高中化学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2课时教案2新人教版必修2 8页

真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 1 第 2 课时海水资源的开发利用 教学过程 [多媒体展示] 从去年开始，北京、上海、天津、浙江等地频频叫“渴”，水荒正在成为我国继电荒之 后面临的又一大难题。 目前，我国城市缺水总量达 60 亿立方米。特别是人口占全国的 40%以上，社会总产值 占全国的 60%的我国沿海地带和海岛地区，缺水数量占到全国缺水总量的 1/3 以上，水资源 紧张已成为制约这些地区经济和社会发展的瓶颈。据专家预测，沿海城市的用水量年增长率 在 1998～2007 年间为 4.5%～6.5%，在 2010～2015 年将是 1998 年的 2 倍，缺水状况将进一 步恶化。 根据 1999 年《中国水资源公报》统计，天津、上海、河北、山东、江苏和辽宁等 6 个 沿海省市的人均水资源量少于 1 000 立方米，大部分沿海工业城市人均水资源量不足 500 立方米，均处于极度缺水的境地。淡水资源短缺严重制约着沿海地区社会经济的快速发展。 与此同时，“南水北调”并不能从根本上解决此问题！向大海要水，是解决沿海地区缺水的 必由之路。为解决沿海和岛屿普遍存在的严重缺水问题，应加快我国海水资源开发利用的步 伐。 海洋是生命的摇篮，海水不仅是宝贵的水资源，而且蕴藏着丰富的化学资源。加强对海 水(包括苦咸水，下同)资源的开发利用，是解决沿海和西部苦咸水地区淡水危机和资源短缺 问题的重要措施，是实现国民经济可持续发展战略的重要保证。 海水资源开发利用，是实现沿海地区水资源可持续利用的发展方向。 二、海水资源的开发利用 学生阅读教材相关内容归纳总结海水资源的特点。 1．海水资源的特点 海洋占地球总面积的 71%，海水储量约为 1.3×109 亿吨，占地球总水量的 97%——海水 资源的广阔性 主要含氢、氧、氯、钠、钾、镁等 11 种元素，还有其他微量元素，共计 80 多种元素 ——海水资源的多样性 海水资源的总储量很大，但许多元素的富集程度却很低——海水资源的分散性 2．海水的水资源的利用 其一是海水的淡化，其二是直接利用海水的循环冷却 (1)海水淡化的途径、方法及其特点 通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到海水淡化的目的。海水淡 化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。 海水蒸馏原理示意图： [视频]海水淡化的操作过程 (2)海水提溴 [学生活动]阅读资料卡片，与同学交流分析原理、方法及其发生的化学反应方程式 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 2 原理：由化合态的溴转化为游离态的溴 附：反应：2NaBr＋Cl2===Br2＋2NaCl Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4 2HBr＋Cl2===Br2＋2HCl (3)海带中提取碘 [探究实验]海带中提取碘 注意事项：其一，海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘。海带要用干的，因为湿的海 带不能燃烧。 其二，灼烧海带的场所要注意适当通风。 实验现象：(加入双氧水后，溶液由无色变为深黄色；加入淀粉溶液后，溶液变为深蓝 色。) 分析原因及写出有关的化学反应方程式 KI＋H2O2＋H2SO4―→ 分析该氧化还原反应 [问题]提出问题讨论：I－检验，很多氧化剂都可以氧化 I－，用 H2O2 有什么好处？(颜色 变化明显) (4)海水资源的综合利用(讨论课本上的图示海水综合利用联合工业体系一例) 作业：课后习题：2、3 参考练习 1．下列关于金属冶炼的说法不正确的是( ) A．金属冶炼是由人类生产生活需要发展起来的 B．天然矿藏很少只含一种金属元素，往往含有较多杂质 C．金属的冶炼主要有矿石的富集、冶炼还原和精炼三个步骤 D．金属冶炼一定要用到还原剂 2．用铝热剂冶炼难熔金属，是因为铝( ) A．具有导电性 B．具有延展性 C．既能与酸反应又能与碱反应 D．被氧化过程中放出大量的热 3．下列金属均需用 H2、CO 把它们从化合物中还原出来的是( ) A．Ca、Mg B．Al、Fe C．Sn、Cu D．Hg、Ag 4．用热分解法就能制得的金属有( ) A．Cu、Cr B．Ti、W C．Ag、Hg D．Na、Al 5．冶炼金属一般有下列三种方法：①热分解法，②热还原法，③电解法。有下列四种 金属制备方法：(Ⅰ)火烧孔雀石与焦炭的混合物炼铜，(Ⅱ)湿法炼铜，(Ⅲ)铝热法炼铬，(Ⅳ) 海水炼镁。下列对这四种金属制备方法的分类不正确的是( ) A．(Ⅰ)① B．(Ⅱ)③ C．(Ⅲ)② D．(Ⅳ)③ 6．工业上生产金属钾的条件是： KCl(l)＋Na(l) =====850 ℃NaCl(l)＋K(g) 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 3 对上述反应能进行的主要原因，正确的解释是( ) A．钠的活动性比钾强 B．因上述反应是可逆反应 C．钾的沸点比钠低，当把钾蒸气抽走时平衡向正反应方向移动 D．氯化钠的热稳定性比氯化钾强 7．冶炼金属常用以下几种方法：①以 C 或 H2、CO 作还原剂还原法；②热分解法；③电 解法；④铝热法。现冶炼下列金属：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，试标明适宜的冶炼方法。 Al：________，Mg：________，Cu：________，Hg：________，Mn：________。 8．将 3.6 g 碳粉跟含 Fe3O4 80%的磁铁矿 29 g 混合后，隔绝空气加强热，反应后收集 到的气体恢复到标准状况时，其体积为 6.72 L，则气体是________，其中 CO2 占气体体积的 ________。 9．在灰黑色粉末 A 和白色粉末 B 组成的混合物中加水，先看到蓝色溶液，过一段时间 溶液变为浅绿色，并同时析出红色沉淀 C。将沉淀 C 过滤出来，加入浓硫酸共热，有气体放 出，将溶液浓缩，结果得到晶体 D，把晶体 D 继续加热，又得到白色粉末 B。试推断 A、B、 C、D 的化学式： A：____________，B：____________，C：____________，D：____________。 10．将 n mol 木炭粉和 1 mol 氧化亚铁在反应器中混合，隔绝空气加强热。 (1)可能发生的化学反应有： ①FeO＋C===Fe＋CO↑ ②2FeO＋C===2Fe＋CO2↑ ③FeO＋CO===Fe＋CO2 ④____________________________ (2)若 n＜1/4，充分反应后，反应器中的固体物质是________，气体产物是________。 (3)若 n＞4，充分反应后，反应器中的固体物质是________，气体产物是________。 (4)若反应的气体产物是混合物，n 的取值范围是____________________________。 (5)若反应的气体产物是混合物，且混合物中 CO 和 CO2 的物质的量相等，则 n 的值为 ______。 参考答案 1．D 2.D 3.C 4.C 5.AB 6.C 7．③ ③ ① ② ④ 8．CO、CO2 1/3 9．Fe CuSO4 Cu CuSO4·5H2O 10．(1)C＋CO2=====高温2CO (2)FeO、Fe CO2 (3)C、Fe CO (4)1/2 ＜n＜1 (5)2/3 附： 海水资源的开发利用 作者，惠海涛，新海高级中学。本文系江苏省优秀教学设计大赛作品 一、教学内容分析 教材在必修 2 模块的最后一章安排“海水资源的开发利用”，其主要内容包括：海水中 的水资源和化学资源的开发利用。其中海水资源的利用包括海水淡化和海水循环冷却，化学 资源的开发利用主要涉及海水中化学物质的提取和检验(如 NaCl、Br2 和 Mg 的提取，海带中 碘元素的检验)。本节内容包括了对已有知识的整合梳理，比如蒸馏、物质的检验和除杂、 离子反应、氧化还原反应、元素化合物的性质等，它承担着对必修内容进行总结、收尾的任 务。但本节课的重点并不仅仅是对已有知识进行复习，不是讲解化学实验，也不是让学生记 忆和掌握几个化学方程式这么简单，而要使学生在一个宏观的层面上了解海水资源的合理开 发和综合利用，它的意义在于通过必修模块的学习，让学生能主动地、自发地欣赏和赞扬化 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 4 学对生产和生活的贡献与作用，体会实际工业生产的复杂性和艰巨性，让学生能有所思、有 所想、有所悟，激发起对后续选修模块进一步学习的热情，本节课中情感、态度和价值观的 收获应比双基知识的收获更显重要。 二、学生学习情况分析 海水是学生非常熟悉的生活情景，对于这样一个涉及 STS 教育甚至类似于科普材料的内 容，学生有着浓厚的兴趣。但显然高中学生不仅仅只把教材当作科普材料来读，高中生的学 习也不仅仅只停留在兴趣这一层面，而应将兴趣转化为学习的持续动力，要能用化学的观点 来解决一些问题，这是本节课教学过程中要考虑的问题之一。 三、设计思想 本节课的重点是海水中的化学资源的开发和利用，关键是要体现出“综合利用”这样一 个观点。设计的思路是以粗盐提纯为载体来设计问题“从海水中提取出粗盐后，苦卤水中还 主要含有 Mg2＋、Br－和 I－，如何进一步提取或检验这些元素”，以这个问题作为贯穿课堂教 学的主线，以资料卡片为辅助性材料，以实验探究为主要手段，以化学问题为引领，建构课 堂教学体系，培养学生的探究能力。 四、教学目标 知识和技能：了解化学方法在海水资源开发中的应用。 过程和方法：通过活动探究，了解海洋资源的种类及开发利用的现状，培养学生分析、 解决问题的能力。 情感、态度与价值观：通过对海水资源开发利用的探讨和学习，体会和赞赏化学对于生 产、生活的贡献，揭示化学和可持续发展的关系，培养问题解决的参与意识和对自然的关注。 五、教学重点和难点 海水中化学资源的合理开发和综合利用。 六、教学过程设计 [教师活动]导入：(展示海洋的图片)我们生活在海边，看到这几幅图片，请思考海洋里 有哪些资源和能源可被利用？ [学生活动]交流讨论：海洋中的水资源非常丰富；还有鱼、虾、蟹、贝、藻等生物资源； 海洋里有丰富的化学资源，如：锰结核、镁、钾、溴、碘、氯化钠等各种矿物；海洋还是各 种能源的天然宝藏，海洋里有天然气、油田气，还能利用潮汐能、波浪能、核能来发电…… [设计思路说明]连云港市紧邻大海，学生对海洋非常熟悉，通过图片这一直观形式，更 激发学生的学习兴趣，让学生乐于开口交流，营造了一个活跃的课堂气氛，为后续的交流讨 论奠定基础。 [教师活动]引入课题：海洋能给我们提供各种宝贵的财富，这节课我们将从水资源和化 学资源的角度了解海水资源的开发利用。 请同学交流目前淡水资源的开发利用现状。 过渡：我们面对着茫茫大海；却又面临缺水现状，如何解决这一问题？ [学生活动]展示事先搜集的数据：地球表面虽然有 71%被水覆盖，但其中有 97.2%是海 水，在仅有的 2.8%的淡水中，又有 69%是人类难以利用的两极冰川，这样算来人类可用淡水 只占全球总水量的 0.77%。 我们不能望洋兴叹，我们要向海洋要淡水。 [设计思路说明]在课前，教师布置学生查阅淡水资源的现状，一方面锻炼了学生获取信 息的能力，另一方面也能让学生通过具体的数据体会淡水资源的紧缺现状和海水淡化的重要 意义。 [教师活动]介绍：海水淡化的方法很多，其中历史最悠久的、技术最成熟的莫过于蒸馏 法。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 5 展示：蒸馏海水的装置 引导回忆：请同学们根据这个蒸馏装置描述蒸馏原理并思考蒸馏实验操作中有哪些注意 事项？ [学生活动]倾听、交流、回答：由于水和盐的沸点不同，加热时水先汽化转变为水蒸气， 经冷凝管冷凝后在锥形瓶中得到淡水； 在蒸馏的时候，应注意几点：冷凝水的流向，防暴沸，温度计水银球的位置等等。 [设计思路说明]通过海水蒸馏法淡化这一实例，回顾、复习了已有知识：蒸馏的原理和 操作。 [教师活动]过渡：蒸馏法是海水淡化的最成熟的方法，其原理简单，操作方便，但这种 方法需要加热、能耗较大。现在其他一些比较先进的海水淡化方法也逐渐得到应用并不断完 善。 [展示资料卡片]海水淡化的其他方法简介 太阳能蒸发法：利用太阳能使水蒸发为水蒸气，冷却后得到淡水。 电渗析法：用薄膜淡化海水的新技术，它使用的是一种离子交换膜，阴、阳离子交换膜 交替排列在电渗析法设备的两个电极板之间，组成了相互独立的隔室，通电后海水中的阴、 阳离子在电场的作用下渗出膜外，海水得以淡化。 离子交换法：离子交换树脂能吸附溶液中的离子，使咸水变为淡水——离子交换树脂中 带有很多 H＋、OH－，利用离子交换树脂，海水中的 Na＋和 H＋交换，Cl－和 OH－等交换，使得海 水得以淡化。 [学生活动]观看太阳能蒸发法、电渗析法和离子交换法的示意图片，交流。 [设计思路说明]体会工业生产和实验室操作的差别，体会新方法、新技术对生产和生活 的贡献。 [教师活动]过渡：海水资源的另一个应用是用海水作为工业冷却用水。据统计，工业用 水中约 60%是用作冷却用水。 [学生活动]讨论、交流：我们还可以用海水来冲厕；之所以在连云港建核电站(田湾核 电站)，一个重要原因就是连云港这里丰富的海水资源可以作为核电站的冷却用水。 [设计思路说明]通过教师的引导，学生讨论海水水资源的应用：从海水冲厕，到本市的 核电站用水，大家热情高涨，头脑风暴愈演愈烈。 [教师活动]转入化学资源的开发：海水中含有丰富的化学资源，如果将这些资源提取出 来，那将带来巨大的效益。比如你就是盐场的技术人员，你如何提取海水中的 NaCl? [学生活动]议论：可以海水晒盐 [设计思路说明]通过一个假设性的问题“假如你是盐场技术人员”(思路来自于必修 1 《用途广泛的金属材料》一节的实践活动：角色扮演——是否应该停止使用铝制饮料罐)， 将实际问题引到学生的身边，激发学生参与意识和问题解决的积极性。 [教师活动]引导：海水晒盐能得到纯净的食盐吗？粗盐中含有哪些杂质离子？如何对粗 盐进一步提纯？ [学生活动]加入 NaOH、BaCl2 和 Na2CO3 来除去粗盐中的 Mg2＋、SO 2－ 4 和 Ca2＋，除杂试剂应 过量，且试剂加入的顺序有要求。 [教师活动]引导归纳：你能画出从海水中提取 NaCl 的流程图吗？ [学生活动] 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 6 [设计思路说明]粗盐提纯是学生已掌握的知识，这里复习了相关知识，并要求学生画出 提取 NaCl 的流程图，不但更加明晰了实际操作流程，而且为接下来海水苦卤中其他离子的 提取做了铺垫。 [教师活动]进一步引导：提纯得到的食盐有什么作用？如何利用食盐来提高经济效益？ 可以用食盐来发展哪些产业？ [学生活动]制取单质钠；发展纯碱工业(侯德榜联合制碱法)；发展氯碱工业。 [设计思路说明]连续利用的思想，物尽其用的思想，持续发展的思想。 [教师活动]如何从盐卤里提取镁？ 展示：工业上海水提镁的流程图 [教师活动]引发讨论： (1)海水提镁要用到贝壳，贝壳的作用是什么？ (2)这个生产流程采用了哪些措施来提高经济效益？你获得哪些启示？ [学生活动]写出贝壳的主要成分发生的反应方程式，谈自己所获得的启示。 [设计思路说明]就地取材，海边丰富的贝壳可以用来制石灰乳，这是学生第一次涉及实 际生产过程中的效益问题，以后学生还将在硫酸工业、合成氨工业中涉及这个问题，这里学 生初步体会到要想提高生产效益需要精心设计生产流程，需要考虑各方面因素。 [教师活动]除了镁之外，苦卤中的 Br－和 I－能否也被提取出来呢？ [学生活动]阅读课本的资料卡片——海水提溴，写出该过程中涉及的化学方程式。 [教师活动]展示资料卡片： 1．海水中碘的含量为 0.000 6 mg·L－1； 2．海水中碘元素的存在形式主要为 I－，富集在海带中； 3．碘是人体必需的微量元素，与人体智力发育密切相关，缺碘易导致智力低下和甲状 腺肿大。 [设计思路说明]通过资料卡片了解碘的相关知识。通过教材上的资料卡片和教师展示的 资料卡片，了解有关背景。 [教师活动]教师演示实验： 1．剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中； 2．灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却； 3．将海带灰转移到小烧杯中，加蒸馏水煮沸、搅拌、过滤； 4．在滤液中加 H2O2 和稀 H2SO4，然后加几滴淀粉溶液，发现烧杯中溶液变蓝，证明海带 中含有碘元素：2KI＋H2O2＋H2SO4===I2＋2H2O＋K2SO4 (说明：由于将海带烧成灰状所需时间较长，用酒精灯将一坩埚干海带灼烧成灰状大约 需要半小时，因此笔者上课时用事先烧好的海带灰进行实验)。 [教师活动]讨论实验中的有关操作： ①海带为什么不能用水冲洗？ ②海带剪碎后，为什么要用酒精润湿？ ③为什么用 H2O2 氧化 I－，而不用其他的氧化剂？ [学生活动]学生热烈讨论： 学生 1：海带中的 I－会溶解在水中，造成损失。 学生 2：如果用水洗的话，海带不容易燃烧。 学生 3：坩埚外面用酒精灯加热，当温度升高到一定程度时，坩埚内的酒精也将燃烧， 这样“内外夹击”，坩埚里的海带更易被烧成灰。 学生 4：H2O2 是绿色氧化剂，氧化后不会产生杂质。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 7 学生 5：H2O2 不会再把 I2 氧化成＋1 价的碘的化合物。 学生 6：H2O2 为无色的氧化剂，滴加淀粉溶液后容易观察到蓝色；如果用酸性高锰酸钾 作氧化剂，由于高锰酸钾为紫色，加淀粉溶液后不易观察颜色。 [设计思路说明]这里对海带中碘元素的检验又掀起了课堂教学的一个高潮，一是学生亲 眼见到了淀粉溶液遇到海带灰的溶液变蓝，感受到生活中处处有化学；二是对实验操作的有 关讨论充分发挥想象能力和推理能力，学生的推断有理有据。 [教师活动]结合教材“海水综合利用联合工业体系一例”流程图，总结本节课教学内容 [教后反思] 本节课，为了避免教学内容科普化，我在教学中采用了两个方法，第一就是深入探讨真 实的生活问题，比如“海水晒盐”这一内容，对于小学生和初中生的教学要求比较低，能知 道可以采用日晒蒸发的方法从海水中获取食盐就可以了，而在高中阶段就得提高要求，深入 挖掘海水晒盐中的化学原理了，比如得到的粗盐中含有哪些杂质离子，粗盐中的杂质除杂方 法等等，对生活问题的深入探讨将使学生的思维能力上升到一个更高的层次；第二就是采用 “任务驱动”的方式教学，以“任务”的方式激励学生，这里“任务”的体现形式多样：“任 务”可以是一个个问题，通过讨论一些具体的问题来培养学生的化学素养，比如氧化 I－的 氧化剂的选择；“任务”还可以是角色扮演，“假如你是盐场的技术人员，你如何想办法提 高生产效益”，通过设置这样一个设身处地的情境，让学生真正地去想问题、想办法、梳理 思路；“任务”也还可以是查阅资料，比如让学生课前查阅资料，了解淡水资源的现状等等。 从实际教学效果看，本节课在任务的驱动下，师生深入探讨真实的生活问题，发展了学生学 习和实践的能力。 活动与探究 查阅资料，写篇小论文：海水资源简介。 参考练习 1．镁粉在焰火、闪光粉、鞭炮中是必不可少的原料。工业上制造镁粉是将镁蒸气在某 种气体中冷却，有下列气体：①空气、②CO2、③Ar、④H2、⑤N2，其中可作为冷却气体的是 ( ) A．①和② B．②和③ C．③和④ D．④和⑤ 2．用 H2、C、CO 分别与等质量的氧化铜在高温下反应，使 CuO 中的 Cu 全部还原出来， 消耗 H2、C、CO 的质量比为( ) A．1∶1∶1 B．1∶3∶14 C．1∶6∶14 D．2∶1∶2 3．下列说法正确的是( ) A．有些活泼金属如铝可作还原法的还原剂 B．用电解 NaCl 溶液的方法来冶炼金属钠 C．可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝 D．回收废旧金属，可以重新制成金属或它们的化合物 4．热还原法冶炼金属的反应一定是( ) A．氧化还原反应 B．置换反应 C．分解反应 D．复分解反应 5．下列金属中，既可用热分解法又可用电解法制备的是( ) A．Fe B．Cu C．Al D．Ag 6．有 0.4 g 铁的氧化物，用足量的 CO 在高温下将其还原，把生成的全部 CO2 通入到足 量的澄清石灰水中，得到 0.75 g 固体沉淀物。这种铁的氧化物的化学式为( ) A．FeO B．Fe2O3 C．Fe3O4 D．Fe4O5 7．古代的“药金”外观与金相似，常误以为是金子。冶炼方法如下：将碳酸锌、赤铜 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 8 (Cu2O)、木炭混合加热至 800 ℃得金光闪闪的“药金”。 (1)“药金”的主要成分是__________。 (2)有关冶炼的化学方程式是__________、__________、__________。 参考答案 1．C 2.B 3.AD 4.A 5.D 6.B 7．(1)Zn、Cu (2)ZnCO3=====△ ZnO＋CO2↑ 2ZnO＋C=====△ 2Zn＋CO2↑ 2Cu2O＋C===4Cu＋CO2↑