§4-1開發(fā)利用金屬礦物和海水資源正式教（學(xué)）案

./第四章化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展第一節(jié)開發(fā)利用金屬資源和海水資源[三維目標(biāo)]〔一知識(shí)與技能：1、了解金屬冶煉的一般原理。2、解金屬回收的重要意義,樹立資源保護(hù)意識(shí)。〔二過(guò)程與方法：1、自主學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力2、活動(dòng)探究,通過(guò)了解金屬資源的開發(fā),金屬冶煉,人類冶煉和使用金屬的歷史,金屬資源的回收和再利用,海洋資源的類型,海水資源的開發(fā)及利用現(xiàn)狀,培養(yǎng)學(xué)生歸納能力、比較能力?！踩楦袘B(tài)度價(jià)值觀：1、幫助學(xué)生樹立節(jié)約資源,愛(ài)護(hù)環(huán)境、變廢為寶等意識(shí)2、通過(guò)金屬礦物及海水資源的開發(fā)與利用兩個(gè)專題,使學(xué)生熱愛(ài)自然,熱愛(ài)化學(xué)。[重點(diǎn)與難點(diǎn)]教學(xué)重點(diǎn)：了解化學(xué)方法在金屬礦物開發(fā)〔主要是金屬冶煉及海水資源開發(fā)中的作用。教學(xué)難點(diǎn)：學(xué)生在掌握金屬冶煉的一般原理基礎(chǔ)上,了解適用于不同金屬的冶煉方法。[教學(xué)方法]利用圖片、錄像、多媒體課件,討論、歸納。[教學(xué)過(guò)程][板書]第一節(jié)開發(fā)利用金屬資源和海水資源〔第1課時(shí)[設(shè)疑導(dǎo)入]現(xiàn)在各種報(bào)刊媒體頻繁出現(xiàn)"可持續(xù)發(fā)展"一詞,有那位同學(xué)解釋一下？[學(xué)生閱讀]資料卡片：自然資源與可持續(xù)發(fā)展。增加資料：我國(guó)21世紀(jì)初可持續(xù)發(fā)展的總體目標(biāo)是：可持續(xù)發(fā)展能力不斷增強(qiáng),經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得顯著成效,人口總量得到有效控制,生態(tài)環(huán)境明顯改善,資源利用率顯著提高,促進(jìn)人與自然的和諧,推動(dòng)整個(gè)社會(huì)走上生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路。[講解]人們通常將數(shù)以萬(wàn)計(jì)的化學(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)及其化學(xué)變化規(guī)律,認(rèn)識(shí)物質(zhì)在變化過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì),所有這些都是人類利用自然資源、豐富物質(zhì)世界的重要依據(jù)。下面我們主要以金屬礦物和海水資源的綜合利用為例,一起認(rèn)識(shí)體會(huì)化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義合作用。

[板書]一、金屬礦物的開發(fā)利用[講解]除了金、鉑等少數(shù)金屬外,絕大多數(shù)金屬都以化合物形式存在于自然界?；瘜W(xué)要研究如何合理、高效的利用這些金屬礦石,將其中的金屬?gòu)幕衔镏羞€原出來(lái)用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料,這一過(guò)程在工業(yè)上稱為金屬的冶煉。由于金屬的活動(dòng)性不同,可以必須采用不同的冶煉方法。[板書]1．熱分解法[講解]有些不活潑金屬僅用熱分解法就能制得。在金屬活動(dòng)性順序中,位于氫后面的金屬的氧化物受熱就能分解。[板書]2HgO2Hg+O2↑2Ag2O4Ag+O2↑[板書]2．熱還原法[講解]多數(shù)金屬〔活動(dòng)性介于鎂和銅之間的金屬的冶煉過(guò)程屬于熱還原法。常用的還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣和活潑金屬等。[板書]Fe2O3+3CO2Fe+CO2↑WO3+3H2W+3H2OZnO+CZn+CO↑MgO+CMg<g>+CO<g>Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3〔鋁熱反應(yīng)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu[板書]3．電解法[講解]在金屬活動(dòng)性順序中,鉀、鈉、鈣、鋁等幾種金屬的還原性很強(qiáng),這些金屬都很容易失去電子,因此不能用一般的方法和還原劑使其從化合物中還原出來(lái),而只能用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來(lái)冶煉。[板書]2NaCl〔熔融2Na+Cl2↑4NaOH〔熔融4Na+O2+2H2OMgCl2〔熔融Mg+Cl2↑2Al2O34Al+3O2↑[板書]4、鋁熱反應(yīng)：Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3〔鋁熱反應(yīng)[實(shí)驗(yàn)4-1]鋁熱反應(yīng)〔演示：[強(qiáng)調(diào)]操作要點(diǎn)：用兩圓形濾紙分別折疊成漏斗狀,套在一起,使四周都有四層。把層漏斗取出,在底部剪一個(gè)孔,用水潤(rùn)濕,再跟另一紙漏斗套在一起,架在鐵圈上〔如上圖,下面放置盛沙的蒸發(fā)皿。把5g炒干的氧化鐵粉未和2g鋁粉混合均勻,放在紙漏斗中,上面加少量氯酸鉀并在混合物中間插一根鎂條,用小木條點(diǎn)燃鎂條。觀察發(fā)生的現(xiàn)象。[學(xué)生活動(dòng)]實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鎂條劇烈燃燒,放出一定的熱量,使氧化鐵粉未和鋁粉在較高溫度下發(fā)生劇烈的反應(yīng)。反應(yīng)放出大量的熱,并發(fā)出耀眼的光芒。我們還可以看到,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,用磁鐵吸引,可以發(fā)現(xiàn)落下的是鐵珠。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+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑[板書]5、有些金屬可以利用氧氣從其硫化物中冶煉出來(lái),例如：Cu2S+O22Cu+SO2[學(xué)生閱讀]表4-1；常見(jiàn)金屬的冶煉原理。[小結(jié)]不同金屬冶煉方法的選擇[講解]地球上的金屬礦物資源是有限的,我們必須學(xué)會(huì)合理開發(fā)和利用這些礦物資源。[學(xué)生分組討論]有效的使用金屬產(chǎn)品、材料,主要途徑。[講解]提高金屬礦物的利用率,減少金屬的使用量,加強(qiáng)金屬的回收和利用,用其它材料代替金屬材料等。[投影]海低多金屬結(jié)核礦石：[思考與交流]如何開發(fā)這些海底資源？[小結(jié)]略.[課堂練習(xí)]1．我國(guó)是世界文明發(fā)達(dá)最早的國(guó)家之一,勞動(dòng)人民掌握冶鐵技術(shù)的最早年代是A、春秋晚期B、商代C、南宋時(shí)期D、清朝2．用氫氣作還原劑和用金屬作還原劑相比,所得金屬的純度的說(shuō)確的是A、用氫氣的高B、用金屬的高C、二者相同D、無(wú)法比較3．用鋁熱反應(yīng)冶煉出的金屬的狀態(tài)是A、固態(tài)B、氣態(tài)C、液態(tài)D、三種狀態(tài)都有可能4．鋁能用于冶煉難熔的金屬〔如鐵、釩、錳等,這是因?yàn)殇X具有A、兩性B、導(dǎo)電性好C、熔點(diǎn)低D、還原性,在冶煉反應(yīng)中放出大量的熱5．不能用熱分解法制得的金屬是A、鐵B、銀C、鎂D、汞6．古代的"藥金"外觀與金相似,常被人誤以為是金子。冶煉方法如下：將碳酸鋅、赤銅〔Cu2O、木炭混合加熱至800℃,得金光閃閃的藥金。試分析以下問(wèn)題：藥金的主要成分是_____〔用化學(xué)式表示。冶煉過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)方程式為_____。[參考答案]1、A2、A3、C4、D5、AC6．〔1Cu-Zn?！?C+2Cu2O4Cu+CO2↑,C+2ZnO2Zn+CO2↑。[作業(yè)]p931、2、4[板書計(jì)劃]一、金屬礦物的開發(fā)利用1．熱分解法2HgO2Hg+O2↑2Ag2O4Ag+O2↑2．熱還原法3．電解法Fe2O3+3CO2Fe+CO2↑WO3+3H2W+3H2OZnO+CZn+CO↑MgO+CMg<g>+CO<g>Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3〔鋁熱反應(yīng)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu4、鋁熱反應(yīng)〔熱還原：Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3〔鋁熱反應(yīng)第一節(jié)開發(fā)利用金屬資源和海水資源第二課時(shí)[導(dǎo)入]海洋是生命的搖籃,海水不僅是寶貴的水資源,而且蘊(yùn)藏著豐富的化學(xué)資源。加強(qiáng)對(duì)海水〔包括苦咸水,下同資源的開發(fā)利用,是解決沿海和西部苦咸水地區(qū)淡水危機(jī)和資源短缺問(wèn)題的重要措施,是實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要保證。[板書]二、海水資源的開發(fā)和利用[講解]海洋占地球表面的71%,總面積約3.6億平方千米。海水資源的利用。主要包括海水淡化和直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻等。[資料投影]海水淡化：是指從海水中獲取淡水的技術(shù)和過(guò)程。海水淡化方法在20世紀(jì)30年代主要是采用多效蒸發(fā)法；20世紀(jì)50年代至20世紀(jì)80年代中期主要是多級(jí)閃蒸法〔MSF,至今利用該方法淡化水量仍占相當(dāng)大的比重；20世紀(jì)50年代中期的電滲析法〔ED、20世紀(jì)70年代的反滲透法〔RO和低溫多效蒸發(fā)法〔LT-MED逐步發(fā)展起來(lái),特別是反滲透法<RO>海水淡化已成為目前發(fā)展速度最快的技術(shù)。海水循環(huán)冷卻技術(shù)始于20世紀(jì)70年代,在美國(guó)等國(guó)家已大規(guī)模應(yīng)用,是海水冷卻技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。我國(guó)經(jīng)過(guò)"八五""九五"科技攻關(guān),完成了百噸級(jí)工業(yè)化試驗(yàn),在海水緩蝕劑、阻垢分散劑、菌藻殺生劑和海水冷卻塔等關(guān)鍵技術(shù)上取得重大突破。"十五"期間,通過(guò)實(shí)施國(guó)家重大科技攻關(guān)項(xiàng)目,正在建立千噸級(jí)和萬(wàn)噸級(jí)海水循環(huán)冷卻示工程。[板書]1、海水淡化、海水循環(huán)冷卻。[投影]海水蒸餾原理示意圖：[資料投影]蒸餾法海水淡化技術(shù)研究已有幾十年的歷史。大港電廠引進(jìn)兩臺(tái)3000立方米/日多級(jí)閃蒸海水淡化裝置,于1990年運(yùn)轉(zhuǎn)至今,積累了大量寶貴經(jīng)驗(yàn)。低溫多效蒸餾海水淡化技術(shù)經(jīng)過(guò)"九五"科技攻關(guān),作為"十五"國(guó)家重大科技攻關(guān)項(xiàng)目正在建立3000噸/日的示工程。[投影]太陽(yáng)能蒸發(fā)海水示意圖：[資料投影]海洋是一個(gè)"藍(lán)色的寶庫(kù)"。據(jù)估算,如果把整個(gè)地球上的海水加以提煉,可得到550萬(wàn)噸黃金、4億噸、40億噸銅、137億噸鐵、41億噸錫、27億噸鋇、70億噸鋅、137億噸鉬和137億噸鋁。可以說(shuō),地球陸地上有的,海洋里都有,而且有許多是陸地上蘊(yùn)藏不多,而又難于提取的稀有元素,如鍶、鈾、銣、鋰、鋇等。這些化學(xué)元素都是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防上的重要資源?，F(xiàn)在已在海底勘探和開發(fā)的礦產(chǎn)有：天然氣、石油、煤、銅、鐵、硫、砂、錳等數(shù)十種。估計(jì)海底石油可開采儲(chǔ)量達(dá)一千多億噸。在海水所含的各種化學(xué)元素及礦物中,數(shù)量最大的是食鹽,即氯化鈉。據(jù)計(jì)算,1立方千米海水中,含有近3千多萬(wàn)噸氯化鈉。現(xiàn)在,全世界每年生產(chǎn)海鹽1億噸。如果按照這個(gè)數(shù)字消費(fèi),海洋里的鹽可用5億年!近年來(lái),從海水里直接提取鎂、鈾、碘、溴都取得成功。鎂是制造飛機(jī)、輪船、汽車的重要材料,海水中鎂含量可用一千萬(wàn)年以上。溴在陸地上比較少見(jiàn),絕大部分都儲(chǔ)藏在海洋里。[講解]我國(guó)海水綜合利用技術(shù)日臻成熟,海水制鹽是我國(guó)從海水中提取化學(xué)資源最早的產(chǎn)業(yè),此外,氣態(tài)膜法提溴、海水提鉀、海水鎂鹽晶提取等都取得了階段性進(jìn)展,突破了關(guān)鍵技術(shù),尤其是海水提取磷酸二氫鉀、碳酸鉀、硝酸鉀三元復(fù)以及人工合成鉀高效吸附劑的研究工作進(jìn)展順利,為我國(guó)開辟新的優(yōu)質(zhì)無(wú)氯鉀肥來(lái)源,打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。[科學(xué)探究]1、如何將海水中的溴離子變成溴單質(zhì)？并設(shè)計(jì)方案。2、如何證明海帶中有碘離子？[板書]2、海水中提取溴和碘。[小組探討]老師參與并引導(dǎo)。[實(shí)驗(yàn)4-2]海帶成分中碘的檢驗(yàn),按課本要求做實(shí)驗(yàn)。[展示]優(yōu)秀探究方案：海帶成分中碘的檢驗(yàn)〔見(jiàn)教案后資料。[例題]海水提溴的過(guò)程是：提取NaCl后的濃縮鹵水中,通入過(guò)量Cl2反應(yīng)后,用空氣吹出溴蒸氣,用熱堿液吸收后,再加入H2SO4酸化,經(jīng)蒸餾可得液溴。<1>濃縮鹵水入Cl2的離子反應(yīng)為。<2>用空氣吹出Br2并用熱堿液吸收的目的和化學(xué)反應(yīng)是。<3>用H2SO4酸化的原理是。<4>生產(chǎn)所用Cl2、NaOH的主要來(lái)源是。[講解]<1>濃縮鹵水中含有低濃度NaBr,通入Cl2時(shí)發(fā)生的離子反應(yīng)是：Cl2＋2Br-＝Br2＋2Cl—<2>通過(guò)上面置換反應(yīng)得到的Br2的濃度很低,難以收集,用空氣吹出Br2后用熱堿液吸收,使溴得到富集,這個(gè)反應(yīng)的離子方程式是：3Br2＋6OH—=5Br-＋BrO3—＋3H2O<3>在H2SO4酸性下,Br-與BrO3-間發(fā)生氧化還原反應(yīng),重新生成Br2<高濃度>5Br-＋BrO3—＋6H+＝3Br2＋3H2O經(jīng)蒸餾可得液溴。<4>生產(chǎn)所用Cl2和NaOH可由電解飽和食鹽水制得。這個(gè)電化學(xué)反應(yīng)方程式是：[講解]在工業(yè)中,海水提溴可以與其他生產(chǎn)過(guò)程結(jié)合起來(lái),如利用在電廠冷卻的循環(huán)海水,將海水淡化的副產(chǎn)物冷卻等,以提高經(jīng)濟(jì)效益。[投影]根據(jù)圖4-5講解海水綜合利用。[學(xué)生閱讀]海水的其他應(yīng)用[板書]3、海水的其他應(yīng)用：提取鈾和重水、開發(fā)海洋藥物、利用潮汐能、波浪能等。[學(xué)生自學(xué)]科學(xué)視野-自然資源的開源與節(jié)流。[匯報(bào)]感想。[課堂練習(xí)]1.水資源非常重要聯(lián)合國(guó)確定20XX為國(guó)際淡水年,下列關(guān)于水的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是：A．蒸餾是海水淡化的方法之一B．淡水的密度小于海水的密度C．融化的雪水中礦物含量比深井水中的少D．0℃以上,溫度越高,水的密度越小2．海洋占地球表面積的3/4,它能對(duì)地球生態(tài)環(huán)境起調(diào)節(jié)作用,同時(shí)也蘊(yùn)藏著豐富的物質(zhì)資源?！?據(jù)測(cè)算,地球上的氧氣90%來(lái)自于藻類植物的光合作用,而環(huán)境污染的加劇,使海洋表層的浮游植物大量死亡,從而進(jìn)一步加劇溫室效應(yīng),這是由于大量浮游植物的死亡會(huì)使大氣中的增加所致?！?我國(guó)首創(chuàng)的鋁、空氣、海水電池為能源的新型海水標(biāo)志燈已研制成功。這種燈以海水為電解質(zhì),靠空氣中的氧使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。上述新型電池為負(fù)極。 參考答案：1、C2、〔1CO2〔2Al[小結(jié)]略[作業(yè)]P933[板書計(jì)劃]二、海水資源的開發(fā)和利用1、海水淡化、海水循環(huán)冷卻。2、海水中提取溴和碘。3、海水的其他應(yīng)用：提取鈾和重水、開發(fā)海洋藥物、利用潮汐能、波浪能等。[附優(yōu)秀探究實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)]海帶成分中碘的檢驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)儀器燒杯、試管、坩堝、坩堝鉗、鐵架臺(tái)、三角架、泥三角、玻璃棒、酒精燈、量桶、膠頭滴管、刷子、漏斗、濾紙、火柴、剪刀二、實(shí)驗(yàn)藥品干海帶、過(guò)氧化氫溶液〔H2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%、稀硫酸溶液〔3mol/L、NaOH溶液、酒精、淀粉溶液〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、CCl4、食用碘鹽、硝酸銀溶液、稀硝酸三、實(shí)驗(yàn)步驟取10g食用干海帶,用刷子把干海帶表面附著物刷凈,不要用水洗。將海帶剪碎,用酒精潤(rùn)濕放入瓷坩堝中,把坩堝置于泥三角上。2用酒精燈灼燒盛有海帶的坩堝,至海帶完全燒成炭黑色灰后,停止加熱,自然冷卻。3.將坩堝海帶灰放至小燒杯中,再加入15mL蒸餾水,不斷攪拌,煮沸4min～5min,使可溶物溶解,10分鐘后過(guò)濾。4.將濾液分成四份放入試管中,并標(biāo)為1、2、3、4號(hào)。在1號(hào)試管中滴入6滴稀硫酸后,再加入約3mLH2O2溶液,觀察現(xiàn)象。滴入1%淀粉液1—2滴,觀察現(xiàn)象。5.在2號(hào)試管中加入2mL新制的飽和氯水,振蕩溶液,觀察現(xiàn)象。2分鐘后把加入氯水的溶液分成兩份。其中甲中再滴入1%淀粉液1—2滴,觀察現(xiàn)象。乙溶液中加入2mLCCl4,振蕩萃取,靜置2分鐘后觀察現(xiàn)象。6.向加有CCl4的溶液的試管中加入NaOH溶液10mL,充分振蕩后,將混合溶液倒入指定的容器中。加入氫氧化鈉目的是吸收溶解在CCl4中的碘單質(zhì),把剩余溶液倒入指定容器防止污染環(huán)境。7.在3號(hào)試管中加入食用碘鹽3g,振蕩使之充分溶解后滴入6滴稀硫酸。在滴入1%淀粉液1—2滴,觀察現(xiàn)象。8.在4號(hào)試管中加入硝酸銀溶液,振蕩,再加入稀硝酸溶液。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。9.取用三種不同產(chǎn)地的海帶產(chǎn)品重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。[實(shí)驗(yàn)討論]1、實(shí)驗(yàn)前為什么要用刷子而不能用水洗食用干海帶？2、為什么要用新制氯水與濾液反應(yīng)？加入氯水多了為什么不行？3、為什么要向2號(hào)乙