金属矿物的开发利用—教案

第四章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【教学目标】知识目标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2、掌握金属冶炼的原理和方法3、掌握铝热反应及其应用能力目标学生通过对金属冶炼原理的学习，能够提高归纳、总结、比较的能力。情感目标帮助学生树立节约资源、爱护环境、变废为宝的意识。利用金属矿物开发利用这个专题，学生更热爱自然，热爱化学。【教学重点、难点】重点:了解化学方法在金属冶炼方面的作用，并了解铝热反应的基本原理难点：在掌握了金属冶炼的一般原理基础上，了解使用于不同金属的冶炼方法【课时安排】一课时【教学方法】实验以及ppt演示，以师生互动的形式讲授【教学器材】多媒体、铁架台、火柴、蒸发皿、湿沙、坩埚钳、滤纸、自来水、铝粉、三氧化铁粉末、氯酸钾、镁条、【教学过程】导入：观看PPT图片，了解古代的金属开发与利用，过渡到现代金属的开发利用。引出本堂课的内容：讲解并质疑：金属元素广泛分布于矿物中，动植物体内及海洋等区域中。那么金属元素在自然界中，如矿物或海洋中，是如何存在的呢？这又与什么性质有关？板书：一、金属元素在自然界中的存在：游离态：少数不活泼的金属；化合态：多数比较活泼的金属（用PPT放映实物图片，加深对金属在自然界中存在的形式的印象。）介绍：我国金属矿产资源现状：截至到2002年度，我国已发现的矿产有171种，已探明储量的矿产有157种。已探明的矿产资源总量约占世界的12％，仅次于美国。我国的稀土金属、钨、锌、锑和锡在世界各国的储量中名列前茅，其中稀土、钨、锑和锡仍是世界上的名牌矿种。中国主要金属矿产资源储量较丰富，但人均占有量少，矿产资源禀赋差，采矿、选矿和冶炼难度大。中国正处于工业化的中期，在矿产资源综合开发利用领域已取得很大的进展，但今后20～30年内矿产资源的供需矛盾将加剧。因此，加大勘探力度，加强对矿产资源的开发利用和保护并实施全球化策略是重要的任务。讲解：我们日常使用的金属材料大多是金属单质或合金。因此必须把化合态的金属转化为金属单质－金属的冶炼。板书：二、金属的冶炼：设问：我们该如何从矿石中提炼出金属单质呢？根据什么原理？板书：1、基本步骤：【学生活动】分组讨论、发言讲解：（正确评价学生的回答并复述）冶炼金属的根据是把金属矿石中的金属离子还原成单质，经过三个步骤。（PPT放映）第一步：矿石的富集：出去较大的杂质，提高矿石中有用的成分的含量第二步：冶炼：利用氧化还原反应（很不活泼的金属除外），在一定的条件下还原出金属单质第三步：精炼：采用一定的方法，提炼出纯净的金属板书：2、金属冶炼的实质：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。【分析探讨】金属离子的得电子能力是否全都相同？这与什么有关？讲解并用PPT演示：金属的活动性不同，因此金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，对于不同活性的金属离子就必须采取不同的还原方法进行冶炼。板书：3、金属冶炼的原理：板书：（1）热分解法：分析：（用PPT演示）分析对于不活泼金属（活动顺序中，Hg及Hg以后）它们的阳离子得电子能力很强，所以其还原的条件比较容易达到，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↑板书：（2）电解法：回顾知识：写出电解食盐水的反应方程式？答：阳极反应：2Cl-—2e-==Cl2↑阴极反应：2H++2e-==H2↑总反应式：2NaCl+2H2O电解2NaOH+H2↑+Cl2↑设问：如果液态氯化钠在无水的情况下电解会生成什么物质呢？答：钠离子会变成钠单质。分析：（用PPT演示）其实这就是电解法冶炼金属，非常活泼的金属（活动顺序中：K------Al）我们知道其还原性很强，容易失去电子，而对应的阳离子则氧化性很弱，很难得到电子，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）电解2Na+Cl2↑MgCl2（熔融）电解Mg+Cl2↑2Al2O3（熔融）电解冰晶石4Al+3O2↑评价：电解法冶炼金属耗能较大，大多数金属我们可以用其他方法进行冶炼板书：（3）热还原法：回顾知识：大家常见的可用作还原剂的物质有哪些？答：氢气、一氧化碳、碳、镁、铝、铁、锌分析：（用PPT演示）在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属（Zn-------Cu)，其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，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：练习：让学生写出一些常见的金属氧化物被还原的反应，写完后用PPT对照：Fe2O3+3CO高温2Fe+CO2↑WO3+3H2高温W+3H2OZnO+C高温Zn+CO↑Fe2O3+2Al高温2Fe+Al2O3（铝热反应）Cr2O3+2Al高温2Cr+Al2O3（铝热反应）点评并强调：若金属以硫化物或碳酸盐形式存在，应先将其转化成氧化物。实验探究：演示实验4—1：（实验前用磁铁检查一下室温条件下有无铁存在；反应后再用磁铁检查有无铁生成）学生回答现象写出化学方程式并分析各试剂的作用。I、现象：镁条剧烈燃烧，放出大量热，发出耀眼白光，纸漏斗内剧烈反应，有火星喷射，纸漏斗被烧穿，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。Ⅱ、反应方程式：Fe2O3+2Al高温2Fe+Al2O3（铝热反应）（分析化合价升降）【思考】铝热反应中镁条和氯酸钾的作用分别是什么？镁条易燃烧且放出大量的热，就可以给铝热反应提供足够的热量引发反应，放出的热还能使氯酸钾发生分解放出氧气。氯酸钾在镁条燃烧的情况下发生分解放出氧气，使插入到铝热剂内的镁条能够继续燃烧。Ⅲ、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、氧化铝熔点高的性质。(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。（观看图片，体会化学在生产、生活中的实际应用，激发学生热受化学的情感）小结：金属活动顺序表中不同金属冶炼方法的选择（投影）KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAg【表4—1】常见金属的冶炼原理金属冶炼原理FeFe2O3+3CO高温2Fe+CO2↑Fe2O3+2Al高温2Fe+Al2O3（铝热反应）CuCu2S+O2高温2Cu+SO2(火法炼铜)Fe＋CuSO4错误!未找到引用源。FeSO4＋Cu(湿法炼铜)MgMgO＋C高温Mg(g)＋CO(g)MgCl2（熔融）电解Mg+Cl2↑Al2Al2O3（熔融）电解冰晶石4Al+3O2↑Na2NaCl（熔融）电解2Na+Cl2↑4NaOH（熔融）电解4Na+O2↑+2H2O过渡：地球上的金属矿产资源是有限的，无法再生，而且随着金属的使用，金属会被腐蚀而污染环境，那么我们应该具体怎么做呢？板书：金属的回收与环境、资源保护：阅读PPT放映的资料，思考金属的回收与环境、资源保护的方法，并回答。讲述：正确评价学生的回答并归纳，讲解有关金属回收再利用的好处。总结：指导学生归纳本节课的内容。【课堂练习】（选讲）电解法热还原法热分解法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②C．（Ⅲ）用③D．（Ⅳ）用④2、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+Cl2C、2MgO2Mg+O2D、MgO+CMgO+C5、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.①②③④⑤6、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、AgC．Na、K、Zn、FeD．Mg、Al、Zn、Fe【课后反思】【板书设计】第一节开发利用金属矿物和海水资源金属矿物的开发利用一、金属的存在形式：游离态：少数不活泼金属化合态：多数较活泼的金属二、金属的冶炼1、冶炼步骤2、冶炼实质3、冶炼原理（1）热分解法（2）电解法（3）热还原法常用还原剂：C、CO、H2、活泼金属4、铝热反应5、金属的回收与环境、资源保护