高中化學(xué)《開(kāi)發(fā)利用金屬礦物和海水資源》教案5 新人教版必修2

1、第一節(jié) 開(kāi)發(fā)利用金屬礦物和海水資源學(xué)習(xí)目標(biāo) 1了解化學(xué)方法在金屬礦物開(kāi)發(fā)（主要是金屬冶煉）及海水資源開(kāi)發(fā)中的作用。 2掌握金屬冶煉的一般原理基礎(chǔ)及不同金屬的冶煉方法。 3掌握從海水中提取鎂、鉀、溴、碘等化工產(chǎn)品原理及方法。4認(rèn)識(shí)到關(guān)心科學(xué)、研究科學(xué)和探索科學(xué)的精神。教學(xué)重難點(diǎn)：本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)：掌握金屬冶煉的一般原理基礎(chǔ)，了解適用于不同金屬的冶煉方法。了解海水資源開(kāi)發(fā)和利用。課時(shí)安排：兩課時(shí)教學(xué)過(guò)程：【引言】例. 第28屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)提供的資料顯示，海底蘊(yùn)藏著大量的天然氣水合物，俗稱“可燃冰”?！翱扇急笔且环N晶體，晶體中平均每46個(gè)水分子構(gòu)成8個(gè)籠，每個(gè)籠內(nèi)可容納1個(gè)CH4分子或1個(gè)游離的H2O

2、分子。若晶體中每8個(gè)籠有6個(gè)容納了CH4分子，另外2個(gè)籠被游離的H2O分子填充。則“可燃冰”的平均組成可表示為（ ）A. 3CH4·H2O B. CH4·3H2O C. CH4·6H2O D. CH4·8H2O解析：“可燃冰”是一種甲烷化合物，要推測(cè)“可燃冰”的平均組成，關(guān)鍵是要根據(jù)題目提供的信息推測(cè)“可燃冰”中甲烷分子與水分子的個(gè)數(shù)比。題目中所提到的“籠”，可使我們聯(lián)想到民間的“燈籠”，以8個(gè)“籠”為1個(gè)單元，每8個(gè)“籠”由46個(gè)水分子構(gòu)成，而其中又填充了6個(gè)CH4分子、2個(gè)H2O分子，所以CH4分子與H2O分子的個(gè)數(shù)比為6（462）18。所以，正確答

3、案是D。象“可燃冰”這樣，由兩種或兩種以上的分子依靠分子間作用力結(jié)合在一起的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體叫超分子。人們通常將化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行分類，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)及其發(fā)生化學(xué)變化的規(guī)律，認(rèn)識(shí)物質(zhì)在變化過(guò)程中表現(xiàn)出的性質(zhì)。所有這些都是人類利用自然資源、豐富物質(zhì)世界的重要科學(xué)依據(jù)。本節(jié)課我們主要以金屬礦物為例，一起認(rèn)識(shí)和體會(huì)化學(xué)在自然資源開(kāi)發(fā)和利用中的意義和作用。第一課時(shí) 金屬礦物的開(kāi)發(fā)和利用閱讀課本P80資料卡片自然資源與可持續(xù)發(fā)展廣義地講，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，以提高人類當(dāng)前和將來(lái)福利的自然環(huán)境因素和條件的總稱。可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)

4、是滿足人類需要，強(qiáng)調(diào)人類的行為要受到自然界的制約、強(qiáng)調(diào)代際之間、人類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。【新課】第一課時(shí) 金屬礦物的開(kāi)發(fā)和利用一、 金屬單質(zhì)在自然界中的存在形式少數(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。二、金屬的冶煉金屬冶煉是工業(yè)上將金屬?gòu)暮薪饘僭氐牡V石中還原出來(lái)的生產(chǎn)過(guò)程。金屬的活動(dòng)性不同，可以采用不同的冶煉方法?？?/p>

5、的說(shuō)來(lái)，金屬的性質(zhì)越穩(wěn)定，越容易將其從化合物中還原出來(lái)。金屬冶煉的方法主要有：（1）熱分解法對(duì)于不活潑金屬，可以直接用加熱分解的方法將金屬?gòu)钠浠衔镏羞€原出來(lái)，例如：2HgO2Hg+O22Ag2O4Ag+O2（2）熱還原法在金屬活動(dòng)性順序表中處于中間位置的金屬，通常是用還原劑（C、CO、H2、活潑金屬等）將金屬?gòu)钠浠衔镏羞€原出來(lái)，例如：Fe2O3+3CO 2Fe+CO2WO3+3H2 W+3H2OZnO+CZn+COMgO+C Mg(g)+CO(g) Fe+CuSO4=FeSO4+CuFe2O3+2Al 2Fe+Al2O3（鋁熱反應(yīng)）【演示實(shí)驗(yàn)】課本P81實(shí)驗(yàn)4-1 注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意安

6、全，反應(yīng)裝置應(yīng)遠(yuǎn)離易燃物；鋁粉要細(xì)（200目以上），最好用鋁銀粉（商業(yè)名稱）；預(yù)先擦去鎂帶的氧化膜，長(zhǎng)度約需10 cm（過(guò)短熱量不夠，影響實(shí)驗(yàn)效果?，F(xiàn)象：，鎂條劇烈燃燒，并發(fā)出耀眼的光芒。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，可以發(fā)現(xiàn)落下的是鐵珠。結(jié)論：Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3（鋁熱反應(yīng)）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：焊接鋼軌冶煉高熔點(diǎn)金屬（3）電解法非?；顫姷慕饘儆靡话愕倪€原劑很難將它們還原出來(lái)，通常采用電解熔融的金屬化合物的方法冶煉活潑金屬，例如：2NaCl（熔融） 2Na+Cl24NaOH（熔融） 4Na+O

7、2+2H2OMgCl2（熔融） Mg+Cl22Al2O3 4Al+3O2一些對(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：2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2（4）有些金屬可以利用氧氣從其硫化物中冶煉出來(lái)，例如：Cu2S+O2 2Cu+SO2結(jié)論：（學(xué)生總結(jié)）金屬活動(dòng)順序表中不同金屬冶煉方法的選擇電解法 熱還原法 熱分解法K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag 【思考】為什么人類使用鐵器比使用銅器晚？金屬使用的先后與金屬冶煉的難易有關(guān)。三、金屬提煉步驟：（1）礦石的富集、除雜；（2）冶煉；（3）精煉。礦產(chǎn)資源是大自然賦予

8、人類的寶貴財(cái)富，但并非取之不盡用之不竭，隨著人們的開(kāi)發(fā)利用，將會(huì)日漸減少，因此要加強(qiáng)金屬資源的回收和再利用，節(jié)約礦產(chǎn)資源。我國(guó)幅員遼闊，是世界上礦產(chǎn)資源比較豐富、礦產(chǎn)品種比較齊全的國(guó)家。我國(guó)礦產(chǎn)資源總值居世界第3位，但人均擁有量約為世界人均水平的。因此，我們更應(yīng)注意金屬的回收和資源的保護(hù)。課堂練習(xí)1 冶煉金屬一般有下列四種方法：焦炭法，水煤氣（或H2或CO）法，活潑金屬置換法，電解法。四種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用。古代有（）火燒孔雀石法煉銅，（）濕法煉銅，現(xiàn)代有（）鋁熱法煉鉻，（）從光鹵石（KClMgCl26H2O）中煉鎂，對(duì)它們的冶煉方法分析不正確的是（ ）A（）用B（）用C（）用D（）用解析：

9、（）（）（）（）發(fā)生的反應(yīng)分別是：（） 符合（） 符合（） 符合（）先從光鹵石中提取MgCl2，再電解MgCl2， 符合答案：B課堂練習(xí)2工業(yè)上用鋁土礦（主要成分是Al2O3）生產(chǎn)鋁的過(guò)程，可用簡(jiǎn)單示意圖表示如下（圖中字母代表有關(guān)物質(zhì)的分子式）寫(xiě)出反應(yīng)的方程式。答案：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O2NaAlO2+CO2+3H2O=2Al(OH)3+Na2CO3Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH2Al(OH)3Al2O3+3H2O【作業(yè)】課本P85全部習(xí)題【新課】第二課時(shí) 海水資源的開(kāi)發(fā)利用一、海水淡化海洋水資源：海水中水的儲(chǔ)量約為1.3×109億噸，

10、約占全球總水量的97。海水中水資源的利用，主要包括海水的淡化和直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻。通過(guò)從海水中提取淡水或從海水中把鹽分離出去，都可以達(dá)到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。二、海水中的化學(xué)資源 由于與巖石、大氣、生物的相互作用，海水中溶解和懸浮有大量的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物，按含量計(jì)，水中的H、O兩種元素，加上Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr等11種超過(guò)總量的99%，其他為微量元素，總計(jì)含有80多種元素。 海洋有取之不盡的化學(xué)資源。海洋資源中，利用潛力最大的是海水中的化學(xué)資源。目前，在陸地上發(fā)現(xiàn)的多種化學(xué)元素，在海水中已找到多種，其中多種可供

11、提取。如，氯化鈉（即食鹽）有億億噸，鎂約有萬(wàn)億噸，鉀有萬(wàn)億噸，溴約有萬(wàn)億噸，核燃料約億噸億噸。1海水中含有的各種元素的特點(diǎn)：種類多，總儲(chǔ)量大，富集程度低。因此，從海水中提取物質(zhì)需要解決物質(zhì)的富集的問(wèn)題。2從海水中提取物質(zhì)的方法從海水中提取食鹽的主要工藝流程從海水中制取鹽的方法主要有：鹽田法、電滲析法和冷凍法。其中鹽田法歷史最悠久，而且也是最簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)有效的方法，現(xiàn)在還在廣泛采用。鹽田法又叫灘曬法，鹽田建在海灘邊，借用海灘逐漸升高的坡度，開(kāi)出一片片象扶梯一樣的池子。利用漲潮或用風(fēng)車和泵抽取海水到池內(nèi)。海水流過(guò)幾個(gè)池子，隨著風(fēng)吹日曬，水份不斷蒸發(fā)，海水中的鹽濃度愈來(lái)愈高，最后讓濃鹽水進(jìn)入結(jié)晶池，繼

12、續(xù)蒸發(fā)，直到析出食鹽晶體。我國(guó)是世界上最大的產(chǎn)鹽國(guó)，年產(chǎn)鹽量近2000萬(wàn)噸，占世界食鹽產(chǎn)量的80%。從海水中提取鎂的主要工藝流程 鎂是一種用途很廣的金屬材料，目前世界上60%的鎂從海水中提取。主要步驟如下：（1）為了使MgCl2轉(zhuǎn)化為Mg（OH）2，試劑可以選用              ，要使MgCl2完全轉(zhuǎn)化為沉淀，加入試劑的量應(yīng)           &

13、#160;   ，驗(yàn)證MgCl2已完全轉(zhuǎn)化為Mg（OH）2的方法是                                      。（2）加入試劑，能夠分離得到Mg（OH）2沉淀的方法是 

14、                  。（3）試劑可以選用                   。（4）無(wú)水MgCl2在熔融狀態(tài)下，通電后會(huì)產(chǎn)生Mg和Cl2，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式      

15、                                。答案. （1）NaOH過(guò)量  取上層清夜，滴入NaOH溶液，不產(chǎn)生沉淀    （2）過(guò)濾    （3）HCl   （4）Mg

16、Cl2Mg+Cl2從海水中提取溴的主要工藝流程用蒸餾法將海水濃縮。用硫酸將濃縮的海水酸化。向酸化的海水中通入適量的氯氣，使溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)：2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸汽，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)以達(dá)到富集的目的：Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4向吸收塔內(nèi)的溶液中通入適量的氯氣：2HBr+Cl2=2HCl+Br2用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔內(nèi)的溶液中的溴單質(zhì)。從海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)【演示實(shí)驗(yàn)】課本P83實(shí)驗(yàn)4-2反應(yīng)原理：海帶中的碘元素主要以I-的形式存在，提取時(shí)用適當(dāng)?shù)难趸瘎⑵溲趸蒊2，再萃取出來(lái)。 用H2O2做氧化

17、劑，反應(yīng)的離子方程式是：2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O提取流程含碘單質(zhì)的有機(jī)溶液含碘單質(zhì)的溶液試劑殘?jiān)庠氐娜芤鹤茻芙猓^(guò)濾海帶灰實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)海帶不要用水洗，以免洗去海帶中的碘；用干海帶從而易于燃燒；灼燒海帶的地方要注意通風(fēng)。3海水綜合利用聯(lián)合工業(yè)體系一例（如下圖）（投影展示）三、 海水資源的開(kāi)發(fā)利用簡(jiǎn)述（1）從海水中提取淡水海水淡化（2）海水制鹽（3）從海水中提取鎂、鉀、溴、碘等化工產(chǎn)品（4）從海水中獲取鈾和重水作為核能開(kāi)發(fā)的重要原料（5）從海水中獲取其他物質(zhì)和能量 課堂練習(xí)1 海水的綜合利用可以制備金屬鎂，其流程如下圖所示：（1）若在空氣中加熱MgCl2·6H2O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，寫(xiě)出相應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式 。用電解法制取金屬鎂時(shí)，需要無(wú)水氯化鎂。在干燥的HCl氣流中加熱MgCl2·6H2O時(shí)，能得到無(wú)水MgCl2，其原因是 。（2）Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2應(yīng)怎樣除去？寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟。 .（3）實(shí)驗(yàn)室里將粗鹽制成精鹽的過(guò)程中，在溶解、過(guò)濾、蒸發(fā)三個(gè)步驟的操作中都要用到玻璃棒，分別說(shuō)明在這三種情況下使用玻璃棒的目的；溶解時(shí)： 。過(guò)濾時(shí)： 。蒸發(fā)時(shí)： 。(4)獲得HCl的反應(yīng)為2CH4+O2+4Cl2=2CO+8HCl(不考慮其他反應(yīng))。事實(shí)上，生產(chǎn)中HCl一直在循環(huán)使用。試從理論上分析是否需要補(bǔ)充HCl