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第四章化学与自然资源的开发利用第一节开发利用金属矿物和海水资源第1课时金属矿物的开发利用教材分析本节课是人教版（必修2）高一化学新课程第四章“化学与自然资源的开发利用”第一节“开发利用金属矿物和海水资源”第1课时“开发利用金属矿物”。
教材从金属矿物的开发利用引入，通过金属冶炼的基本原理，使学生认识到化学是冶金工业的重要科学基础，化学方法是由金属化合物转变成金属单质的唯一方式，金属活动性和氧化还原反应发生的条件是选择金属冶炼的主要依据。
同时，教材中提到金属冶炼过程中往往需要大量的能量，也容易造成严重的环境污染，那么，改进工艺流程、节能降耗、回收废旧金属制品等就成了与金属冶炼同样重要的问题。
学情分析学生在学习本节课之前已经在《必修1 金属材料》中对金属制品有所了解。
但对金属的冶炼方法还是完全陌生的。
为了加深其印象，采取了分组实验的形式，使其亲自动手操作，近距离观察现象，培养其尊重事实、认真思考、大胆猜想的科学态度。
另外，在已有知识的基础上，采用“温故知新”的思路，让学生在所学知识的基础上发现并拓展新知识。
三、三维目标[知识与技能]1. 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。
2、了解金属矿物开发利用的化学方法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。
[过程与方法]1.通过人类认识和使用金属制品的历史进程，以金属活动顺序表为主线，结合演示实验的方法，使学生理解、掌握金属冶炼的各种常用方法。
2.. 通过思考与交流，让学生学会联系自己已掌握的知识通过比较归纳认识事物的本质特征。
3.指导学生在学习过程中使用分类法。
[情感、态度与价值观]经历思考过程，勇于探索问题的本质特征，体验科学过程；通过对化学在环境保护中的作用的认识，培养学生树立绿色化学的观念。
四、教学重点金属冶炼的基本方法五、教学难点：铝热反应，电解法附[板书]开发利用金属矿物一、金属的冶炼（M n++ne-→M）K Ca Na Mg Al ; Zn Fe Sn Pb (H)Cu ; Hg Ag; Pt Au 电解法热还原法热分解法物理法高温2Al+Fe2O3===2Fe+Al2O3电解2Al2O3(熔融) == 4Al + 3O2↑冰晶石二、合理开发利用金属矿物。
第一节开发利用金属矿物和海水资源第1课时金属矿物的开发利用[知识梳理]一、金属的冶炼1．金属在自然界中存在的形态除了金、铂等极少数金属以外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。
在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。
2．金属冶炼的原理金属冶炼的实质是根据氧化还原反应，使金属矿物中的金属阳离子得到电子生成金属单质的过程：M n＋＋n e－===M。
3．冶炼方法【自主思考】工业上利用电解熔融MgCl2来制取Mg，而MgO比MgCl2更易获得，为什么不电解熔融MgO 制取镁呢？(MgO的熔点：2 852 ℃，MgCl2的熔点：714 ℃)提示由于MgO的熔点远远高于MgCl2的熔点，将MgO熔融需要能量较多，所以采用电解熔融MgCl2的方法制取Mg，冶炼金属也要考虑节能减排。
二、金属矿物的开发利用1．合理开发利用金属资源金属的冶炼需要消耗大量的资源和能源，还会造成环境污染，地球上的金属资源是有限的，是不可再生的，因此金属资源应合理地开发利用。
2．有效利用金属资源的途径(1)提高金属的利用率，减少金属的使用量。
(2)加强金属资源的回收和再利用。
(3)使用其他材料代替金属材料。
[效果自测]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)黄金的冶炼可用热分解法()(2)金属阳离子被还原，一定会得到金属单质()(3)工业上电解MgCl2溶液制取Mg()答案(1)×(2)×(3)×2．冶炼金属常用以下几种方法：①以C、CO或H2作还原剂还原。
②用较活泼金属Na、Mg等还原。
③利用铝热反应原理用Al还原。
④电解法。
⑤热分解法。
下列金属各采用哪种方法还原最佳？(填序号)(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属________。
(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属________。
(3)Hg、Ag等不活泼金属________。
(4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属________。
第四章化学与自然资源的开发利用第一节开发利用金属矿物和海水资源本节教材分析三维目标1．知识与技能：（1）了解金属元素在自然界的存在形态。
（2）掌握金属冶炼的原理和方法。
（3）掌握铝热反应及其应用。
（4）了解海水资源开发和利用的前景及化学在其中可以发挥的作用。
（5）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，了解金属回收和资源保护的意义。
2．过程与方法：（1）培养学生的自学能力和查阅相关资料进行分析概括的能力。
（2）通过案例探究培养学生学会运用观察、实验、比较、分类、归纳、概括等方法对获取的信息进行加工，同时训练学生的口头表达能力和交流能力。
（3）通过对案例探究，激发学生学习的主动性和创新意识，从而悟出学好化学的科学方法。
3．情感态度价值观：（1）体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，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。
（2）通过化学史的教学，使学生认识并欣赏化学科学对提高人类生活质量和促进社会发展的重要作用。
（3）介绍我国古代在金属冶炼方面的成就，激发学生的爱国主义情感。
（4）认识化学在环境保护中的作用，树立绿色化学的观念。
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。
教学建议教学过程中要注意以下几个方面：（1）利用多媒体辅助教学，扩大教学容量。
本节内容学习难度不大，但涉及的基本知识比较丰富，信息量较大，可以可以利用图片、录音、录像材料以及多媒体动画，或将它们有机结合，充分发挥其整体功能优化教学过程。
（2）联系元素化合物知识和氧化还原反应理论。
本节中金属的冶炼以及海水提镁、海水提溴、海带中碘元素的检验等，涉及到元素化合物和氧化还原反应，教学过程中可以引导学生注意这些知识和规律的应用。
（3）把握教学内容深浅度，严格按照课程标准进行教学。
区分好金属冶炼在必修2和选修1模块中教学要求的差异，海水资源在必修2和选修2中的教学要求的差异，不要拓展和延伸到相关联的模块中。
第一节开发利用金属矿物和海水资源第1课时金属矿物的开发利用[知识梳理]一、金属的冶炼1．金属在自然界中存在的形态除了金、铂等极少数金属以外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。
在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。
2．金属冶炼的原理金属冶炼的实质是根据氧化还原反应，使金属矿物中的金属阳离子得到电子生成金属单质的过程：M n＋＋n e－===M。
3．冶炼方法【自主思考】工业上利用电解熔融MgCl2来制取Mg，而MgO比MgCl2更易获得，为什么不电解熔融MgO 制取镁呢？(MgO的熔点：2 852 ℃，MgCl2的熔点：714 ℃)提示由于MgO的熔点远远高于MgCl2的熔点，将MgO熔融需要能量较多，所以采用电解熔融MgCl2的方法制取Mg，冶炼金属也要考虑节能减排。
二、金属矿物的开发利用1．合理开发利用金属资源金属的冶炼需要消耗大量的资源和能源，还会造成环境污染，地球上的金属资源是有限的，是不可再生的，因此金属资源应合理地开发利用。
2．有效利用金属资源的途径(1)提高金属的利用率，减少金属的使用量。
(2)加强金属资源的回收和再利用。
(3)使用其他材料代替金属材料。
[效果自测]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)黄金的冶炼可用热分解法()(2)金属阳离子被还原，一定会得到金属单质()(3)工业上电解MgCl2溶液制取Mg()答案(1)×(2)×(3)×2．冶炼金属常用以下几种方法：①以C、CO或H2作还原剂还原。
②用较活泼金属Na、Mg等还原。
③利用铝热反应原理用Al还原。
④电解法。
⑤热分解法。
下列金属各采用哪种方法还原最佳？(填序号)(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属________。
(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属________。
(3)Hg、Ag等不活泼金属________。
(4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属________。
答案(1)①(2)④(3)⑤(4)③探究一、金属的活泼性与冶炼方法【合作交流】1．人类使用金属的年代先后顺序与金属的活动性有什么关系？提示金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。
金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现的相对晚一些。
金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以有青铜、铁器等时代的发展历程。
2．从自然界中获得金属单质，是否都必须发生氧化还原反应？提示否。
有些金属单质化学性质稳定，如金、铂等，在自然界中主要以游离态形式存在，获得这些金属就不需要发生氧化还原反应，用富集的方法就可以，如淘金。
3．在金属中，铝元素在地壳中的含量居第一位，为什么铝的发现和使用比铜和铁要晚得多？提示金属的发现和使用与金属的活动性密切相关，金属活动性越强，其相应的金属阳离子得电子的能力越弱，冶炼难度越大。
铝是一种活动性较强的金属，用一般的还原剂很难将其还原，工业上采用最强有力的氧化还原手段——电解法进行冶炼，而铜和铁用一般的还原剂就可以达到目的，所以铝的发现和使用比铜和铁要晚得多。
【点拨提升】1．金属的冶炼原理金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原为金属单质的过程，即：M n ＋＋n e－===M。
2．金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系3.【典题例证1】 下列金属冶炼原理错误的是( )A ．2NaCl(熔融)=====电解2Na ＋Cl 2↑B ．MgO ＋H 2=====△Mg ＋H 2OC ．Fe 3O 4＋4CO=====高温3Fe ＋4CO 2D ．2HgO=====△2Hg ＋O 2↑解析 Na 、Mg 通常用电解法制取，Fe 用还原剂法制取，Hg 可用加热其化合物的方法制取。
Mg 的活动性比H 2强，H 2不能置换出Mg ，B 项错。
答案 B【学以致用1】 冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法 ②水煤气(或氢气，或一氧化碳)法 ③活泼金属置换法 ④电解法。
四种方法在工业上均有应用。
古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是( )A ．(Ⅰ)用①B ．(Ⅱ)用②C ．(Ⅲ)用③D ．(Ⅳ)用④解析 选择金属的冶炼方法要考虑金属在自然界中存在的状态及金属的活动性。
(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)发生的反应分别是(Ⅰ)：Cu 2(OH)2CO 3=====△2CuO ＋CO 2↑＋H 2O ，C ＋2CuO=====△2Cu ＋CO 2↑，符合①；(Ⅱ)：Fe ＋CuSO 4===FeSO 4＋Cu ，符合③；(Ⅲ)：2Al ＋Cr 2O 3=====高温Al 2O 3＋2Cr ，符合③；(Ⅳ)：先从光卤石中提取MgCl 2，再电解MgCl 2：MgCl 2(熔融)=====电解Mg ＋Cl 2↑，符合④。
答案 B探究二、铝热反应【合作交流】1．铝热反应实验中镁条与氯酸钾的作用是什么？提示 镁条的作用是燃烧放出大量的热引发KClO 3分解，氯酸钾的作用是供氧剂。
2．为什么要在承接反应物的蒸发皿中垫有细沙？提示 因为铝热反应是一个典型的放热反应，反应中放出的大量热能够使铁熔化，为了防止蒸发皿炸裂及熔融的金属溅出伤人，所以要垫细沙。
3．铝热反应在工业上有哪些重要应用？提示 (1)冶炼熔点高的金属，如钒、铬、锰等；(2)在野外焊接钢轨。
【点拨提升】1．铝热反应2.【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，下面放置盛沙的蒸发皿。
把5 g 炒干的氧化铁粉末加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。
通过以上实验信息，回答下列问题。
(1)写出该反应的化学方程式：______________________________________________________________________________________________________________________；在该反应中，______________(填化学式，下同)是氧化剂，________是还原剂，该反应称为________反应。
(2)选出该实验的实验现象：________(填写在横线上)。
①镁条剧烈燃烧；②放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射；③纸漏斗的下部被烧穿；④有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体。
(3)写出下列操作或物质的作用：内层纸漏斗底部剪一个孔：______________________； 蒸发皿盛沙：_______________________________________________________________； 镁条：____________________________________________________________________； 氯酸钾：__________________________________________________________________。
(4)如何用简单的方法证明生成物中有金属铁？解析 (1)铝热反应为2Al ＋Fe 2O 3=====高温2Fe ＋Al 2O 3，该反应中Fe 2O 3作氧化剂，Al 作还原剂。
(2)①②③④均为铝热反应的现象。
(3)铝热反应实验中为使熔融物易落下，通常在内层纸漏斗底部剪一个孔；为防止溅落物炸裂蒸发皿，蒸发皿内盛沙子；反应中镁条提供热量使氯酸钾分解；氯酸钾分解引发铝热反应。
答案 (1)2Al ＋Fe 2O 3=====高温2Fe ＋Al 2O 3 Fe 2O 3 Al 铝热 (2)①②③④ (3)使熔融物易于落下 防止溅落物炸裂蒸发皿，同时防止溅落物迸溅过远对周围人造成伤害 引燃剂，引起氯酸钾分解 助燃剂，为镁条继续燃烧提供氧气，引发铝热反应 (4)用磁铁吸引生成物，磁铁上有黑色物质被吸附，则证明生成物中有金属铁。
【学以致用2】 如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：(1)该实验装置中还缺________。
引发铝热反应的操作为________________________________________________________________________。
(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应________(填“能”或“不能”)发生，理由是___________________________________________________________________________。
(3)铝热反应的用途有哪些？_______________________________________________。
解析 (1)利用镁条燃烧放热从而引发铝热反应，同时促使KClO 3分解产生O 2，使镁条快速燃烧。
(2)Mg 比Al 活泼，Al 不能从MgO 中置换出Mg 。
答案 (1)镁条和氯酸钾 在混合物中间插一根镁条，将氯酸钾放在混合物上镁条的周围，点燃镁条(2)不能 镁比铝活泼，铝不能置换镁(3)用于焊接钢轨；冶炼某些熔点高的金属(答案合理即可)1．下列金属元素在自然界中可以以游离态形式存在的是( )A ．KB ．NaC ．CaD ．Au答案 D2．工业炼铁是在高炉中进行的，高炉炼铁的主要反应是：①2C(焦炭)＋O 2(空气)=====高温2CO ②2Fe 2O 3＋3CO=====高温2Fe ＋3CO 2该炼铁工艺中，对焦炭的实际使用量要远远高于按照化学方程式计算所需，其主要原因是( )A ．CO 过量B ．CO 与铁矿石接触不充分C ．炼铁高炉的高度不够D ．CO 与Fe 2O 3的反应有一定限度解析 高炉炼铁的反应Fe 2O 3＋3CO=====高温2Fe ＋3CO 2为可逆反应，所以对焦炭的实际使用量要远高于按化学方程式计算所需，这样可以提高CO 的浓度，促进该反应正向移动。
答案 D3．用铝热法还原下列化合物，若获得金属各1 mol ，消耗铝最少的是( )A ．MnO 2B ．Cr 2O 3C ．WO 3D ．CuO 解析 制备1 mol 金属，根据氧化还原反应中得失电子数相等的原理，金属离子得电子数越多，需要铝的质量越大。
而生成1 mol 金属，该金属在化合物中化合价越高，则消耗铝越多；反之则越少。
在这四种化合物中只有D 项中Cu 的化合价最低，故选D 。
答案 D4．下列反应原理不符合工业实际的是( )A ．2Ag 2O=====高温4Ag ＋O 2↑B ．4Al ＋3MnO 2=====高温3Mn ＋2Al 2O 3C ．2MgO=====电解2Mg ＋O 2↑D ．2CuO ＋C=====高温2Cu ＋CO 2↑解析 根据金属的活动性和特点，这四种金属选用的冶炼方法看似都正确，但是工业上冶炼镁时，并不是电解熔融的氧化镁，而是电解熔融的氯化镁。
