开发利用金属矿物和海水资源（通用2篇）
学习目标 1.了解化学方法在金属矿物开发（主要是金属冶炼）及海水资源开发中的作用。 2.掌握金属冶炼的一般原理基础及不同金属的冶炼方法。 3.掌握从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品原理及方法。4.认识到关心科学、研究科学和探索科学的精神。教学重难点： 本节教学重点：掌握金属冶炼的一般原理基础，了解适用于不同金属的冶炼方法。了解海水资源开发和利用。课时安排：两课时教学过程：【引言】 例1. 第28届国际地质大会提供的资料显示，海底蕴藏着大量的天然气水合物，俗称“可燃冰”。“可燃冰”是一种晶体，晶体中平均每46个水分子构成8个笼，每个笼内可容纳1个ch4分子或1个游离的h2o分子。若晶体中每8个笼有6个容纳了ch4分子，另外2个笼被游离的h2o分子填充。则“可燃冰”的平均组成可表示为（ ）a. 3ch4·h2o b. ch4·3h2o c. ch4·6h2o d. ch4·8h2o解析：“可燃冰”是一种甲烷化合物，要推测“可燃冰”的平均组成，关键是要根据题目提供的信息推测“可燃冰”中甲烷分子与水分子的个数比。题目中所提到的“笼”，可使我们联想到民间的“灯笼”，以8个“笼”为1个单元，每8个“笼”由46个水分子构成，而其中又填充了6个ch4分子、2个h2o分子，所以ch4分子与h2o分子的个数比为6∶（46＋2）＝1∶8。所以，正确答案是d。象“可燃冰”这样，由两种或两种以上的分子依靠分子间作用力结合在一起的具有一定结构和功能的聚集体叫超分子。人们通常将化学物质进行分类，在原子、分子乃至超分子等不同的结构层次上研究物质及其发生化学变化的规律，认识物质在变化过程中表现出的性质。所有这些都是人类利用自然资源、丰富物质世界的重要科学依据。本节课我们主要以金属矿物为例，一起认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。第一课时 金属矿物的开发和利用阅读课本p80资料卡片自然资源与可持续发展广义地讲，所谓自然资源，是指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。可持续发展的目标是满足人类需要，强调人类的行为要受到自然界的制约、强调代际之间、人类和其它生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括经济的可持续发展，社会的可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展和全球可持续发展。【新课】第一课时 金属矿物的开发和利用一、 金属单质在自然界中的存在形式少数化学性质不活泼的金属，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。二、金属的冶炼金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程。金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法。总的说来，金属的性质越稳定，越容易将其从化合物中还原出来。㈠金属冶炼的方法主要有：（1）热分解法对于不活泼金属，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↑（2）热还原法在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属，通常是用还原剂（c、co、h2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，例如：fe2o3+3co 2fe+co2↑wo3+3h2 w+3h2ozno+c zn+co↑mgo+c mg(g)+co(g) fe+cuso4=feso4+cufe2o3+2al 2fe+al2o3（铝热反应）【演示实验】课本p81实验4-1 注意事项：实验时要注意安全，反应装置应远离易燃物；铝粉要细（200目以上），最好用铝银粉（商业名称）；预先擦去镁带的氧化膜，长度约需10 cm（过短热量不够，影响实验效果。现象：，镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的光芒。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层熔渣，可以发现落下的是铁珠。结论：fe2o3+2al 2fe+al2o3（铝热反应） 铝热反应的特点：高温引燃剧烈放热，体现氧化铝高熔点的性质。 应用：①焊接钢轨②冶炼高熔点金属（3）电解法非常活泼的金属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） 2na+cl2↑4naoh（熔融） 4na+o2+2h2omgcl2（熔融） mg+cl2↑2al2o3 4al+3o2↑一些对纯度要求较高的不活泼金属也可以采用电解其盐溶液的方法来进行冶炼，例如：2cuso4+2h2o 2cu+2h2so4+o2↑（4）有些金属可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来，例如：cu2s+o2 2cu+so2结论：（学生总结）金属活动顺序表中不同金属冶炼方法的选择电解法 热还原法 热分解法k ca na mg al zn fe sn pb（h）cu hg ag 【思考】为什么人类使用铁器比使用铜器晚？金属使用的先后与金属冶炼的难易有关。三、金属提炼步骤：（1）矿石的富集、除杂；（2）冶炼；（3）精炼。矿产资源是大自然赋予人类的宝贵财富，但并非取之不尽用之不竭，随着人们的开发利用，将会日渐减少，因此要加强金属资源的回收和再利用，节约矿产资源。我国幅员辽阔，是世界上矿产资源比较丰富、矿产品种比较齐全的国家。我国矿产资源总值居世界第3位，但人均拥有量约为世界人均水平的 。因此，我们更应注意金属的回收和资源的保护。[课堂练习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（ ）
a.（ⅰ）用①
b.（ⅱ）用②
c.（ⅲ）用③
d.（ⅳ）用④
解析：（ⅰ）（ⅱ）（ⅲ）（ⅳ）发生的反应分别是：
（ⅰ）
符合①
（ⅱ） 符合③
（ⅲ） 符合③
（ⅳ）先从光卤石中提取mgcl2，再电解mgcl2， 符合④
答案：b
[课堂练习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）写出①～④反应的方程式。答案：①al2o3+2naoh====2naalo2+h2o②2naalo2+co2+3h2o====2al(oh)3↓+na2co3③na2co3+ca(oh)2====caco3↓+2naoh④2al(oh)3 al2o3+3h2o【作业】课本p85全部习题【新课】第二课时 海水资源的开发利用一、海水淡化海洋水资源：海水中水的储量约为1.3×109亿吨，约占全球总水量的97％。海水中水资源的利用，主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却。通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。
二、海水中的化学资源 由于与岩石、大气、生物的相互作用，海水中溶解和悬浮有大量的无机物和有机物，按含量计，水中的h、o两种元素，加上cl、na、k、mg、ca、s、c、f、b、br、sr等11种超过总量的99%，其他为微量元素，总计含有80多种元素。 海洋有取之不尽的化学资源。海洋资源中，利用潜力最大的是海水中的化学资源。目前，在陆地上发现的100多种化学元素，在海水中已找到80多种，其中70多种可供提取。如，氯化钠（即食盐）有4亿亿吨，镁约有1800万亿吨，钾有500万亿吨，溴约有90万亿吨，核燃料约40亿吨－50亿吨。1.海水中含有的各种元素的特点：种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。2.从海水中提取物质的方法⑴.从海水中提取食盐的主要工艺流程从海水中制取盐的方法主要有：盐田法、电渗析法和冷冻法。其中盐田法历史最悠久，而且也是最简便和经济有效的方法，现在还在广泛采用。盐田法又叫滩晒法，盐田建在海滩边，借用海滩逐渐升高的坡度，开出一片片象扶梯一样的池子。利用涨潮或用风车和泵抽取海水到池内。海水流过几个池子，随着风吹日晒，水份不断蒸发，海水中的盐浓度愈来愈高，最后让浓盐水进入结晶池，继续蒸发，直到析出食盐晶体。我国是世界上最大的产盐国，年产盐量近万吨，占世界食盐产量的80%。
⑵.从海水中提取镁的主要工艺流程 镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁从海水中提取。主要步骤如下：（1）为了使mgcl2转化为mg（oh）2，试剂①可以选用 ，要使mgcl2完全转化为沉淀，加入试剂①的量应 ，验证mgcl2已完全转化为mg（oh）2的方法是 。（2）加入试剂①，能够分离得到mg（oh）2沉淀的方法是 。（3）试剂②可以选用 。（4）无水mgcl2在熔融状态下，通电后会产生mg和cl2，写出该反应的化学方程式 。答案. （1）过量naoh 取上层清液，滴入naoh溶液，不产生沉淀 （2）过滤 （3）hcl （4）mgcl2 mg+cl2↑⑶.从海水中提取溴的主要工艺流程①用蒸馏法将海水浓缩。用硫酸将浓缩的海水酸化。②向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：2nabr+cl2=br2+2nacl③向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的：br2+so2+2h2o=2hbr+h2so4④向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：2hbr+cl2=2hcl+br2⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。⑷.从海带中提取碘的实验【演示实验】课本p83实验4-2①反应原理：海带中的碘元素主要以i-的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成i2，再萃取出来。 用h2o2做氧化剂，反应的离子方程式是：2i-+h2o2+2h+=i2+2h2o②提取流程含碘单质的有机溶液含碘单质的溶液试剂残渣
含碘元素的溶液
灼烧
海带
溶解，过滤
海带灰③实验注意事项海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；用干海带从而易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。3.海水综合利用联合工业体系一例（如下图）（投影展示）
三、 海水资源的开发利用简述（1）从海水中提取淡水——海水淡化（2）海水制盐（3）从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品（4）从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料（5）从海水中获取其他物质和能量 [课堂练习1] 海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：（1）若在空气中加热mgcl2·6h2o，生成的是mg(oh)cl或mgo，写出相应反应的化学方程式 。用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。在干燥的hcl气流中加热mgcl2·6h2o时，能得到无水mgcl2，其原因是 。（2）mg(oh)2沉淀中混有的ca(oh)2应怎样除去？写出实验步骤。 .（3）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的；溶解时： 。过滤时： 。蒸发时： 。(4)获得hcl的反应为2ch4+o2+4cl2=======2co+8hcl(不考虑其他反应)。事实上，生产中hcl一直在循环使用。试从理论上分析是否需要补充hcl，简要说明理由
。△答案：（1）mgcl2·6h2o = mg(oh)cl+hcl↑+5h2o↑ △
mgcl2·6h2o = mgo+hcl↑+5h2o↑ 在干燥的hcl气流中，抑制了mgcl2水解，且带走mgcl2·6h2o受热产生的水气，故能得到无水mgcl2。（2）加入mgcl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤。（3）搅拌，加速溶解使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒。搅拌，防止因局部过热液滴或晶体飞溅。(4)不需要补充hcl,因为cl2～2hcl～mg(oh)2～mgcl2～cl2；依氯元素守恒可以看出理论上不要补充hcl。【作业】同步作业
一、教材分析
《开发利用金属矿物和构》是人教版高中化学必修二第四章第1节的教学内容，主要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，解释化学与可持续发展的重要关系，树立资源保护意识及合理开发意识。因此，教学要围绕这一教学目标展开。本节教学重点：了解化学方法在金属矿物开发(主要是金属冶炼)及海水资源开发中的作用。
本节教学难点：学生在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解适用于不同金属的冶炼方法。
二、教学目标
知识与技能：
1.以金属矿物的开发利用为例，认识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。
2.了解海水资源开发和利用的前景及化学在其中可以发挥的作用。
过程与方法：
1.通过金属的存在与冶炼的学习，使同学们巩固氧化还原反应原理。
2.通过海水资源的开发利用的学习，使学生体会查找资料、讨论研究是化学学习的重要手段，并在此学习中体会化学实验及氧化还原反应原理的重要性。
情感态度价值观：
1.树立学生的资源保护意识和合理开发意识。
2.培养学生合作探究的意识。
3.培养学生的社会意识和社会责任感
4.通过联系知识与生产实践的关系，激发学生对化学学科的兴趣热爱
三、教学重点难点
重点：了解化学方法在金属矿物开发(主要是金属冶炼)及海水资源开发中的作用。
难点：学生在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解适用于不同金属的冶炼方法。
四、学情分析
学生已有的知识和实验水平有差距。有些学生化学实验基础都不好，所以讲解时需要详细。对于铝热实验是首次接触，需要教师指导并严格注意实验安全。
五、教学方法
1.实验法：铝热反应
2.学案导学：给学生发预习导学案
3.新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习
六、课前准备
1.学生的学习准备：预习导学案，完成课前预习学案。
2.教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。
3.教学环境的设计和布置：六人一组，实验室内教学。课前打开实验室门窗通风，课前准备好实验用具
七、课时安排：1课时
八、教学过程
(一)预习检查、总结疑惑
检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。
(二)情景导入、展示目标。
【引言】金属在自然界中的分布很广，但金属元素一般分布在什么区域?
【讲解】(正确评价学生的回答，并补充)金属元素广泛分布于矿物中，动植物体内及海洋等区域中。
【质疑】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
【介绍】我国的矿产资源现状，国情教育
【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
【设问探究】我们该如何从矿石中提炼出金属单质呢?根据什么原理?【学生活动】分组讨论、发言
【讲解】(正确评价学生的回答并复述)冶炼金属的根据是用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成单质，经过三个步骤。冶炼的步骤：第一步：矿石的富集：除去杂质，提高矿石中有用成分含量。第二步：冶炼：利用氧化还原反应，在一定条件下，用还原剂还原。第三步：精炼：采用一定方法，提炼纯金属。
【板书】 1、金属冶炼的实质【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】由于金属的活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，因此，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】 2、金属冶炼的方法
【分析】一些不活泼的金属，它们是在金属活动顺序中位于氢后面的金属，如 Hg、Ag等，其阳离子得电子能力很强，所以其还原的条件比较容易达到。Hg、Ag的氧化物受热就能分解得到单质。
【板书】 (1)、热分解法 2HgO =2Hg+O 2 ↑ 2AgO= 2Ag+O 2 ↑
【分析】位于活动性顺序表中前端的金属如 K、Na、Ca、Al等金属，我们知道其还原性很强，容易失去电子，而其对应的阳离子则氧化性很弱，很难得到电子;一般的还原剂都无法把它的阳离子还原出来。我们只能使用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。
【板书】 (2)、电解法 MgCl 2 (熔融)= Mg+Cl 2 ↑
【分析】对于大多数金属，如位于金属活动顺序表中间一段的金属所对应的离子，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。一些活泼金属也可作为还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。
【板书】 (3)、热还原法①常用还原剂：焦炭、CO、H 2 、活泼金属(如Al)等
【练习】分别写出这四种常用的还原剂冶炼赤铁矿的化学方程式。
【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】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)观察、记录实验现象，并思考回答：反应前：无铁存在。反应中：发光、放热、反应剧烈。反应后：用磁铁检查生成物有块状物被吸起。2Al+Fe 2 O 3 =2Fe+Al 2 O 3 +Q。Al的还原性强于铁，也能与化合态氧结合。证明Al的还原性强于Fe，Al可与化合态的氧反应。(演示铝热反应，由学生写出反应方程式，并分析各种试剂的作用)。
【说明】在该反应中，镁条和氯酸钾是引燃剂，镁条在空气中可以燃烧，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，以保证镁条的继续燃烧，同时放出足够的热量引发氧化铁和铝粉的反应。由于该反应放出大量的热，只要反应已经引发，就可剧烈进行，放出的热使生成的铁熔为液态。【设疑】发生了什么反应?如何书写化学方程式呢? 2Al+Fe 2 O 3 =2Fe+Al 2 O 3
【讲述】我们把上述反应称为铝热反应。
【板书】②铝热反应
【应用探究】铝热反应有什么用途呢?
【放录像】铝热反应在生产中的应用：焊接钢轨、冶炼难熔金属。看录像。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。
【讲述并板书】③应用： a：野外焊接。 b：冶炼难熔金属(要求学生写出冶炼铬、锰的反应)。2Al+Cr 2 O 3 =2Cr+Al 2 O 3
4Al+3MnO 2 =2Al 2 O 3 +3Mn
【小结】金属冶炼的方法：(投影)
【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】三、金属的回收与环境、资源保护
【阅读指导】阅读教材相关内容。
【讲述】正确评价学生的回答并归纳。
【讲述】有关金属回收再利用的好处。 1、废旧金属的处理方法是回收利用。 2、回收利用废旧金属的意义是减少垃圾量，防止污染环境且缓解资源短缺的矛盾。
【资料介绍】以铝为例，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，如果照此发展下去，地球上的铝土矿资源就会越来越少，直至有一天枯竭。如果人类消费的铝能够回收利用，只要回收利用量达到产量的二分之一，每年就将减少铝土矿消耗量约5000万吨，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，可以节省95%以上的能源消耗。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，大为减少。有资料统计，再生铝生产可比用水电生产原铝减少二氧化碳排放量91%，比用燃油发电减少二氧化碳排放量97%以上，比用煤发电减少的二氧化碳排放量更多，环保效益十分显著。
【小结】指导学生归纳本节课的内容。
【作业】上网查资料了解中国金属的回收利用情况，并写一份调查报告( 300字左右)
开发利用金属矿物和海水资源相关文章：
