高中化学 41《开发利用金属矿物和海水资源》教案 新人教版必修2.docx
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高中化学41《开发利用金属矿物和海水资源》教案新人教版必修2
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）
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。
常识性介绍金属回收和资源保护的意义
2、揭示化学与可持续发展的重要关系。
3、树立资源保护意识及合理开发意识。
4、初步培养自主查阅资料的能力
5、使学生初步掌握化学实验基本操作、基本技能。
过程与方法
1、自主学习，培养学生自学能力。
2、活动动探究，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。
情感态度与价值观
3、帮助学生树立节约资源、爱护环境、变废为宝等意识。
4、通过金属矿物以及海水资源的开发利用两个专题，使学生热爱自然，热爱化学。
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。
教具准备
多媒体、投影仪、砂纸、铁架台（带铁圈）、蒸发皿、滤纸、火柴、沙子、铝粉或铝银粉（商业名称）、镁带、氯酸钾、氧化铁粉末、小木条电教器材：
视频展示台（包括录象），实物投影仪挂图、标本等
课时安排
2课时
（第1课时）
教学过程
【导入】人们通常将化学物质进行分类，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发生化学变化的规律，认识物质在变化过程中表现出的性质。
所有这些都是人类利用自然资源、丰富物质世界的重要科学依据。
本节课我们主要以金属矿物和海水资源的充分利用为例，认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。
※超分子：
通常是指由两种或两种以上的分子依靠分子间作用力结合在一起的具有一定结构和功能的聚集体。
【资料卡片】自然资源与可持续发展
1.自然资源：
指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。
2.可持续发展：
包括经济的可持续发展，社会的可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展和全球可持续发展。
一.金属矿物的开发和利用
1.金属元素在自然界存在的形态：
（1）游离态：
极少数的不活泼金属（金、铂等）以游离态存在（单质的形式）
（2）化合态：
绝大多数金属在自然界中是以化合态（化合物的形式）存在，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。
2.金属的冶炼：
金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程。
（1）金属冶炼的一般方法：
金属的活动性不同，冶炼的方法不同。
①热分解法：
对于不活泼金属（活动顺序中，Hg及Hg以后）可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，例如：
2HgO
2Hg+O2↑
2Ag2O
4Ag+O2↑
②热还原法：
在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属（Zn-------Cu）,通常是在高温下用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，例如：
Fe2O3+3CO
2Fe+CO2↑
WO3+3H2
W+3H2O
ZnO+C
Zn+CO↑
Fe2O3+2Al
2Fe+Al2O3（铝热反应）
Cr2O3+2Al
2Cr+Al2O3（铝热反应）
【实验4—1】铝热反应
I.操作：
（1）把两张滤纸分别折叠成漏斗状套在一起（内层滤纸底
部剪一小孔，用水湿润）架在铁架台上，下面放置一
盛沙子的蒸发皿。
（2）将5g干燥的氧化铁粉末和2g铝粉均匀混合后放入纸
漏斗中，混合物上面加少量氯酸钾固体，中间插一
根用砂纸打磨过的镁条。
（3）用燃着的小木条点燃镁条，观察现象。
Ⅱ.现象：
（1）镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的白光。
（2）引起混合物剧烈燃烧，发光发热。
（3）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（Al2O3），可以发现落下的是铁珠。
Ⅲ.反应：
Fe2O3+2Al
2Fe+Al2O3（铝热反应）
Ⅳ.铝热剂及应用：
（1）铝热剂：
铝粉与某些金属（比铝不活泼的金属）氧化物的混合物。
在高温下发生反应，放出大量的热，其混合物称为铝热剂；反应称为铝热反应。
（2）铝热反应的特点：
在高温下引燃后剧烈反应，放出大量的热，产生高温，使被还原出来的金属熔化，与熔渣分离。
体现铝的还原性、氧化铝高熔点的性质。
（3）铝热反应的应用：
①焊接钢轨
②冶炼高熔点金属：
V、Cr、Mn等。
③电解法：
非常活泼的金属（活动顺序中：
K------Al）用一般的还原剂很难将它们还原出来，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如：
2NaCl（熔融）
2Na+Cl2↑
MgCl2（熔融）
Mg+Cl2↑
2Al2O3（熔融）
4Al+3O2↑
※有些金属可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来，例如：
冶炼铜
Cu2S+O2
2Cu+SO2
【总结】金属活动顺序表中不同金属冶炼方法的选择
KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAg
【表4—1】常见金属的冶炼原理
金属
冶炼原理
Fe
Fe2O3+3CO
2Fe+CO2↑
Fe2O3+2Al
2Fe+Al2O3（铝热反应）
Cu
Cu2S+O2
2Cu+SO2（火法炼铜）
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu（湿法炼铜）
Mg
MgO＋C
Mg（g）＋CO（g）
MgCl2（熔融）
Mg+Cl2↑
Al
2Al2O3（熔融）
4Al+3O2↑
Na
2NaCl（熔融）
2Na+Cl2↑
（2）金属提炼一般步骤：
①矿石的富集、除杂；②冶炼；③精炼。
3.金属的利用、回收和资源的保护
（1）矿产资源是有限的：
矿产资源是大自然赋予人类的宝贵财富，但并非取之不尽用之不竭，是不可再生的。
随着人们的开发利用，将会日渐减少。
我国幅员辽阔，是世界上矿产资源比较丰富、矿产品种比较齐全的国家。
我国矿产资源总值居世界第3位，但人均拥有量约为世界人均水平的
。
因此，我们要合理开发和利用这些矿物资源。
（2）合理开发、有效利用、金属的回收和资源保护：
合理开发和利用这些矿物资源。
有效地使用金属产品、材料。
主要途径有：
①提高金属矿物的利用率。
②减少金属的使用量。
③加强金属资源的回收和再利用，使用代用材料节约矿产资源、保护矿产资源。
板书设计：
第一节开发利用金属矿物和海水资源
（第1课时）
一．金属矿物的开发利用
1．冶炼步骤3.冶炼方法4.金属的回收和资源保护
（1）热分解法
2．冶炼原理
（2）热还原法
（3）电解法
【随堂练习】
1.冶炼金属一般有下列四种方法：
①焦炭法，②水煤气（或H2或CO）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）火烧孔雀石法炼铜，（Ⅱ）湿法炼铜，现代有（Ⅲ）铝热法炼铬，（Ⅳ）从光卤石（KCl•MgCl2•6H2O）中炼镁，对它们
的冶炼方法分析不正确的是---------------------------（B）
A．（Ⅰ）用①B．（Ⅱ）用②
C．（Ⅲ）用③ D．（Ⅳ）用④
2工业上用铝土矿（主要成分是Al2O3）生产铝的过程，可用简单示意图表示如下（图中字母代表有关物质的分子式）
请写出①～④反应的方程式。
①Al2O3+2NaOH====2NaAlO2+H2O；
②2NaAlO2+CO2+3H2O====2Al（OH）3↓+Na2CO3；
③Na2CO3+Ca（OH）2====CaCO3↓+2NaOH；
④2Al（OH）3
Al2O3+3H2O。
3.关于金属元素在自然界存在的情况的叙述中，正确的是--------------------------------------（CD）
A、金属元素仅存在于矿物中。
B、金属元素存在于矿物和动物体內，但植物体內不含。
C、少数金属元素以游离态存在，大多数金属元素以化合态存在。
D、金属元素不仅存在矿物中，动物和植物体內也存在少量金属元素。
4.下列化学方程式，能用于工业上冶炼金属镁的是------------------------------------------------（BD）
A、2Na+MgCl2====2NaCl+MgB、MgCl2（熔化）
MgO+Cl2
C、2MgO
2Mg+O2D、MgO+C
MgO+C
5.．下列金属①铁、②镁、③锰、④矾、⑤铬。
可用铝热法制备的有------------------------（C）
A.①②④B.①②③⑤C.①③④⑤D.①②③④⑤
6．在冶金工业上，通常均不能用化学还原剂制得的金属组是----------------------------------（A）
A．Na、Ba、Mg、A1B．Zn、Fe、Cu、Ag
C．Na、K、Zn、FeD．Mg、Al、Zn、Fe
第二节开发利用金属矿物和海水资源（第2课时）
知识与技能
1、帮助学生认识和体会海水资源开发和利用中的意义和作用。
2、揭示化学与可持续发展的重要关系。
3、树立资源保护意识及合理开发意识。
4、初步培养自主查阅资料的能力
过程与方法
1、自主学习，培养学生自学能力。
2、活动动探究，通过了解海洋资源的类型；海水资源的开发及利用现状，培养学生归纳能力、比较能力。
情感态度与价值观
1、帮助学生树立节约资源、爱护环境、变废为宝等意识。
2、通过金属矿物以及海水资源的开发利用两个专题，使学生热爱自然，热爱化学。
教学重点
了解化学方法在海水资源开发中的作用。
教学难点
海水资源合理开发综合应用
教具准备
多媒体、投影仪、电教器材：
视频展示台（包括录象），实物投影仪挂图、标本等
课时安排
1课时
教学过程
[新课导入]
二、海水资源的开发利用
1.海水水资源的利用：
海水中水的储量约占全球总水量的97％。
海水中水资源的利用，主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却。
海水淡化的方法：
主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。
海水蒸馏原理示意图太阳能蒸发原理示意图
2.海水中的化学资源的开发利用：
（1）海洋是一个远未开发的巨大化学资源宝库：
海洋资源中，利用潜力最大的是海水中的化
学资源。
由于与岩石、大气、生物的相互作用，海水中溶解和悬浮有大量的无机物和有
机物，目前，在陆地上发现的１００多种化学元素，在海水中已找到８０多种（包括
超过总量99%的H、O、CL、Br、Na、K、Mg、Ca、S、C等11种元素和其他微量微量元素）
其中７０多种可供提取。
如，氯化钠（即食盐）有４亿亿吨，镁约有１８００万亿吨，
钾有５００万亿吨，溴约有９０万亿吨，核燃料约４０亿吨－５０亿吨。
（2）海水中含有的各种元素的特点：
种类多，总储量大，富集程度低。
因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。
（3）从海水中提取物质的方法
I.从海水中提取食盐的主要工艺流程：
从海水中制取盐的方法主要有：
盐田法、电渗析法和冷冻法。
其中盐田法（又叫滩晒法）历史最悠久，而且也是最简便和经济有效的方法。
现在还在广泛采用。
※盐田法：
盐田建在海滩边，借用海滩逐渐升高的坡度，开出一片片象扶梯一样的池子。
第5页
利用涨潮或用风车和泵抽取海水到池内。
海水流过几个池子，随着风吹日晒，水份不断蒸发，海水中的盐浓度愈来愈高，最后让浓盐水进入结晶池，继续蒸发，直到析出食盐晶体。
我国是世界上最大的产盐国，年产盐量近2000万吨，占世界食盐产量的80%。
长声盐场
Ⅱ.从海水中提取镁的主要工艺流程：
镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁从海水中提取。
主要步骤如下：
试剂①
试剂②
（1）为了使MgSO4转化为Mg（OH）2，试剂①可以选用 NaOH，要使MgSO4完全转化为沉淀，加入试剂①的量应 过量；验证MgSO4已完全转化为Mg（OH）2的方法是取上层清液，加入NaOH溶液，不生成沉淀。
（2）加入试剂①后，能够分离得到Mg（OH）2沉淀的方法是 过滤。
（3）试剂②可以选用 HCl 。
（4）无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2，写出该反应的化学方程式：
MgCl2（熔融）
Mg+Cl2↑第6页
Ⅲ.从海水中提取溴的主要工艺流程
（1）用蒸馏法将海水浓缩。
用硫酸将浓缩的海水酸化。
（2）向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质。
反应的化学方程式为：
2NaBr+Cl2==Br2+2NaCl；
（3）向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的，反应的化学方程式为：
Br2+SO2+2H2O==2HBr+H2SO4
（4）向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气，反应的化学方程式为：
2HBr+Cl2==2HCl+Br2
（5）用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质，得到产品溴。
【实验4—2】从海带中提取碘
（1）反应原理：
海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂（H2O2）将其氧化成I2，再用有机溶剂将I2萃取出来。
用H2O2做氧化剂，反应的离子方程式是：
2I-+H2O2+2H+==I2+2H2O。
（2）操作步骤：
①取约3g干海带，把表面的浮着物用刷子刷净（不要用水冲洗，以免洗去表面的碘化物），用剪刀剪碎后，用酒精湿润，放入坩埚中。
点燃酒精灯，灼烧海带至完全变为灰烬（注意通风）停止加热，冷却。
②将海带灰转移到小烧杯中，向其中加入10ml蒸馏水，搅拌、煮沸2～3min,过滤。
③在滤液中滴入几滴稀硫酸（3mol/l）,再加入1mLH2O2（3%），现象：
溶液变棕黄色。
再加入几滴淀粉溶液，现象是：
溶液变蓝色。
（3）提取I2流程：
【总结】海水资源的开发利用：
①从海水中提取淡水——海水淡化
②海水制盐
海水资源的开发利用③从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品
④从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料
⑤从海水中获取其他物质和能量
第7页
※海水综合利用联合工业体系一例（如下图）
课堂小结
这节课我们学习了海水资源的开发和利用，通过学习，我们知道：
海水是一个巨大的资源宝库，从海水中我们可以提取许多重要的化工产品，同学们要努力学习，掌握先进的科学技术，让海水更好地造福人类。
布置作业
P85T3
板书设计：
第一节开发利用金属矿物和海水资源
（第2课时）
二．海水资源的开发利用
1．水资源的利用
（2）溴3.树立资源保护意识及合理开
（1）淡化（3）钾发意识
（2）循环冷却
2．制备化工产品
（1）镁
活动探究
1.查阅资料,写篇小论文:
海水资源简介。
【随堂练习】
1.从海水中提取金属镁的生产步骤有：
①浓缩结晶，②加熟石灰，③加盐酸，④过滤，⑤熔融电解，正确的生产步骤顺序是_②④③①⑤。
2.按下述实验过程填空：
（1）写出上述反应的化学方程式：
①2FeBr2＋3Cl2===2FeCl3＋2Br2；
② 2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋2KCl＋I2；
2KI＋Br2===2KBr＋I2。
（2）溶液的颜色：
a：
棕黄色；b：
橙红色；
c：
蓝色；d：
蓝色。
第8页
3.海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：
（1）
△
若在空气中加热MgCl2·6H2O，生成的是Mg（OH）Cl或MgO，写出相应反应的化学方程式
MgCl2·6H2O===Mg（OH）Cl+HCl↑+5H2O↑。
（2）用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。
在干燥的HCl气流中加热MgCl2·6H2O时，能得到无水MgCl2，其原因是：
在干燥的HCl气流中，抑制了MgCl2水解，且带走MgCl2·6H2O受热产生的水气，故能得到无水MgCl2
（3）Mg（OH）2沉淀中混有的Ca（OH）2应怎样除去？
写出实验步骤。
步骤：
加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤。
（4）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的；
①溶解时：
搅拌，加速溶解。
②过滤时：
使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒。
③蒸发时：
搅拌，防止因局部过热液滴或晶体飞溅。
（5）获得HCl的反应为2CH4+O2+4Cl2===2CO+8HCl（不考虑其他反应）。
事实上，生产中HCl一直在循环使用。
试从理论上分析是否需要补充HCl，简要说明理由：
答：
不需要补充HCl,因为Cl2～2HCl～Mg（OH）2～MgCl2～Cl2；依氯元素守恒可以看出理论上不要补充HCl。
第9页
第四章化学与自然资源的开发利用
第1节开发利用金属矿物和海水资源同步测试
一、选择题（每小题只有一个选项符合题意）
1．铝能用于冶炼难熔的金属（如Fe、Mn等），这是因为铝具有一下性质中的----------------（）
A.两性B.导电性好C熔点低D．还原性及冶炼反应中放出大量的热
2．下列金属①铁、②镁、③锰、④矾、⑤铬。
可用铝热法制备的有----------------------------（）
A.①②④B.①②③⑤C.④③④⑤D.①②③④⑤
3．在冶金工业上，通常均不能用化学还原剂制得的金属组是-------------------------------------（）
A．Na、Ba、Mg、A1B．Zn、Fe、Cu、Ag
C．Na、K、Zn、FeD．Mg、Al、Zn、Fe
4．下列化工生产原理错误的是-----------------------------------------------------------------------------（）
①可以用电解熔融的氯化钠的方法来制取金属钠②可以用钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁③用电冶铝时，原料是氯化铝④炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热
A.②③B.①③C.①②③D.②③④
5．下列产品的使用不会对环境造成污染的是----------------------------------------------------------（）
A.含磷洗衣粉B.酒精C.氟利昂D.含汞电池
6．单质A能从盐溶液中置换出单质B，则下列说法中，不正确的是----------------------------（）
A.当A、B都是金属时，A一定比B活动性强
B.当A、B都是非金属时，A一定比B活动性强
C.当A是金属时，B可能是金属，也可能是非金属
D.当A是非金属时，B可能是金属，也可能是非金属
7．在相同条件下，对环境污染最小的燃料是-----------------------------------------------------------（）
A.液化气B.煤油C.煤饼D.木柴
8．下列商品不能称为“绿色商品”的是-------------------------------------------------------------------（）
A.无铅汽油B.无磷洗衣粉C.无氟冰箱D.无碘食盐
二、非选择题（本题包括4个小题）
9．汽车尾气（含有烃类、CO、S02与NO等物质）是城市空气的污染源之一，治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”（用铂、钯合金作催化剂），它的特点是使CO与NO
第10页
反应，生成可参与大气生态循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及S02的转化。
（1）写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式：
。
（2）“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度，其原因是
。
（3）控制城市空气污染源的方法可以有（多选算错）
A.开发氢能源B.使用电动车C.植树造林D.戴上呼吸面具
10．如图所示，分馏装置中，如果有错误请指出并加以改正：
（1），
（2），
（3）。
11．（10分）环境保护已成为当前和未来的一项全球性重大课题之一。
为消除目前燃料使用过程中的环境污染问题，并缓解能源危机，有的专家提出利用太阳能促进燃料循环使用的构想（如图）。
这种构想或方案可用如下反应表示：
①2CO2
2CO+O2
⑦H2O
；
③N2+H20
NH3+；
④CO2+
CH30H+；
⑤+H2O
CH4+。
（1）请完成上述化学方程式；
（2）要实现上述的一些构想，目前和今后要解决的关键问题是
第11页
；
（3）如果光子的能量不够，上述反应是无法完成的。
而大自然已经解决了这个问题，即，它是地球上最重要的化学反应之一，请写出反应的化学方程式。
12．（9分）海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素，碘元离子的形式存在。
实验中从海藻提取碘的流程如图所示
（1）指出提取碘的过程中有关的实验操作名称①；写出过程②中有关反应的化学方程式。
（2）提取碘的过程中可提供选择的有机试剂为--------------------------------------------------（）
A.酒精、四氯化碳B四氯化碳、苯C．汽油、醋酸D．汽油、甘油
（3）为使海藻灰中碘离子转化为碘的有机溶液，实验室里有烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器、物品，尚缺少的玻璃仪器是。
第12页
答案与解析：
1．D。
Al还原性较强，可以将金属活动性顺序中排在其后的金属从其氧化物中置换出来，同时放出大量的热。
2．C。
可用铝热法制备的金属必定不如铝活泼，故镁一定不可以，利用排除法可以选择C。
3．A。
不能用化学还原剂制得的金属是一些非常活泼，本身具有强还原性的金属。
4．D。
钠可以和氯化镁饱和溶液中的水反应，不能将镁置换出来。
电解冶炼铝所用的原料为氧化铝。
炼铁高炉中所发生的反应C02+C
2CO属于吸热反应。
5．B。
含磷洗衣粉可造成水体富营养化；氟利昂可造成臭氧层破坏；含汞电池会造成水污染和土壤污染。
6．D。
Fe+CuS04＝Cu+FeS04，C12+2NaBr＝2NaCl+Br2，Mg+2NaHS04＝MgS04+Na2S04+H2↑，故A、B、C均正确。
7．
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