《第一节 自然自然的合理开发与利用》第1课时教案【高中化学】

7/7第一节自然资源的合理开发与利用第1课时一、教学目标1.通过金属冶炼原理的学习和冶炼方法的归纳，理解氧化还原反应在金属矿物开发中的应用，构建金属冶炼的思维模型。2.通过对铝的冶炼成本的计算，认识合理开发和利用金属资源的重要性和必要性。二、教学重难点重点：金属的冶炼原理。难点：金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系。三、教学准备教学PPT及相关视频。四、教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图环节一创设情境，引入新课【展示】展示图片。【讲述】根据初中所学的知识，我们知道了金属在自然界中以游离态和化合态形式存在，如金和银在自然界中大多数以游离态存在，而一些活泼金属以化合态存在，如黄铜矿和辉铜矿中都存在含有铜。【提问】那么问题来了，我们如何从金属矿物中提炼金属呢？又依据什么原理呢？【过渡】这一节我们就一起来探讨如何从金属矿物中提取纯金属。思考并回答问题：与金属活动性顺序有关。利用金属存在形式，创设情境激发学生的学习兴趣，使学生产生强烈的求知欲。环节二新课讲解任务1：金属的冶炼【展示】展示图片。【讲述】我国在5000多年前就开始使用青铜器，在3000多年前就开始使用铜器，在20世纪才开始使用铝型材。【提问】同学们是否思考过，为什么会是这种顺序呢？【总结】刚才同学们回答了金属的使用先后顺序与金属活动性顺序有关。【讲述】冶炼金属的依据是用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成原子，主要会历经三个步骤：矿石富集→金属冶炼→精炼。具体每一步的操作如下：矿石富集：除去杂质，提高矿石中有用成分含量。冶炼：利用氧化还原反应，在一定条件下，把金属离子还原成金属原子。精炼：采用一定方法，提炼金属。【提问】金属离子得电子的能力是否相同？与什么有关呢？【讲述】将金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料，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，金属离子得电子还原成金属原子的能力也不同，因此对于不同活泼性的金属离子必须采取不同的还原方法进行冶炼。【展示】展示PPT第5页。【讲述】在金属活动性顺序中，一些排在氢后面的金属，如Hg、Ag等，其阳离子得电子能力强，所以还原的条件比较容易达到。如Hg、Ag的氧化物受热分解就能得到单质。【过渡】那对于活泼的金属如何冶炼呢？【布置任务】请同学们阅读课本自己进行总结。【交流讨论】现在老师请一名同学进行回答。【展示】展示PPT第7页。【总结】而位于金属活动性前面的金属，如钾、钠、镁、铝等金属，它们的还原性很强，很容易失去电子，则其对应的金属阳离子氧化性很弱，很难得到电子。一般的还原剂无法把它们的阳离子还原出来。通常使用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。【提示】熔融的冰晶石能溶解氧化铝,由于氧化铝熔点很高,所以用冰晶石作助熔剂。使得氧化铝熔化。【提问】那现在问题来了，为什么工业上冶炼铝的时候用氧化铝而不用氯化铝？而工业上冶炼镁时用氯化镁而不用氧化镁呢？【总结】工业上冶炼Al时用Al2O3，因为AlCl3为共价化合物，熔融态不能电离。而氧化铝是离子化合物。通电后在阳极得到氧气，在阴极得到铝。工业上冶炼Mg时用MgCl2，因为MgO的熔点很高，耗能太大。【展示】展示PPT第8页。【讲述】对于大多数金属，如位于金属活动性顺序表中间一段的金属，它们所对应的离子，得电子能力较强，其化合物又不能通过受热分解得到金属单质，必须使用还原剂还原金属阳离子，常见的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气，一些活泼金属也能做还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。【布置任务】写出用一氧化碳还原氧化铁、用氢气还原氧化铜的化学方程式。【讲述】一些活泼金属也可作还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。例如之前我们学习过的湿法炼铜。今天我们再来学习一种新的反应—铝热反应。这是利用铝热反应冶炼铁的化学方程式。【过渡】那什么是铝热反应呢？我们通过一个实验来展示一下。【展示】播放PPT第11页。【讲述】铝热反应的原理是利用铝的强还原性，在高温条件下将某些金属从其氧化物（如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等）中还原出来。铝热反应是一个放热的反应，其中镁条为引燃剂，氯酸钾作为助燃剂。镁条可以在空气中燃烧，氧气是氧化剂。但插入混合物中的部分镁条燃烧时，氯酸钾则是氧化剂，以保证镁条继续燃烧，放出足够的热量引发金属氧化物和铝粉的反应。【展示】展示PPT第12页。【讲述】铝热反应在实际生活中常被用作焊接铁轨。这是利用铝热反应焊接铁轨的步骤。感兴趣的同学可以上网查阅视频，了解具体的操作过程。【展示】展示PPT第14页。【总结】金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属离子得到电子被还原为金属单质的过程。从金属矿物中提取金属的思路为：金属的活泼性与对应离子得失电子能力的关系为：金属越活泼，其对应离子越难得电子，越难被还原为单质。【布置任务】现在请同学们根据刚才所学知识完成金属冶炼的一般规律的表格。【展示】展示金属使用年限。【讲述】现在我们回到课程刚开始的问题，这是几种常见金属使用年份图，通过这张图，我们发现金属的使用与金属的活泼性有关，金属越活泼，冶炼难度越大，发现得通常越晚。倾听、理解、思考。倾听、理解。倾听、理解。阅读课本进行回答。思考并回答问题。倾听、理解。写出化学方程式。观看视频。倾听并理解。倾听并理解。倾听理解。以金属活动性顺序为驱动问题，引起下文，并进行讲解。通过讲述让学生明确从金属矿石中提炼金属的一般步骤。帮助学生从氧化还原角度归纳总结从金属矿物中提取金属的转化思路。培养学生阅读能力和总结能力。培养学生根据所学知识解决问题的能力。帮助学生从氧化还原角度归纳总结从金属矿物中提取金属的转化思路。探测学生已有知识，同时培养学生书写化学方程式能力。通过视频和讲解让学生了解铝热反应的步骤及反应的。让学生明确铝热反应的应用，彰显化学学科的价值。帮助学生梳理金属利用先后顺序与金属活泼性的关系。任务2：合理开发利用金属矿物【讲述】地球上的金属矿物是有限的，且分布不均。人类通过金属的冶炼，每年从自然界中提取数以亿吨计的金属。这个过程中会消耗很多能量也会污染环境。金属腐蚀的现象也普遍存在，也会造成大量的损失，因此，合理开发和利用金属资源显得尤为重要。【交流讨论】计算表明，生产1mol铝消耗的电能至少为1.8×106J，回收铝制饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比，前者的能耗仅为后者的3%~5%。通过对上述数据的分析和比较，结合图，你想到了什么？请将你的想法与同学交流。【总结】通过刚才同学们的讨论，我们得出了以下结论：1.铝质饮料罐的回收再利用，可以节约大量的铝土矿资源，使铝土矿得到有效利用。2.废旧金属资源的再生利用肩负着提供新资源、改善环境和保护人类生存等任务，是一项功在当代、利在千秋的社会性公益事业。【提问】那是否还有其他保护金属资源的方法吗？请同学们交流讨论回答。【总结】（1）开发环保高效的冶炼方法；（2）防止金属腐蚀；（3）加强废旧金属回收；（4）寻找金属替代品。交流讨论。思考回答问题。通过让学生交流讨论，培养学生形成绿色化学观念和可持续发展意识。使学生树立珍惜资源、爱护环境，合理使用化学物质的观念。环节三拓展延伸【展示】我国古代璀璨的文明阅读PPT，写出化学方程式。让学生从化学的视角了解我国古代璀璨的文明，体会文献研究的意义和价值。随堂作业PPT展示做题通过习题巩固本节所学知识。环节四课堂小结展示PPT24页。倾听并理解。帮助学生梳理本节知识，便于学生记忆。五、板书设计第一节自然的合理开发与利用第1课时金属的冶炼金属活动性顺序KCaNaMgAl)ZnFeSnPb(H)