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

【教学背景分析】 1．教学内容分析

课程标准呈现：化学2、专题3.4以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之间转化的作用。认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值。

考纲方向指引：常见元素的单质及其重要化合物、4.（1）了解金属的通性，金属冶炼的一般原理；（3）了解常见金属的活动顺序。

考点知识分析：结合苏教版在海水提取镁的工业流程中指出、氢氧化镁与盐酸反应生成六水合氯化镁晶体，并将其在氯化氢气流中加热转化为无水氯化镁，并指出氯化镁的熔点高达2800摄氏度，是优质的耐高温材料，其次苏教版还指出从铝土矿中提取铝的工艺，详述电解氧化铝等，再次，苏教版还以铁、铜的获取及应用作为一单元的标题，以从自然界中获取铁和铜，铁、铜及化合物的应用，钢铁的腐蚀作为知识体系并链接了生物炼铜铁及铜化合物的应用等知识较完整与系统；鲁科版指出镁被誉为“国际金属”是制造汽车飞机火箭等的重要材料.

2．学生情况分析

学生在初中化学的学习以及社会生活体验中知道金属的应用十分广泛，学习过钠、

镁、铝、铁等重要金属的性质，现结合以前学习到的活泼性顺序，进行旧知识的复习巩固和新知识的学习拓展。

【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

【教学方法】

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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、

【课时安排】

一课时

【课时流程】

5分钟，从形形色色的金属矿物的展现，金属的利用到引入金属的冶炼 7分钟，学生分组讨论所知的金属及其冶炼，列出金属活动顺序表 10分钟，分组汇报讨论结果，填写部分金属冶炼方程式 3分钟，金.铂的自然界分布及物理富集 3分钟，银.汞的自然界分布及热分解法

7分钟，铜的自然界分布及硫酸铜与铝的反应实验------湿法炼铜 硫化亚铜------（鲁科版火法炼铜）

氢气还原氧化铜的热还原方程式书写------热还原法

7分钟，铝粉与赤铁矿（三氧化二铁）高温热还原实验------铝热反应 3分钟，其他铝热反应方程式书写

【教学过程】

导入：观看PPT图片，自然界中形形色色的金属矿物以及金、铂，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20XX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？

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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：

△ 2HgO2Ag2O

2Hg+O2↑

△ 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 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） MgCl2（熔融）

电解 电解 2Na + Cl2↑ Mg + Cl2↑

电解 2Al2O3 （熔融）

冰晶石电解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？

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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↑

高温 WO3 + 3H2 ZnO + C Fe2O3+2Al

W +3H2O Zn + CO↑

2Fe + Al2O3（铝热反应）

高温 高温 高温 Cr2O3+2Al 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 应）（分析化合价升降）

高温 2Fe+Al2O3（铝热反

【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。

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(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） K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag

电解法 热还原法 热分解法 【表4—1】常见金属的冶炼原理 金 属 Fe 冶 炼 原 理 Fe2O3+3CO Fe2O3+2Al Cu Mg 高温 2Fe + CO2↑ 2Fe + Al2O3（铝热反应） 高温 高温 Cu2S + O2 2Cu + SO2(火法炼铜) Fe ＋ CuSO4 === FeSO4 ＋ Cu(湿法炼铜) MgO ＋ C 高温 Mg(g) ＋CO(g) 电解 MgCl2（熔融） Al Mg + Cl2↑ 电解2Al2O3 （熔融） Na 2NaCl（熔融） 冰晶石4Al + 3O2↑ 电解 2Na + Cl2↑ 电解 4NaOH（熔融）4 Na+ 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）

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① B．（Ⅱ）用②

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C．（Ⅲ）用③ D．（Ⅳ）用④

2、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。

① Al2O3 + 2NaOH ==== 2NaAlO2 + H2O ； ② 2NaAlO2 + CO2 + 3H2O ==== 2Al(OH)3↓+ Na2CO3 ； ③ Na2CO3 + Ca(OH)2 ==== CaCO3↓+ 2NaOH ；

④ 2Al(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+Mg B、MgCl2(熔化)C、2MgO

2Mg+O2 D、MgO+C

MgO+Cl2 MgO+C

5、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.①②④ B.①②③⑤ C. ①③④⑤ D.①②③④⑤

6、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、A1 B．Zn、Fe、Cu、Ag

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C．Na、K、Zn、Fe D．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