开发利用金属矿物和海水资源教案一.docx
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开发利用金属矿物和海水资源教案一
必修II第四章《化学与可持续发展》教学设计
一、本单元设计：
本单元教学的主要目标是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，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。
因此，教学要围绕这一教学目标展开。
教材从金属矿物以及海水资源的开发利用两个专题，阐明化学在自然资源的合理开发和综合利用上的作用，首先是因为在当今全球资源、能源供应紧张与人口迅速增长的矛盾日益突出的情况下，金属矿物和海水资源同人类的生活有着日益紧密的联系，同时学生在前面的学习中已经了解钠、铝、铁、铜等金属以及氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的主要性质，并且对金属冶炼及海水资源也有一定的了解，这些都为学习创造了条件。
接着从资源利用和环境保护这一视角，进一步阐明化学和人类可持续发展的关系，两节内容相辅相成。
纵观历史，从使用火到水、木材、煤、石油、天然气等资源,人类能源的来源全部都是从自然界中得到，其中的大多数资源属于不可再生的有限资源。
仅仅注重资源开发是远远不够的，人类要实现可持续发展，就必须做到合理开发资源、最大限度地利用好资源，还要保护好环境。
而化学不仅在资源开发上能发挥重要作用，在资源的综合利用以及环境保护方面同样大有用武之地。
二、本单元在教材中所处的地位及作用
1功能和地位
化学研究和应用的一个重要目标就是开发和利用自然界中一切可能的物质资源和能量资源，为人类生存和社会发展提供必要的物质和能源基础；同时,应该注意到这一过程必须同自然环境相互协调，走可持续发展的道路。
这是贯穿本章始终的核心观念。
本章作为高中必修模块的结尾，不仅对于学生总结复习很重要，而且对于学生进一步确定、学习后续的选修模块乃至选择自己未来升学和就业方向都可能会产生一定的影响。
①从科学知识的角度，有利于学生将前面所学过的知识和技能进行必要的梳理、归纳和拓展。
②从科学、技术和社会相互作用背景的角度，有利于学生加深体会化学在综合利用自然资源的作用，学会辨证地看待人类和自然协调发展中可能会遇到的问题，并培养做出明达决策的意识和能力。
2内容的特点
①突出主题：
通过金属矿物的开发，海洋资源的开发和化石燃料的利用为例，突出“化学与可持续发展”的两个方面，一是利用化学变化不断提供人类生存和发展的物质条件（主要包括获得有用物质和获得能量），利用化学变化还可以创造自然界原本没有的物质（主要指合成高分子化合物），从而使生活更加方便、舒适；二是在开发自然资源的过程中，必须深刻地认识到保护周围环境、维护生态和平的重要性，建立可持续发展的观念。
②体现基础:
知识内容方面是在紧紧围绕金属矿物、海水和化石燃料这些人类重要自然资源的综合利用中的化学基本原理和基础知识。
学习方法方面是通过比较、分类、归纳等基本方法来梳理从而较系统掌握学科的基础知识。
情感和价值观方面利用金属矿物、海水和化石燃料这些人类重要自然资源的综合利用中过程的利弊来感受人与社会的和谐发展。
三、本章课时安排及教学重难点
本节教学重点：
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。
煤、石油、天然气的综合利用，特别是石油的利用；通过环境保护和绿色化学的有关知识，使学生加强环保意识并培养绿色化学的理念
本节教学难点：
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。
石油裂化的原理。
四、本章相关内容的新旧对比分析
1.新旧课程标准的对比及分析
本章的内容要求在新的《高中化学课程标准》中是属于必修2的主题3《化学与可持续发展》。
在课程标准中第四章与第三章的要求放在一起，说明第四章的学习是建立在第三章学习的基础上的。
（以下有下划线是第四章的内容要求）
主题三化学与可持续发展
内容标准
活动与探究建议
1．认识化石燃料综合利用的意义，了解甲烷、乙烯、苯等的主要性质，认识乙烯、氯乙烯、苯的衍生物等在化工生产中的重要作用。
2．知道乙醇、乙酸、糖类、油脂、蛋白质的组成和主要性质，认识其在日常生活中的应用。
3．通过简单实例了解常见高分子材料的合成反应，能举例说明高分子材料在生活等领域中的应用。
4．以海水、金属矿物等自然资源的综合利用为例，了解化学方法在实现物质间转化中的作用。
认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值。
5．以酸雨的防治和无磷洗涤剂的使用为例，体会化学对环境保护的意义。
6．能说明合成新物质对人类生活的影响，讨论在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性。
①查阅资料：
利用石油裂解产物乙烯制取重要的化工产品。
②实验探究：
乙烯、乙醇、乙酸的主要化学性质。
③讨论从乙烯制备乙酸的合成路线。
④对比实验：
尿液中葡萄糖的检测。
⑤实验：
淀粉的水解和水解产物的检验。
⑥查阅资料：
海水资源及其利用。
⑦调查：
当地水污染及治理的情况。
⑧讨论：
如何选择合适的洗涤剂。
⑨查阅资料：
高分子材料的应用与发展。
⑩查阅资料：
符合“绿色化学”思想的化工产品的生产
旧教材的大纲要求：
按照学生的认识水平，并参照有关知识在高中化学中的重要程度，对知识的教学要求可分为四个层次，从低到高依次是：
A：
对所学知识有大致的印象。
B：
知道“是什么”。
能够记住学习过的知识的要点，能够根据提供的材料识别是什么。
新教材必修2第四章的内容在旧教材中分别在元素化合物的卤族、氧族、金属的通性、烃合成材料中介绍
元素化合物
教学内容
教学要求
卤族
海水资源及其综合利用
选学
氧族
常见的生活环境的污染和防止
环境保护的重要意义
A
B
金属的通性
金属冶炼的一般原理
金属的回收和资源保护
B
A
烃
石油的分馏产品和用途
石油的分馏、裂化和裂解
煤的干馏和综合利用
A
A
合成材料
合成材料（塑料、合成纤维、合成橡胶的品种、性能和用途）
新型有机高分子材料
A
A
2.新旧教材内容的对比及分析
新教材中第四章的题目是《化学可持续发展》共两节书，第一节介绍的是金属矿物资源的开发和利用，以及海水资源的开发利用。
金属矿物资源的开发在新教材中主要介绍冶炼金属的三种不同方法，还介绍了铝热反应。
而这部分在旧教材中是高二化学第三《几种重要的金属》介绍《铝和铝的重要化合物》及《金属的冶炼》中介绍的。
《海水资源及其综合利用》是旧教材高一化学第四章《卤素》中的选学内容，而在新教材中这一部分不但作为正文介绍，而且还加了海水提溴及海带含碘的科学探究，并且在介绍海水淡化的方法时再次巩固（必修1）第一章学习的蒸馏操作及原理。
新教材本章的第二节《化学与资源综合利用、环境保护》主要介绍的是煤、石油和天然气的综合利用，及环境保护与绿色化学。
煤主要介绍其成分及干馏产物，而石油主要介绍分馏、裂解，裂化。
此内容在旧教材中是高二化学第四章《烃》第六节《石油、煤》，与旧教材相比这一节书的内容介绍得要简单。
五、本单元的内部结构关系、知识线索网
六、本单元的教学要求
广州市教研室对人教版高中化学（必修2）第四章的知识与技能教学目标要求
第一节开发利用金属矿物和海水资源
基本要求
①知道根据金属的活动性不同，可分别采用加热、电解、还原剂还原等方法冶炼金属。
并能从能量的角度选择金属的冶炼方法。
能够书写相关的化学方程式。
②知道海水淡化的几种方法；掌握海水蒸馏的原理。
③知道从海水中提取溴、碘的原理。
了解非金属置换反应。
④能参照海水提取镁过程的化学原理写出有关的化学方程式。
（通过上述要求让学生体会、认识海水资源的广阔前景）
弹性要求
初步学会梳理无机物之间的转化（镁及其化合物的关系）
不宜拓展
金属冶炼及海水综合利用的化工工艺技术。
第二节化学与资源综合利用、环境保护
基本要求
①认识煤、石油、天然气是人类能源的主要来源。
能书写简单代表物燃烧的化学方程式。
②了解煤的成分；知道通过煤的干馏可得到多种化工产品及其用途；知道煤的气化和液化可减少燃烧所造成的环境污染。
③了解石油的成分；知道通过石油的分馏及裂化可得到多种化工产品及其用途。
④通过乙烯的聚合反应了解常见高分子材料的合成；了解聚合反应的原理。
知道日常生活中的一些合成高分子材料的应用。
⑤知道形成酸雨的主要物质是硫氧化物和氮氧化物；认识含氮、磷的水体污染问题；知道一些污染的来源及控制方法。
（化学在三废治理方面发挥重要作用）
弹性要求
了解原子“原子经济”的概念
不宜拓展
各种控制污染的原理
七、本单元的课时安排
第一节 开发利用金属矿物和海水资源 2课时；
第二节 化学与资源综合利用、环境保护 2课时；
复习和机动 1课时。
八、本单元每节课的教学流程及建议
化学与可持续发展是一个大课题，内涵丰富，知识面广。
该教材只用4课时进行教学。
我们必须解决内容多、时间短这一矛盾。
1．紧抓化学学科基础：
参考教学目标提到的基本要求。
教学过程紧扣学科的基本概念和基础理论。
如金属的冶炼原理可与氧化还原理论结合，不同金属冶炼方法不同可与能量联系起来。
又如金属及其化合物之间的转化可与物质的分类挂上钩。
有机物的转化只抓裂解反应和加聚反应。
教学要达成的目标是最最基础的学科内容。
最具代表性的内容。
2．资源展现形式多样：
本章教学的信息量需求很大。
要激发学生的兴趣提高获取信息的效度。
信息的呈现方式适宜采用多样化。
如：
海洋资源的丰富性的信息可通过有关的数据以表格形式展现。
原油的分馏及裂化的产品和用途以彩图方式呈现，若制成动态的课件更好。
有些不适宜用上述两种方式的就采用专题阅读资料呈现。
如：
“21世纪的矿物”－锰结核；会燃烧的“冰”－潜力巨大的新能源甲烷干冰。
3．最后一课时关于“绿色化学”和“可持续发展”建议采用专题讨论的方式进行。
1．第一课时教学流程
多媒体展示多种金属矿物及当代矿物开发水平展示从金属矿石中提炼金属的步骤
引导学生回顾所学有关金属制备的知识，由具体到一般进行归纳总结（或多媒体呈现后学生归纳）学生讨论归纳金属的活动顺序与金属冶炼的关系、归纳几种常用金属冶炼方法录像：
合理开发金属资源活动探究：
开发海底金属资源设想或回收废旧金属的意义
2．第二课时教学流程
录像：
海水资源介绍提出问题：
利用海水资源，要解决哪些问题？
海水淡化装置实验演示（原理分析）多媒体呈现：
海水化学资源概况
问题探究：
海水提溴、海带中I-检验实验研讨：
自然资源的开源节流
3．第三课时教学流程
课前自学教材内容，收集有关煤、石油、天然气综合利用的资料（包括文字及录象）
小组代表汇报教师引导分析：
为什么对资源综合利用？
谈感受：
科技进步给我们带来了什么？
处理资源利用和环境保护的关系？
4．第四课时教学流程
“环境保护与绿色化学”的教学可以采取多种灵活的教学方式，既可以进行常规教学，也可以分组进行研究性学习，查资料。
九、本单元课堂教学效果评价及检测
第一课时：
1.在化学史上，金、银、铜等重金属发现较早，轻金属则发现较迟，如钾、钠、钙等直到19世纪才被发现，这是为什么？
2.镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的，主要步骤如下：
（1）为了使MgSO4转化为Mg（OH）2，试剂①可以选用，要使MgSO4完全转化为沉淀，加入①的量应；
（2）加入试剂①后，能够分离得到Mg（OH）2沉淀的方法是；
（3）无水MgCl2在熔融状态下，如何得到单质镁？
。
（4）写出①、②两个过程中所发生的反应离子方程式：
。
3.金属铝、铁、银的冶炼常用什么方法？
为什么
4.废旧金属如报废的汽车、自行车、罐头盒等金属制品，是一种固体废弃物，随着工业的发展，人民生活水平的提高，城市中这种固体废弃物也造成了环境污染，如何处理这些废旧金属提出自己的解决方法。
5.下列叙述错误的是[]
A．炼铁时，还原剂CO将铁从铁矿中还原出来
B．活泼金属Na只能用电解法冶炼制出
C．汞的冶炼只能用还原剂法
D．铝的冶炼用还原剂法
6.自然界中的大多数金属以____态存在，少数不活泼金属能以____态存在。
在金属活动性顺序中，钾、钠、铝等金属一般常用____法提炼；位于氢以后的金属可用____法提炼；位于中部的金属一般可用____法提炼。
7.蒸馏的操作方法，可以用于分离[ ]
A．混合气体 B．悬浊液里的固体和液体
C．沸点不同互溶的液体 D．一切混合物
第一课时答案：
1发现的早金属化学性质不活泼，在自然界中以游离态形式存在，有的金属虽然以化合态存在但与碳在高温的条件下容易还原成金属，而一些活泼金属形成的化合物以电解熔融物的方法才能得到金属单质。
而这种冶炼金属的方法发现的较晚。
熔融
2
NaOH,过量
过滤
MgCl2====Mg+Cl2↑
Mg2++2OH=Mg（OH）2↓Mg（OH）2+2H+=Mg2++2H2O
3冶炼铝用电解法，冶炼铁用还原剂法，冶炼银用加热法，因金属的化学活动性不同，得电子能力不同，还原能力不同。
4略
5C
6化合，游离电解熔融物盐或氧化物，直接加热，热还原法
7C
第二课时
1.科学家研制的一种使沙漠变绿洲的新技术，即在沙漠中喷洒一定量的聚丙烯酸酯
COOR
（〔―CH2―CH―〕n）与水的混合物，使其与沙粒结合，形成既能阻止地下的盐分上升，又能拦截、蓄积雨水作用。
下列对聚丙烯酸酯的叙述中正确的是
1聚丙烯酸酯是由结构简式为CH2=CHCOOR的小分子聚合而成的
2聚丙烯酸酯没有固定的熔沸点
3聚丙烯酸酯能发生加成反应
4聚丙烯酸酯是纯净物
A.①② B. ①②③ C.①②③④ D.①④
2.煤高温干馏的产物中，可用作燃料的是[ ]
A．焦炭 B．煤焦油
C．焦炉气 D．粗氨水
3.石油分馏装置中温度计的水银球应放在[ ]
A．石油的反应液中 B．接近容器底
C．蒸馏烧瓶的支管口处 D．容器瓶口处
4.在试管中加入2mL新制溴水，然后加入2mL裂化汽油，萃取水中之溴，振荡后静置，上下层液体均接近无色，这一实验失败的原因是____。
5.石油是纯净物还是混合物？
它由哪些物质组成？
6.我们日常生活中经常遇到或用到的物质中，哪些属于石油化工产品？
7.下列石油加工的方法属于物理变化还是化学变化？
①减压分馏②裂化③重整④裂解
8.石油经过哪些化学变化可以制成我们日常生活中使用的食品袋？
9.干馏和分馏有何区别和联系？
第二课时答案：
1.B
2.AC
3.C
4.溴与裂化汽油中的不饱和烃发生加成反应
5.混合物。
各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物
6.液化石油气、汽油、煤油、柴油、沥青、各种塑料制品、蜡烛、合成纤维织物、合成橡胶制品等
7.物理变化：
减压分馏化学变化：
裂化、重整、裂解
8.食品袋主要化学成分是聚乙烯塑料。
将石油经高温裂解，从裂解气中得到乙烯，使乙烯在一定条件下发生聚合反应，可制成聚乙烯。
9.根据物质的沸点与压强的关系可知，压强越小，物质的沸点则越低。
对于重油等沸点范围较高的液体物质而言，常压下要使其沸腾，往往需要较高的温度，而这样的温度下，会有一些烃分子发生碳化或分解，所得的润滑油质量就不高（如易燃烧等）。
而对重油进行减压分馏，则可以使其中的各种馏分的沸点同时降低一定的程度，较好地发生分离而不发生碳化结焦或分解反应。
第三课时
1.酸雨形成的主要原因是（）
A.森林乱伐，破坏生态平衡B.工业上大量含S燃料燃烧
C.制H2SO4厂排出大量尾气D.汽车
2.下列有关污染的叙述，正确的是[]
A．酸雨主要是空气中的NO，经氧化与水反应生成HNO3所形成
B．破坏臭氧层的主要物质是氟氯烃等物质
C．温室效应主要是因空气中CO浓度增高造成的
D．发电厂排放大量的废热入河、海中，会使流径的水域溶氧量减少。
3.在我国中西部大开发中，某省为筹建一大型化工基地，征集到下列方案，其中你认为可行的是[]
A．建在中西部干旱山区可以脱贫致富
B．应建在水资源丰富和交通方便的远离城市的郊区
C．企业有权自主选择厂址
D．不宜建在人口稠密的居民区
4.阅读下文请回答
20世纪90年代初，国际上提出了“预防污染”这一新概念。
绿色化学是“预防污染”的根本手段，它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各环节都实现净化和无污染的反应途径。
下列各项属于“绿色化学”的是[]
A．处理废弃物B．治理污染点
B．减少有毒物D．杜绝污染源
第三课时答案
1B2BD3BD4D
十、本单元综合探究活动
1你家中有哪些金属物品？
它们的使用寿命如何？
失去使用价值的废旧金属制品是如何处理的？
2利用假日调查你所在的城镇，有关污水治理情况
3为防止大气污染，你所居住的地方，市政府采取了哪些环保措施
十一、本单元典型教学设计
化学2第四章化学与可持续发展
第一节开发利用金属矿物和海水资源
第一课时《金属矿物的开发利用》教学设计
（一）教材分析
教材以金属在自然界中的分布、存在形式、引出关于金属的冶炼知识。
在金属冶炼的三个步骤中，利用氧化还原反应原理，把金属矿石中的金属离子还原成金属单质这一步是最关键的步骤，也是化学所要重点研究的问题。
由于金属的化学活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，冶炼方法自然不同。
教材以金属活动性顺序为线索，以举例的方式，简介了三种冶炼金属的方法，即热分解法、热还原法和电解法。
热分解法适用金属活动性顺序中位于氢以后的金属；热还原法适用位于金属活动性顺序中部的金属；而对于钾、钠、钙、铝等活动金属，一般采用电解的方法制备。
由于生产条件的不同，同一种金属也可能有多种冶炼方法，但冶炼方法的总的趋势是，金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，越容易被还原，用一般的还原方法就能使金属还原；金属的位置越靠前，越难被还原，最活泼金属只能用最强的还原手段来还原。
教材的第二部分是金属的回收和资源保护的有关知识，这些知识的教学要求不高，主要是为了培养学生的环境意识和资源观念。
（二） 教学目标
1．认识金属冶炼的本质并归纳冶炼金属的基本方法
（三） 教学过程
【提问】生活中你觉得金属是如何存在的？
化合态？
游离态？
【学生回答】生活中的金属大多以化合态存在，如铁锈、铜绿等。
有的以游离态金属存在，如金等
【板书】
一金属矿物的开发利用
1金属在自然界中存在的形态
【提问】要把化合态的金属变成金属单质，使用什么方法？
【讲解】使用金属冶炼金属冶炼就是把化合态的金属元素转变为金属单质。
而化合态金属大多呈阳离子状态，所以冶炼金属的实质就是：
使金属阳离子获得电子，还原为金属原子的过程。
示意为：
Mn++ne→M
【思考】回忆初中学过的冶炼金属有哪些？
写出化学方程式，这些方法属于什么原理？
【小结】
（1）对活泼金属如K、Na、Ca、Mg、Al需用最强有力的还原手段——电解法。
（2）对较活泼金属如Zn、Fe、Sn、Pb、Cu、W可用还原剂法。
（3）对一些很不活泼的金属如Hg，用加热法即可。
【板书】
【练习】写出冶炼金属钠、铝、铁、汞的化学方程式。
【教师检查后板书】
【学生练习】
（1）写出以H2作还原剂由WO3制金属钨的化学方程式；
（2）写出以炭作还原剂还原CuO的化学方程式。
【讨论和思考】
①我国古代劳动人民最早发明了“水法炼铜”，是水法冶金的起源，在世界化学史上是一项重大贡献，早在西汉时期《淮南万毕术》里就有“曾青得铁，则化为铜”的记载，曾青可能是碳酸铜一类物质，把其溶于酸中得溶液，当把铁粉投入此液即可得铜，根据学过的化学知识，分析其原理，并写出化学方程式。
②早在人们使用铜铁之前，人们就使用黄金和白银作为饰物和货币；历史上的“青铜器时期”早于“铁器时期”而近百年才大量使用铝制品，这些历史事实与金属活泼性和冶炼的难易有什么联系？
【思考】
（1）为什么不同金属的冶炼方法不同？
冶炼金属的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。
由于不同的金属离子的电子的能力不同，所以冶炼的方法不同。
（2）为什么人类使用铁器比使用铜器晚？
金属使用的先后与金属冶炼的难易有关。
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