《第一节 开发利用金属矿物和海水资源》教案1-1
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《第一节 开发利用金属资源和海水资源》教案
【三维目标】
（一）知识与技能：
1、了解金属冶炼的一般原理。
2、解金属回收的重要意义，树立资源保护意识。
（二）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，金属冶炼，人类冶炼和使用金属的历史，金属资源的回收和再利用，海洋资源的类型，海水资源的开发及利用现状，培养学生归纳能力、比较能力。
（三）情感态度价值观：
1、帮助学生树立节约资源，爱护环境、变废为宝等意识
2、通过金属矿物及海水资源的开发与利用两个专题，使学生热爱自然，热爱化学。
【重点与难点】
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。
【教学方法】利用图片、录像、多媒体课件，讨论、归纳。
【教学过程】
【板书】第一节 开发利用金属资源和海水资源
第1课时
【设疑导入】现在各种报刊媒体频繁出现“可持续发展”一词，有哪位同学解释一下？
【学生阅读】资料卡片：自然资源与可持续发展。
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。
【讲解】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
【讲解】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
【讲解】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】2HgO △
2Hg+O2↑ 2Ag2O △
4Ag+O2↑
【板书】2．热还原法
【讲解】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、一氧化碳、氢气和活泼金属等。
【板书】 Fe2O3+3CO 高温
2Fe+CO2↑
WO3+3H2 高温
W+3H2O ZnO+C 高温
Zn+CO↑
MgO+C 高温
Mg(g)+CO(g) Fe2O3+2Al 高温
2Fe+Al2O3（铝热反应）
Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
【板书】3．电解法
【讲解】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】 2NaCl（熔融） 电解
2Na+Cl2↑
4NaOH（熔融） 电解
4Na+O2+2H2O MgCl2（熔融） 电解
Mg+Cl2↑
2Al2O3 电解冰晶石 4Al+3O2↑
【板书】4、铝热反应：Fe2O3+2Al 高温
2Fe+Al2O3（铝热反应）
【实验】铝热反应（演示）：
【强调】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炒干的氧化铁粉末和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。
【学生活动】实验现象：镁条剧烈燃烧，放出一定的热量，使氧化铁粉末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。
一些对纯度要求较高的不活泼金属也可以采用电解其盐溶液的方法来进行冶炼，例如：
2CuSO4+2H2O 电解
2Cu+2H2SO4+O2↑
【板书】5、有些金属可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来，例如：
Cu2S+O2 高温
2Cu+SO2
【学生阅读】常见金属的冶炼原理。
【小结】不同金属冶炼方法的选择
【讲解】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。
【学生分组讨论】有效的使用金属产品、材料，主要途径。
【讲解】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：
【思考与交流】如何开发这些海底资源？
【板书计划】一、金属矿物的开发利用
1．热分解法
2HgO △
2Hg+O2↑ 2Ag2O △
4Ag+O2↑
2．热还原法
3．电解法
Fe2O3+3CO 高温
2Fe+CO2↑
WO3+3H2 高温
W+3H2O ZnO+C 高温
Zn+CO↑
MgO+C 高温
Mg(g)+CO(g) Fe2O3+2Al 高温
2Fe+Al2O3（铝热反应）
Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
4、铝热反应（热还原）：Fe2O3+2Al 高温
2Fe+Al2O3（铝热反应）
第二课时
【导入】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。加强对海水资源的开发利用，是解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
【讲解】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。
【资料投影】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：
【资料投影】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：
【资料投影】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，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。
【讲解】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、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】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。
【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Cl2时发生的离子反应是：
Cl2＋2Br——＝Br2＋2Cl—
(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：
3Br2＋6OH—=5Br-＋BrO3—＋3H2O
(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-＋BrO3—＋6H+＝3Br2＋3H2O
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：
