《金属矿物的开发利用》名师教学设计.docx

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1、教学目标第四章化学与自然资源的开发利用第一节 开发利用金属矿物和海水资源第一课时湖北襄阳四中 曹静以金属矿物的开发和利用为例，生疏化学方法在实现物质间转化中的作用， 体会保护金属资源的重要性。教学重点了解化学方法在金属矿物开发主要是金属冶炼中的作用。教学难点学生在把握金属冶炼的一般原理根底上，了解适用于不同金属的冶炼方法。教学过程【提问】你能说出几种常见的金属单质吗？金属元素在自然界中的存在形式有哪些？【学生答复】金银铜铁铝等；金属元素在自然界中可以以游离态存在，如金、铂等；也可以以化合态存在，如钾、钠、钙、铁等。【投影】一、金属单质在自然界中的存在形式1.金属元素的存在【讲解】少数化学性质不

2、活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如金、铂、铜、银；化学性质比较活泼的金属，在自然界中以化合态存在。大多数金属在自然界中是以化合态存在的，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。【小学问】铜是人类第一种大量使用的金属，由此完毕了漫长的石器时代。人类最早是在由天而降的陨石中获得单质铁的，陨石中含铁量高达 90%以上。我国在西汉初时已经用木炭和铁矿石混合高温冶炼生铁，南宋末年的工匠又把握了用焦炭炼铁。【小故事】法国皇帝拿破仑是一个宠爱炫耀自己的人。他常常大摆宴席，宴请天下来宾。每次宴会，他总是摆出一副高人一等的样子。餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那套却是铝制品。为什么贵为法国

3、皇帝，在当时不用贵重而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢？由于早期炼铝格外困难，所以铝的价格格外昂贵，一度比金银还要贵重，直至 19 世纪上半叶，铝还是欧洲很多高级珠宝店的高档货。23自从美国青年化学家霍尔在他大学三年级时制造电解制铝法后，制铝工艺不断改进，现在人们已经娴熟把握了从铝土矿主要成分是Al O 中冶炼铝的技术，使得制铝本钱大大下降，从而使铝走入千家万户。【投影】2.金属的冶炼金属冶炼的实质是用复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。【讲解】金属的冶炼就是把金属从矿石中提炼出来。由于矿石中的金属元素绝大多数都是以正化合价态存在，所以在金属冶炼的过程中，金属元素要经过

4、一个被复原的过程。【提问】从刚刚的小学问和小故事中，我们觉察，人类最先大量使用的金属单质是铜，其次是铁，再次是铝，这样的结果与什么有关呢？【学生答复】与金属的活泼性有关。【投影】3.金属冶炼的方法【讲解】不同的金属元素，其金属性不同，由化合态复原为游离态的难易程度不同，因此金属冶炼方法不同。金属的活动性是我们选择金属冶炼方法的依据。【讲解】依据金属活动性的不同，我们分别用不同的方法对它们进展冶炼， 以得到金属单质。【投影】1物理提取法：适用于极不活泼的金属 Pt、Au【提问】唐朝诗人刘禹锡的浪淘沙这首诗中说：千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金。这句诗说明白沙里淘金的辛苦和不易，沙里淘金涉及到的化学

5、原理是什么呢？【学生答复】由于黄金的化学性质稳定，一般不与其他物质反响，所以它以游离态存在于沙石中，在自然的风化作用下，岩石裂开，最终形成沙子和土，而颗粒状的金沙就埋藏在其中，在流水的冲刷、搬运下，泥沙、金子的颗粒和水一起移动，它们移动的速度和状态不同，所以在河床的某区域可以形成金沙富积的地带，就是人们渴望找到的淘金地，人们在这设立淘金设备，将河沙挖到淘金斗里，再抽河水冲斗里的沙子，大量的沙子就被水带走，在斗里留下的就是金灿灿的金子。【讲解】有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。在金属活动性挨次中，位于氢后面的金属的氧化物受热就能分解。比铂和金稍活泼一些的金属如银和汞， 我们是通过热分解法来制得

6、的。【投影】2热分解法：适用于一些不活泼的金属【投影】3热复原法：适用于 Zn 到 Cu 之间的金属【讲解】多数金属的冶炼过程属于热复原法。这种方法适用于 Zn 到 Cu 之间的金属。常用的复原剂有焦炭、一氧化碳、氢气等。【讲解】一些活泼金属也可作复原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。比方西汉的淮南万毕术曾记载：曾青得铁则化为铜，说的就是铁从硫酸铜溶液中置换出铜的这个反响。这也是湿法冶金的起源。除了金属铁能置换铜以外，金属铝也可以作为复原剂置换其他的金属单质。【演示试验 4-1】铝热反响【讲解后演示】操作要点：用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起， 使四周都有四层。把内层漏斗取出

7、，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上如右图，下面放置盛沙的蒸发皿。把 5 g 氧化铁粉末和 2 g 铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条。观看发生的现象。【学生总结试验现象】镁条猛烈燃烧，发出刺眼的白光，纸漏斗内猛烈反响， 下部被烧穿，有红热的熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层熔渣，可以觉察落下的是铁珠。【留意】引燃剂：镁条；助燃剂：氯酸钾；铝热剂：铝粉与金属氧化物组成的混合物。反响类型：置换反响铝热反响为放热反响应用：焊接钢轨和冶炼高熔点金属【讲解】铝热反响焊接钢轨的原理：反响放出大量的热，置换出的铁以熔融态流

8、出，流入铁轨的裂缝，冷却后将铁轨牢牢地粘在一起。【学生板书】【投影】其他的铝热反响【讲解】在金属活动性挨次中，钾、钠、钙、铝等几种金属的复原性很强， 这些金属都很简洁失去电子，因此不能用一般的方法和复原剂使其从化合物中复原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。【投影】4电解法：适用于格外活泼的金属【提问】为何不电解熔融的 MgO 制取镁？【学生答复】MgO 和 MgCl2 都是离子化合物，阳离子一样，O2-所带电荷比Cl-多，但其半径比 Cl-小，所以 MgO 的离子键强于 MgCl2，熔点更高，变成熔融态需要更多热量，消耗更多燃料。【提问】为何不电解熔融的 AlCl3 制取铝？

9、【学生答复】由于 AlCl3 是共价化合物，熔融态不导电，无法进展电解。金属的活泼性 K Ca Na Mg Al挨次Zn Fe Sn Pb CuHg AgPtAu【小结】请结合金属活泼行挨次表总结金属冶炼方法的一般规律金属的活泼性强弱挨次金属离子得电子力量弱强主要冶炼方法电解法热复原法热分解法 物理提取法【讲解】从金属矿石中提炼金属，一般要经过三个步骤：1. 矿石的富集：削减杂质，提高矿石中有用成分的含量。2. 金属的冶炼：利用氧化复原反响，在肯定条件下，用复原剂把金属矿石中以化合态存在的金属复原成金属单质。3. 金属的精炼：承受肯定的方法，提炼纯金属。【讲解】地球上的金属矿物资源是有限的，我

10、们必需学会合理开发和利用这些矿物资源。【投影】合理开发和利用矿物资源的途径（1） 提高金属矿物的利用率。（2） 削减金属的使用量，使用其他材料代替金属材料。（3） 加强金属资源的回收和再利用。【投影】回收金属的意义（1） 节约矿物资源；（2） 节约能源；（3） 削减环境污染【讲解】以铝为例，我们来看为什么要进展废旧金属的回收。生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土矿资源。当前全球原铝的年产量约 2500 万吨，年消耗铝土矿超过一亿吨，假设照此进展下去，地球上的铝土矿资源就会越来越少，直至有一天枯竭。假设人类消费的铝能够回收利用，只要回收利用量到达产量的二分之一，每年就将削减铝土矿消耗量约 5000 万

11、吨，这对保护全球铝土矿资源具有极为重要的意义。其次，利用废杂原料生产一吨合金铝锭与用铝土矿原料生产一吨原铝锭相比，可以节约 95以上的能源消耗。据有关资料统计，每生产一吨原铝锭需要消耗能源 213.2TJ(电能约占 82)， 而生产一吨再生铝合金锭所需能源消耗为 5.5TJ(燃料约占 80)，仅为原铝锭生产能源消耗的 2.6，优势比较明显。由于铝可以反复循环使用，从再生铝废料中再生产铝，其节能效果更加显著。另外，再生铝生产中二氧化碳的产生量和排放量与原铝生产相比，大为削减。有资料统计，再生铝生产可比用水电生产原铝削减二氧化碳排放量 91%，比用燃油发电削减二氧化碳排放量 97以上，比用煤发电削

12、减的二氧化碳排放量更多，环保效益格外显著。【投影】回收金属的实例（1） 废旧钢铁用于炼钢；（2） 废铁屑用于制铁盐；（3） 定影液用于回收银【课堂检测】1. 以下表达正确的选项是 A工业上用电解熔融氯化钠的方法制取钠 B钠参加氯化镁的饱和溶液中可以制取金属镁C电解冶炼铝的原料是氯化铝 D碳在高温下能复原氧化铝中的铝2. 冶炼金属常用以下几种方法：以 C 或 H2、CO 作为复原剂复原法； 热分解法；电解法；铝热法。现冶炼以下金属： Al、Mg、Cu、Hg、Mn， 试标明适宜的冶炼方法。 Al： ；Mg： ；Fe： ；Hg：；Mn：。3、宋朝，江西上饶有一口苦泉，蒸发这种苦泉水会得到胆矾，熬苦泉水的铁锅用久了会变成铜锅，这是湿法炼铜的起源，请写出该反响的离子方程2Cu+SO2 ，该方法中每生成 1 mol Cu，转移电子的物质的量为。式：；火法炼铜的主要反响为 Cu2S+O2课后作业课本 P93：习题 1、2、3、4