要回收利用量達(dá)到產(chǎn)量的二分之一，每年就將減少鋁土礦消耗量約5000萬(wàn)噸，這對(duì)保護(hù)全球鋁土礦資源具有極為重要的意義。其次，利用廢雜原料生產(chǎn)一噸合金鋁錠與用鋁土礦原料生產(chǎn)一噸原鋁錠相比，可以節(jié)省95％以上的能源消耗。
據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)一噸原鋁錠需要消耗能源213．2TJ(電能約占82％)，而生產(chǎn)一噸再生鋁合金錠所需能源消耗為5．5TJ(燃料約占80％)，僅為原鋁錠生產(chǎn)能源消耗的2．6％，優(yōu)勢(shì)比較明顯。由于鋁可以反復(fù)循環(huán)使用，從再生鋁廢料中再生產(chǎn)鋁，其節(jié)能效果更加顯著。另外，再生鋁生產(chǎn)中二氧化碳的產(chǎn)生量和排放量與原鋁生產(chǎn)相比，大為減少。有資料統(tǒng)計(jì)，再生鋁生產(chǎn)可比用水電生產(chǎn)原鋁減少二氧化碳排放量91%，比用燃油發(fā)電減少二氧化碳排放量97％以上，比用煤發(fā)電減少的二氧化碳排放量更多，環(huán)保效益十分顯著。
【板書(shū)】1、回收金屬的意義：
（1）節(jié)約礦物資源；
（2）節(jié)約能源；
（3）減少環(huán)境污染
【講解】據(jù)估算，回收一個(gè)鋁制飲料罐比制造一個(gè)新飲料罐要便宜20%，還可節(jié)約金屬資源和95%的能源。1t廢鋼鐵回爐冶煉可煉成近1t的鋼，跟用鐵礦石冶煉比，能節(jié)約11t煤和鐵礦石，減少污染空氣的懸浮微粒11kg。目前世界上已有50%以上的鐵和90%以上的金得到了回收利用。
廢舊金屬的回收利用還可以減少對(duì)環(huán)境的污染。例如，廢舊電池中含有汞等，如果廢舊電池隨意丟棄，汞等滲出會(huì)造成地下水和土壤的污染，威脅人類(lèi)健康。如果將汞等回收利用，不僅可以節(jié)約金屬資源，還可以減少對(duì)環(huán)境的污染。
【板書(shū)】2、回收金屬的實(shí)例
（1）廢舊鋼鐵用于煉鋼；
（2）廢鐵屑用于制鐵鹽；
（3）定影液用于回收銀
【自我評(píng)價(jià)】
1．我國(guó)是世界文明發(fā)達(dá)最早的國(guó)家之一，勞動(dòng)人民掌握冶鐵技術(shù)的最早年代是
A、春秋晚期 B、商代 C、南宋時(shí)期 D、清朝
2．用氫氣作還原劑和用金屬作還原劑相比，所得金屬的純度的說(shuō)法正確的是
A、用氫氣的高 B、用金屬的高 C、二者相同 D、無(wú)法比較
3．用鋁熱反應(yīng)冶煉出的金屬的狀態(tài)是
A、固態(tài) B、氣態(tài) C、液態(tài) D、三種狀態(tài)都有可能
4．鋁能用于冶煉難熔的金屬（如鐵、釩、錳等），這是因?yàn)殇X具有
A、兩性 B、導(dǎo)電性好
C、熔點(diǎn)低 D、還原性，在冶煉反應(yīng)中放出大量的熱
5．不能用熱分解法制得的金屬是
A、鐵 B、銀 C、鎂 D、汞
6．古代的“藥金”外觀與金相似，常被人誤以為是金子。冶煉方法如下：將碳酸鋅、赤銅（Cu2O）、木炭混合加熱至800℃，得金光閃閃的藥金。試分析以下問(wèn)題：藥金的主要成分是_____（用化學(xué)式表示）。冶煉過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)方程式為_(kāi)____。
教學(xué)回顧：
金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用是本節(jié)課的重點(diǎn)與難點(diǎn)，要求學(xué)生課后要認(rèn)真加以聯(lián)系和鞏固。

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第一節(jié) 開(kāi)發(fā)利用金屬礦物和海水資源

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