第四章第一节 《开发利用金属矿物和海水资源》学案设计
第1课时
一、学习目标：
1、以金属矿物的开发和利用为例，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、掌握金属冶炼的原理和方法
3、掌握铝热反应的原理及实验
4、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。
5、通过学习自然资源的合理开发与利用，培养环保意识和节约意识。
二、学习重点
1、金属冶炼的实质、原理。
2、熟悉金属冶炼的步骤以及方法。
3、通过高炉炼铁了解金属冶炼的基本步骤，并能用速率理论解释某些工艺。
三、学习难点
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、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、学习过程
【温故知新】
复习初中所学有关金属元素在自然界的存在形态及含量的知识。
开心自测：1、在地壳中含量最高的金属元素是 ，其次是 。
2、自然界中金属元素一般以什么形式存在？
【我能自学】
首先请仔细阅读、思考教材上的相关内容，然后完成下列及步步高学案47页的填空：不明白的地方可与同学讨论。
（一）、金属的冶炼
1、金属在自然界中的存在形式
（1）只有 等极少数金属以 的形式存在。
（2）决大多数金属都以 的形式存在。
2、金属元素化合价的特点 。
3、金属冶炼的实质和原理
4、金属冶炼的方法
(1)热分解法 原理：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, 适用范围：适用于 金属的冶炼。
举例：2HgO === ； 2Ag2O === 。 (2)热还原法 原理：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（ 、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来。
适用范围：适用于大多数 金属的冶炼。
举例：高炉炼铁：Fe2O3+CO ；
用氢气还原氧化铜：
钨的制备： WO3+H2
铝热反应炼铁： Fe2O3+Al 。
铝热反应：（课本P81实验4-1）
概念：铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应生成另一种金属并放出大量热的化学反应。
原理：铝作还原剂，金属氧化物作氧化剂，用铝将金属氧化物中的金属还原出来。
铝热剂：铝粉与某些金属氧化物（如Fe2O3 、V2O5 、Cr2O3 等）组成的混合物。
特点：在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，生成的金属单质呈熔融状态且易与Al2O3分离。
现象：
。
注意事项：①实验时要注意安全，反应装置应远离易燃物；②铝粉要细，要没有被氧化，最好用铝银粉（商业名称）；(3)氧化铁粉末要干燥；（4）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。
结论： 。
应用：①焊接钢轨 ②冶炼高熔点的相对较不活泼的金属，如V、 Cr、 Mn等。
(3)电解法 原理：活泼金属较难用还原剂还原,通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属。
适用范围：适用于 的金属的冶炼。
举例：钠的冶炼：NaCl（熔融）
4NaOH（熔融） 4Na+O2+2H2O
镁的冶炼：MgCl2（熔融）
铝的冶炼：Al2O3
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↑
另外，某些不活泼金属的精炼也用电解法。
(4)其他方法：
火法炼铜：铜可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来。 Cu2S + O2 =高温== 2Cu + SO2
湿法炼铜：Fe+CuSO4=== 。
（二）、有效利用金属资源的途径
1、提高金属矿物的 。
2、减少金属的 。
3、加强金属资源的 。
4、使用 代替金属材料。
【我能参与】
思考：1、工业上制备金属铝，采用电解熔融的Al2O3（加冰晶石时）而不电解熔融的AlCl3；而工业上制备金属镁，则采用电解熔融的MgCl2，不采用电解MgO的原因是什么？
2、为什么人类使用铁器比使用铜器晚？
3、金属冶炼有哪些步骤？
4、地球上的金属矿物资源是有限的，如何合理开发和有效使用金属资源？
5、在海底发现的大量多金属结核矿是人类重要的金属资源，思考目前开发这些海底金属资源可能遇到的主要问题是什么？
思维拓展：1——4见《步步高学案》47页。
【知识总结】金属活动顺序表中不同金属冶炼方法的选择
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag
【质疑提问】
五、一显身手
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
C．（Ⅲ）用③ D．（Ⅳ）用④
六、随堂检测
1．我国古代的湿法冶金术是世界闻名的。我国在世界上最先应用湿法冶金术冶炼的金属是（ ）
A、Fe B、Cu C、Ag D、Hg
2．在冶金工业上，均不能用化学还原剂制得的一组金属是（ ）
A、Na Mg Al B、Na K Zn Fe
C、Zn Fe Cu Ag D、Mg Al Zn Fe
3．下列冶炼方法中，可将化合物中的金属元素还原为金属单质的是（ ）
A、加热Al2O3 B、加热CaCO3
C、电解熔融NaCl D、氯化钠与铝粉高温共热
4．铝能用于冶炼难熔的金属（如：钒、铬、锰等），这是因为铝具有什么性质 （ ）
A、金属性和非金属性 B、导电性
C、熔点低 D、还原性，在冶炼反应中放出大量热
5．下列金属冶炼的反应原理，错误的是 （ ）
A、2NaCl（熔融） 2 Na+Cl2↑ B、MgO+H2 Mg+H2O
C、Fe3O4+4CO 3Fe+4CO2 D、2HgO2Hg+O2↑
七、布?置作业?
《步步高学案》48页
课件30张PPT。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 第1课时 第四章 化学与自然资源的开发利用教学目的
1、了解化学方法在金属矿物开发中的作用
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。
教学重难点
常见金属的冶炼方法一、金属在自然界存在金银铂陨
铁赤铁矿磁铁矿黄铁矿孔雀石菱镁矿铝土矿氯化钠游离态金属矿化合态金属矿黄铜矿《浪淘沙》
-刘禹锡
日照澄洲江雾开,
涛金女伴满江隈.
美人首饰侯王印,
尽是沙中海底来. 二、金属冶炼的方法古代物理方法：淘金原理 刚果手工金矿开采马达加斯加街头淘金者原理是:金的质量较沙重,在淘去粗沙后,用水银滚动吸附金,水银是已知唯一可以粘附金的物质.二、金属冶炼的方法二、金属冶炼的方法热分解法：古代炼丹术家葛洪，曾经在他的著作《抱朴子》中记载有“丹砂烧之成水银”[思考]你能说出几种常见的金属单质及其在自然界中的存在形式吗？ 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。 一、金属单质在自然界中的存在形式活泼性不同的金属,所用的冶炼的方法也不同。人们在生活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来，提炼的过程就是金属的冶炼过程。 1、原理-----应用氧化还原反应，将金属从矿石中还原为金属单质。[交流与思考]金属冶炼的原理是什么？ [交流与思考] 金属活动顺序与金属冶炼方法有没有必然的联系呢?2、冶炼金属的方法要根据金属活动性的不同,采用不同的冶炼方法.(1) 热分解法（适合一些不活泼金属如Hg 、 Ag等）2、冶炼金属的方法(2)热还原法（适合大部分金属,从Zn----Cu ）-------常用的还原剂有C、CO、H2、活泼金属等.Fe+CuSO4===FeSO4+Cu湿法冶金曾青得铁则化为铜.湿法炼铜:
Fe+CuSO4==FeSO4+Cu
火法炼铜:
Cu2S+O2==2Cu+SO2高温注意观察演示实验现象铝热反应 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。反应的特点:
反应放出大量的热,产生高温.其它铝热反应:
写出Al和V2O5、MnO2、Cr2O3发生铝热反应的方程式.铝热反应的应用 铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等。在冶金工业上也常用于冶炼高熔点金属 ，如冶炼钒、铬、锰等(3) 电解法（适合一些非常活泼金属,如K---Al） 钠、钙、镁、铝等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。小结：结合金属活动顺序表思考不同金属的冶炼方法.K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag 其他方法: 淘取法--------如,淘金等.[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. 在富集好的矿石中利用不同方法将金属还原出来，最后进行提纯。3、金属的冶炼的步骤：矿石的富集→冶炼→精炼高温热还原法4、金属的回收和资源保护 (1)回收金属的意义：
①节约矿物资源 ②节约能源
③减少环境污染(2)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[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④B[练习2] 随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是（? ）。
A、利用电池外壳的金属材料
B、防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C、不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D、回收其中石墨电极及金属铜B[练习3] 用铝热法还原下列化合物，制得金属各1mol，消耗铝最多的是（? ?）
A、Fe2O3 B、 ?MnO2
C、 V2O5 D、 Cr2O3规律:找出化合价最高的那种金属即可.化合价越高,还原得1mol该金属需要的电子就越多,消耗铝的量就越多.+3+4+3+5C[练习4]下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是（?? ） DAlCl3是共价化合物,熔融状态下不导电.； [练习4] 在烧制砖瓦时,用粘土做成的坯经过烘烧后,铁的化合物转化为______而制的红色砖瓦。若烘烧后期从窑顶向下慢慢浇水,窑内会产生大量的___________气体.它们把该红色的物质还原成黑色的化合物是_______________,同时还有未烧的碳颗粒,而制得青色的砖瓦.Fe2O3H2和COFeO、Fe3O4[小结]这节课我们学习了常见金属的冶炼方法.金属的活动性不同,所采用的冶炼方法也不一样.在学习中要注意区别比较.金银白金陨铁游离态金属矿赤铁矿磁铁矿黄铁矿孔雀石菱镁矿铝土矿氯化钠化合态
金属矿黄铜矿课件21张PPT。第一节 开发利用金属矿物和海水资源 海水资源的开发利用 第2课时 第四章 化学与自然资源的开发利用教学目的
1、了解海水中所含有的资源及其开发利用
2、掌握海水淡化的方法。
3、掌握从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品原理及方法。
教学重难点
海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品原理及方法海洋约占地球表面积的71%，水储量约为1.3×109亿吨，为地球总水量的97%，富含大量可溶性盐，包含多种金属元素和非金属元素，同时孕育了大量的水生动植物，可谓资源丰富，怎样对其进行开发利用呢？二、海水资源的开发利用1、海水的组成：含八十多种元素。
其中，H、O、Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr等总量占99%以上，其余为微量元素；特点是总储量大而浓度小，以无机物或有机物的形式溶解或悬浮在海水中。
总矿物储量约5亿亿吨，有“液体矿山”之称。堆积在陆地上可使地面平均上升153米。
如：金元素的总储量约为5×107吨，而浓度仅为4×10-6g/吨。
另有金属结核约3万亿吨，海底石油1350亿吨，天然气140万亿米3。知识拓展 ：海洋生物资源非常丰富 大陆架的浅海海底：
石油、天然气、煤、硫、磷等
近岸带的滨海砂矿：
砂、贝壳等建筑材料和金属矿产
多数海盆中：
深海锰结核海洋油、气开发国际合作和工程招标海洋能源具有商业开发价值的：潮汐发电和波浪发电2、海水淡化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。太阳能蒸发海水示意图： 海水淡化设备 低温蒸馏海水淡化具有设备的一次性投资低、热电消耗低、传热效率高、操作弹性大、产品水的纯度高、装置的安全性好等诸多优点，是世界各国竞相发展的淡化技术。 例如：制备氯化钠、氯化镁等。进一步再用于提取多种金属单质和非金属单质。海水粗盐（氯化钠）浓缩海水蒸发结晶沉淀（氢氧化镁）洗涤、加盐酸MgCl2·6H2O结晶无水MgCl2脱水HCl气氛中熔融 电解MgCl2加碱3、海水制盐：利用浓缩、沉淀、过滤、结晶、重结晶等分离方法制备得到各种盐。 [练习1]从海水中提取镁的主要工艺流程如下: 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 。?NaOH 或Ca(OH)2过量取上层清液，滴入NaOH溶液，不产生沉淀 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：（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??????????????? ???????? 。过滤 HCl? [练习1]从海水中提取镁的主要工艺流程如下:4、海水提溴（空气吹出法）：Br2②吸收塔与SO2混合HBrBr2产品① 2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl② Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4③ 2HBr+Cl2=2HCl+Br2☆写出上述过程中①②③三个步骤的化学反应方程式.5、从海带中提取碘的实验①原理: 2HI + H2O2 = I2 + 2H2O（溶液变为棕黄色）②提取流程 [总结] 非金属单质的制备方法：利用氧化剂将非金属阴离子氧化为单质。（氧化还原反应的应用）（3）海水综合利用：（P.84图4-5）海水综合利用联合工业体系一例能源开发：海水潮汐能、波浪能发电…淡水[练习2] 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”平均组成可表示为（ ）
A、3CH4·H2O B、CH4·3H2O
C、 CH4·6H2O D、CH4·8H2OD[练习3] 从海水中可以提取溴,主要反应为2Br- + Cl2 = Br2 + 2Cl- ,下列说法中正确的是( )
A、溴离子具有氧化性
B、氯气是还原剂
C、该反应属于取代反应
D、氯气的氧化性比溴单质强D[练习4] 向NaBr和KI的混合溶液中通入足量的Cl2后,将溶液蒸干并灼烧,最后得到的物质是( )
A、 NaBr 和KI B、NaBr 和KCl
C、NaCl和KCl D、NaCl、KCl和I2C[归纳小结]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第四章第一节 《开发利用金属矿物和海水资源》学案设计
第2课时
一、学习目标：
1、了解海水资源及其利用
2、了解海水淡化的方法。掌握海水的蒸馏。
3、掌握海水化学资源的开发和利用，即海水制盐、海水提镁、提溴、提碘。
4、通过学习自然资源的合理开发与利用，培养环保意识和节约意识。
二、学习重点
1、了解海水淡化的方法。掌握海水的蒸馏。
2、掌握海水化学资源的开发和利用，即海水制盐、海水提镁、提溴、提碘。
3、通过学习自然资源的合理开发与利用，培养环保意识和节约意识。
三、学习难点
1、掌握海水的蒸馏。
2、掌握海水化学资源的开发和利用，即海水制盐、海水提镁、提溴、提碘。
四、学习过程
【温故知新】
复习初中所学有关地球上水资源的知识。
开心自测：海洋约占地球表面积的 ，具有十分巨大的开发潜力。仅以海水为例，海水水资源的利用和海水化学资源的利用是非常广阔的前景。
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 。海水中水资源的利用主要包括 和 。通过从海水中提取 或从海水中把 分离出去，都可以达到淡化海水的目的。
【我能自学】
首先请仔细阅读、思考教材上的相关内容，然后完成下列及步步高学案49页的填空：不明白的地方可与同学讨论。
（一）、海水水资源的利用
1、海水水资源：海洋约占地球表面积的 ，海水约占全球总水量的 。
2、海水水资源的利用
（1）利用方式：主要包括： 等。
（2）海水淡化的途径主要是 。
（3）海水淡化的方法主要有 等。
（4）海水的蒸馏
（二）、海水化学资源的开发利用 1、海水中的化学元素 。
2、海水化学资源的开发利用
（1）海水制盐
方法：把海水引到盐滩上，利用日光和风力使水分蒸发，得到食盐。
原理：蒸发海水，使食盐浓缩结晶。
食盐的用途： 第一：氯碱工业 制氢氧化钠、氯气、氢气、盐酸等。第二：制钠和氯气。第三：制漂白粉。第四：制纯碱。
(2)从海水中提取镁,钾,溴,碘等化工产品 海水提溴：
将Br - 转变为Br2是海水提溴中关键的化学反应（资料卡片），设计一个实验方案模拟这一生产过程，写出相关反应的化学方程式。
Cl2 + 2Br- （氧化）
Br2 + SO2 + H2O （富集）
Cl2 + 2Br- （提取）
海带提碘：
①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 + 2 H+ ===
【问题讨论】海水提溴只要原理符合即可；I-检验，很多氧化剂都可以氧化I-，用H2O2有什么好处？
②提取流程
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。
海水提镁：
主要反应原理：CaCO3
CaO + H2O
Ca(OH)2 + MgCl2
Mg(OH)2 + 2HCl
MgCl2
(3)从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料 (4)从海水中获取其他物质和能量 （三）、海洋资源的综合利用
【我能参与】
思维拓展：1——4见《步步高学案》49页。
五、一显身手
步步高学案《随堂训练》1—2题。
六、随堂检测
1、水是非常重要的资源，下列关于水的说法错误的是（ ）
A、蒸馏法是海水淡化的方法之一
B、淡水的密度小于海水的密度
C、融化的雪水中矿物质含量比深井水中的少
D、0℃以上，温度越高，水的密度越小
★2、为了证明氯酸钾晶体中含氯元素，选用给出的试剂和操作，其操作顺序正确的是 （ ）
①滴加AgNO3溶液②加水溶解③过滤、取滤液④与二氧化锰混合加热⑤加稀HNO3 ⑥与浓盐酸反应 ⑦加NaOH溶液加热 ⑧用淀粉碘化钾
A、⑥⑦①⑤ B、⑥⑧ C、④②③①⑤ D、②①⑤
3、由于“智力工程”的推进，“碘盐”已经开始进入千家万户。下列关于“碘盐”的叙述中正确的是（ ）
A、“碘盐”宜密封保存 B、“碘盐”就是“I2+NaCl”
C、 “碘盐”就是NaI D、使用“碘盐”时以高温煎炒
4、医生建议因缺少某种元素而患甲状腺肿大的病人多食海带，这是由于海带含有较丰富的（ ）
A、碘元素 B、铁元素 C、钾元素 D、锌元素
★5、从海藻灰中提取碘的方法是：往海藻灰浸取液中通入氯气后用升华方法将置换出来的碘提纯。但向浸取液中通入氯气时会生成少量性质类似于Cl2的I Cl和I Br。为了消除这两种杂质，使其中的碘完全游离出来，需要加入适量的（ ）
A、CaO B、KI C、H2O D、酒精
6、从海水中提取下列物质，可以不涉及化学变化的是 （ ）
A、Mg B、NaCl C、Br2 D、K
7、马利亚纳海沟是世界上最深的海沟，深11km，科学家进行考察时发现海沟深处有鱼虾，却没有绿色植物其原因是（ ）
A、没有阳光 B、温度太低
C、压强太大 D、缺少CO2和O2
8、检验溶液中是否含I-，可以加入试剂 （ ）
A、只有AgNO3溶液 B、用AgNO3溶液和稀硝酸
C、用溴水和CCl4?? D、用溴水和酒精
9、下列哪种试剂加入到含有Br-的溶液中，可以将Br-氧化为Br2（ ）
A、I2 B、I- C、Cl2 D、 Cl-
七、布?置作业?
《步步高学案》50页
必修II第四章《化学与可持续发展》教学设计
、本单元设计：
本单元教学的主要目标是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，揭示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。教材从金属矿物以及海水资源的开发利用两个专题，阐明化学在自然资源的合理开发和综合利用上的作用，首先是因为在当今全球资源、能源供应紧张与人口迅速增长的矛盾日益突出的情况下，金属矿物和海水资源同人类的生活有着日益紧密的联系，同时学生在前面的学习中已经了解钠、铝、铁、铜等金属以及氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的主要性质，并且对金属冶炼及海水资源也有一定的了解，这些都为学习创造了条件。接着从资源利用和环境保护这一视角，进一步阐明化学和人类可持续发展的关系，两节内容相辅相成。纵观历史，从使用火到水、木材、煤、石油、天然气等资源,人类能源的来源全部都是从自然界中得到，其中的大多数资源属于不可再生的有限资源。仅仅注重资源开发是远远不够的，人类要实现可持续发展，就必须做到合理开发资源、最大限度地利用好资源，还要保护好环境。而化学不仅在资源开发上能发挥重要作用，在资源的综合利用以及环境保护方面同样大有用武之地。
、本单元在教材中所处的地位及作用
功能和地位
化学研究和应用的一个重要目标就是开发和利用自然界中一切可能的物质资源和能量资源，为人类生存和社会发展提供必要的物质和能源基础；同时,应该注意到这一过程必须同自然环境相互协调，走可持续发展的道路。这是贯穿本章始终的核心观念。本章作为高中必修模块的结尾，不仅对于学生总结复习很重要，而且对于学生进一步确定、学习后续的选修模块乃至选择自己未来升学和就业方向都可能会产生一定的影响。
①从科学知识的角度，有利于学生将前面所学过的知识和技能进行必要的梳理、归纳和拓展。
②从科学、技术和社会相互作用背景的角度，有利于学生加深体会化学在综合利用自然资源的作用，学会辨证地看待人类和自然协调发展中可能会遇到的问题，并培养做出明达决策的意识和能力。
2 内容的特点
①突出主题：通过金属矿物的开发，海洋资源的开发和化石燃料的利用为例，突出“化学与可持续发展”的两个方面，一是利用化学变化不断提供人类生存和发展的物质条件(主要包括获得有用物质和获得能量)，利用化学变化还可以创造自然界原本没有的物质(主要指合成高分子化合物)，从而使生活更加方便、舒适；二是在开发自然资源的过程中，必须深刻地认识到保护周围环境、维护生态和平的重要性，建立可持续发展的观念。
②体现基础:知识内容方面是在紧紧围绕金属矿物、海水和化石燃料这些人类重要自然资源的综合利用中的化学基本原理和基础知识。学习方法方面是通过比较、分类、归纳等基本方法来梳理从而较系统掌握学科的基础知识。情感和价值观方面利用金属矿物、海水和化石燃料这些人类重要自然资源的综合利用中过程的利弊来感受人与社会的和谐发展。
三、本章课时安排及教学重难点
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。煤、石油、天然气的综合利用，特别是石油的利用；通过环境保护和绿色化学的有关知识，使学生加强环保意识并培养绿色化学的理念
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。石油裂化的原理。
四、本章相关内容的新旧对比分析
新旧课程标准的对比及分析
本章的内容要求在新的《高中化学课程标准》中是属于必修2的主题3《化学与可持续发展》。在课程标准中第四章与第三章的要求放在一起，说明第四章的学习是建立在第三章学习的基础上的。（以下有下划线是第四章的内容要求）
主题三 化学与可持续发展
内容标准
活动与探究建议
1．认识化石燃料综合利用的意义，了解甲烷、乙烯、苯等的主要性质，认识 乙烯、氯乙烯、苯的衍生物等在化工生产中的重要作用。 ??? 2．知道乙醇、乙酸、糖类、油脂、蛋白质的组成和主要性质，认识其在日常生活中的应用。 ??? 3．通过简单实例了解常见高分子材料的合成反应，能举例说明高分子材料在 生活等领域中的应用。 ??? 4．以海水、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间转化中的作用。认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值。 ??? 5．以酸雨的防治和无磷洗涤剂的使用为例，体会化学对环境保护的意义。 ??? 6．能说明合成新物质对人类生活的影响， 讨论在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性。
①查阅资料：利用石油裂解产物乙烯制取重要的化工产品。 ??? ②实验探究：乙烯、乙醇、乙 酸的主要化学性质。 ??? ③讨论从乙烯制备乙酸的合成路线。 ??? ④对比实验：尿液中葡萄糖的检测。 ??? ⑤实验：淀粉的水解和水解产物的检验。 ??? ⑥查阅资料：海水资源及其利用。 ??? ⑦调查：当地水污染及治理的情况。 ??? ⑧讨论：如何选择合适的洗涤剂。 ??? ⑨查阅资料：高分子材料的应 用与发展。 ??? ⑩查阅资料：符合“绿色化学” 思想的化工产品的生产
旧教材的大纲要求：
按照学生的认识水平，并参照有关知识在高中化学中的重要程度，对知识的教学要求可分为四个层次，从低到高依次是：
A：对所学知识有大致的印象。
B：知道“是什么”。能够记住学习过的知识的要点，能够根据提供的材料识别是什么。
新教材必修2第四章的内容在旧教材中分别在元素化合物的卤族、氧 族、金属的通性、烃合成材料中介绍
元素化合物
教学内容
教学要求
卤 族
海水资源及其综合利用
选学
氧 族
常见的生活环境的污染和防止
环境保护的重要意义
A
B
金属的通性
金属冶炼的一般原理
金属的回收和资源保护
B
A
烃
石油的分馏产品和用途
石油的分馏、裂化和裂解
煤的干馏和综合利用
A
A
合成材料
合成材料（塑料、合成纤维、合成橡胶的品种、性能和用途）
新型有机高分子材料
A
A
新旧教材内容的对比及分析
新教材中第四章的题目是《化学可持续发展》共两节书，第一节介绍的是金属矿物资源的开发和利用，以及海水资源的开发利用。金属矿物资源的开发在新教材中主要介绍冶炼金属的三种不同方法，还介绍了铝热反应。而这部分在旧教材中是高二化学第三《几种重要的金属》介绍《铝和铝的重要化合物》及《金属的冶炼》中介绍的。《海水资源及其综合利用》是旧教材高一化学第四章《卤素》中的选学内容，而在新教材中这一部分不但作为正文介绍，而且还加了海水提溴及海带含碘的科学探究，并且在介绍海水淡化的方法时再次巩固（必修1）第一章学习的蒸馏操作及原理。新教材本章的第二节《化学与资源综合利用、环境保护》主要介绍的是煤、石油和天然气的综合利用，及环境保护与绿色化学。煤主要介绍其成分及干馏产物，而石油主要介绍分馏、裂解，裂化。此内容在旧教材中是高二化学第四章《烃》第六节《石油、煤》，与旧教材相比这一节书的内容介绍得要简单。
五、本单元的内部结构关系、知识线索网
六、本单元的教学要求
广州市教研室对人教版高中化学（必修2）第四章的知识与技能教学目标要求
第一节 开发利用金属矿物和海水资源
基本要求
①知道根据金属的活动性不同，可分别采用加热、电解、还原剂还原等方法冶炼金属。并能从能量的角度选择金属的冶炼方法。能够书写相关的化学方程式。
②知道海水淡化的几种方法；掌握海水蒸馏的原理。
③知道从海水中提取溴、碘的原理。了解非金属置换反应。
④能参照海水提取镁过程的化学原理写出有关的化学方程式。
（通过上述要求让学生体会、认识海水资源的广阔前景）
弹性要求
初步学会梳理无机物之间的转化（镁及其化合物的关系）
不宜拓展
金属冶炼及海水综合利用的化工工艺技术。
第二节 化学与资源综合利用、环境保护
基本要求
①认识煤、石油、天然气是人类能源的主要来源。能书写简单代表物燃烧的化学方程式。
②了解煤的成分；知道通过煤的干馏可得到多种化工产品及其用途；知道煤的气化和液化可减少燃烧所造成的环境污染。
③了解石油的成分；知道通过石油的分馏及裂化可得到多种化工产品及其用途。
④通过乙烯的聚合反应了解常见高分子材料的合成；了解聚合反应的原理。知道日常生活中的一些合成高分子材料的应用。
⑤知道形成酸雨的主要物质是硫氧化物和氮氧化物；认识含氮、磷的水体污染问题；知道一些污染的来源及控制方法。（化学在三废治理方面发挥重要作用）
弹性要求
了解原子“原子经济”的概念
不宜拓展
各种控制污染的原理
七、本单元的课时安排
第一节? 开发利用金属矿物和海水资源???????? 2 课时；
第二节? 化学与资源综合利用、环境保护?????? 2 课时；
复习和机动?????????????????????????????????1 课时。
八、本单元每节课的教学流程及建议
化学与可持续发展是一个大课题，内涵丰富，知识面广。该教材只用4课时进行教学。我们必须解决内容多、时间短这一矛盾。
1．紧抓化学学科基础：参考教学目标提到的基本要求。教学过程紧扣学科的基本概念和基础理论。如金属的冶炼原理可与氧化还原理论结合，不同金属冶炼方法不同可与能量联系起来。又如金属及其化合物之间的转化可与物质的分类挂上钩。有机物的转化只抓裂解反应和加聚反应。教学要达成的目标是最最基础的学科内容。最具代表性的内容。
2．资源展现形式多样：本章教学的信息量需求很大。要激发学生的兴趣提高获取信息的效度。信息的呈现方式适宜采用多样化。如：海洋资源的丰富性的信息可通过有关的数据以表格形式展现。原油的分馏及裂化的产品和用途以彩图方式呈现，若制成动态的课件更好。有些不适宜用上述两种方式的就采用专题阅读资料呈现。如：“21世纪的矿物”－锰结核；会燃烧的“冰”－潜力巨大的新能源甲烷干冰。
3．最后一课时关于“绿色化学”和“可持续发展”建议采用专题讨论的方式进行。
1．第一课时教学流程
多媒体展示多种金属矿物及当代矿物开发水平 展示从金属矿石中提炼金属的步骤
引导学生回顾所学有关金属制备的知识，由具体到一般进行归纳总结（或多媒体呈现后学生归纳） 学生讨论归纳金属的活动顺序与金属冶炼的关系、归纳几种常用金属冶炼方法 录像：合理开发金属资源 活动探究：开发海底金属资源设想或回收废旧金属的意义
2．第二课时教学流程
录像：海水资源介绍 提出问题：利用海水资源，要解决哪些问题？
海水淡化装置 实验演示（原理分析） 多媒体呈现：海水化学资源概况
问题探究：海水提溴、海带中I-检验 实验 研讨：自然资源的开源节流
3．第三课时教学流程
课前自学教材内容，收集有关煤、石油、天然气综合利用的资料（包括文字及录象）
小组代表汇报 教师引导分析： 为什么对资源综合利用？
谈感受：科技进步给我们带来了什么？处理资源利用和环境保护的关系？
4．第四课时教学流程
“环境保护与绿色化学”的教学可以采取多种灵活的教学方式，既可以进行常规教学，也可以分组进行研究性学习，查资料。
九、本单元课堂教学效果评价及检测
第一课时：
在化学史上，金、银、铜等重金属发现较早，轻金属则发现较迟，如钾、钠、钙等直到19世纪才被发现，这是为什么？
镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的，主要步骤如下：
（1）为了使MgSO4转化为Mg(OH)2，试剂①可以选用 ，要使MgSO4完全转化为沉淀，加入①的量应 ；
（2）加入试剂①后，能够分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是 ；
（3）无水MgCl2在熔融状态下，如何得到单质镁？
。
（4）写出①、②两个过程中所发生的反应离子方程式：
。
金属铝、铁、银的冶炼常用什么方法？为什么
废旧金属如报废的汽车、自行车、罐头盒等金属制品，是一种固体废弃物，随着工业的发展，人民生活水平的提高，城市中这种固体废弃物也造成了环境污染，如何处理这些废旧金属提出自己的解决方法。
下列叙述错误的是 [ ]
A．炼铁时，还原剂CO将铁从铁矿中还原出来 B．活泼金属Na只能用电解法冶炼制出 C．汞的冶炼只能用还原剂法 D．铝的冶炼用还原剂法
自然界中的大多数金属以____态存在，少数不活泼金属能以____态存在。
在金属活动性顺序中，钾、钠、铝等金属一般常用____法提炼；位于氢以后的金属可用____法提炼；位于中部的金属一般可用____法提炼。
蒸馏的操作方法，可以用于分离 [ ]
A．混合气体 B．悬浊液里的固体和液体 C．沸点不同互溶的液体 D．一切混合物
第一课时答案：
1 发现的早金属化学性质不活泼，在自然界中以游离态形式存在，有的金属虽然以化合态存在但与碳在高温的条件下容易还原成金属，而一些活泼金属形成的化合物以电解熔融物的方法才能得到金属单质。而这种冶炼金属的方法发现的较晚。
2 ①NaOH ,过量② 过滤 ③ MgCl2====Mg+Cl2 ↑ ④ Mg2++2OH=Mg(OH)2 ↓ Mg(OH)2+2H+=Mg2++2H2O
3 冶炼铝用电解法，冶炼铁用还原剂法，冶炼银用加热法，因金属的化学活动性不同，得电子能力不同，还原能力不同。
4 略
5 C
6化合，游离 电解熔融物盐或氧化物，直接加热，热还原法
7 C
第二课时
科学家研制的一种使沙漠变绿洲的新技术，即在沙漠中喷洒一定量的聚丙烯酸酯
COOR
（〔―CH2―CH―〕n）与水的混合物，使其与沙粒结合，形成既能阻止地下的盐分上升，又能拦截、蓄积雨水作用。下列对聚丙烯酸酯的叙述中正确的是
聚丙烯酸酯是由结构简式为CH2=CHCOOR的小分子聚合而成的
聚丙烯酸酯没有固定的熔沸点
聚丙烯酸酯能发生加成反应
聚丙烯酸酯是纯净物
A. ①② B. ①②③ C.①②③④ D.①④
煤高温干馏的产物中，可用作燃料的是 [ ]
A．焦炭 B．煤焦油 C．焦炉气 D．粗氨水
石油分馏装置中温度计的水银球应放在 [ ]
A．石油的反应液中 B．接近容器底 C．蒸馏烧瓶的支管口处 D．容器瓶口处
在试管中加入2mL新制溴水，然后加入2mL裂化汽油，萃取水中之溴，振荡后静置，上下层液体均接近无色，这一实验失败的原因是____。
石油是纯净物还是混合物？它由哪些物质组成？
我们日常生活中经常遇到或用到的物质中，哪些属于石油化工产品？
下列石油加工的方法属于物理变化还是化学变化？①减压分馏 ②裂化 ③重整 ④裂解
石油经过哪些化学变化可以制成我们日常生活中使用的食品袋？
干馏和分馏有何区别和联系？
第二课时答案：
B
A C
C
溴与裂化汽油中的不饱和烃发生加成反应
混合物。各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物
液化石油气、汽油、煤油、柴油、沥青、各种塑料制品、蜡烛、合成纤维织物、合成橡胶制品等
物理变化：减压分馏 化学变化：裂化、重整、裂解
食品袋主要化学成分是聚乙烯塑料。将石油经高温裂解，从裂解气中得到乙烯，使乙烯在一定条件下发生聚合反应，可制成聚乙烯。
根据物质的沸点与压强的关系可知，压强越小，物质的沸点则越低。对于重油等沸点范围较高的液体物质而言，常压下要使其沸腾，往往需要较高的温度，而这样的温度下，会有一些烃分子发生碳化或分解，所得的润滑油质量就不高(如易燃烧等)。而对重油进行减压分馏，则可以使其中的各种馏分的沸点同时降低一定的程度，较好地发生分离而不发生碳化结焦或分解反应。
第三课时
酸雨形成的主要原因是( )
A.森林乱伐，破坏生态平衡 B.工业上大量含S燃料燃烧
C.制H2SO4厂排出大量尾气 D.汽车
下列有关污染的叙述，正确的是 [ ]
A．酸雨主要是空气中的NO，经氧化与水反应生成HNO3所形成
B．破坏臭氧层的主要物质是氟氯烃等物质
C．温室效应主要是因空气中CO浓度增高造成的
D．发电厂排放大量的废热入河、海中，会使流径的水域溶氧量减少。
在我国中西部大开发中，某省为筹建一大型化工基地，征集到下列方案，其中你认为可行的是 [ ]
A．建在中西部干旱山区可以脱贫致富
B．应建在水资源丰富和交通方便的远离城市的郊区
C．企业有权自主选择厂址
D．不宜建在人口稠密的居民区
阅读下文请回答
20世纪90年代初，国际上提出了“预防污染”这一新概念。绿色化学是“预防污染”的根本手段，它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各环节都实现净化和无污染的反应途径。
下列各项属于“绿色化学”的是 [ ]
处理废弃物 B．治理污染点
减少有毒物 D．杜绝污染源
第三课时答案
1 B 2 BD 3 BD 4 D
十、本单元综合探究活动
1 你家中有哪些金属物品？它们的使用寿命如何？失去使用价值的废旧金属制品是如何处理的？
2 利用假日调查你所在的城镇，有关污水治理情况
3为防止大气污染，你所居住的地方，市政府采取了哪些环保措施
十一、本单元典型教学设计
化学2 第四章 化学与可持续发展
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》教学设计
（一）教材分析
教材以金属在自然界中的分布、存在形式、引出关于金属的冶炼知识。在金属冶炼的三个步骤中，利用氧化还原反应原理，把金属矿石中的金属离子还原成金属单质这一步是最关键的步骤，也是化学所要重点研究的问题。由于金属的化学活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，冶炼方法自然不同。教材以金属活动性顺序为线索，以举例的方式，简介了三种冶炼金属的方法，即热分解法、热还原法和电解法。
热分解法适用金属活动性顺序中位于氢以后的金属；热还原法适用位于金属活动性顺序中部的金属；而对于钾、钠、钙、铝等活动金属，一般采用电解的方法制备。由于生产条件的不同，同一种金属也可能有多种冶炼方法，但冶炼方法的总的趋势是，金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，越容易被还原，用一般的还原方法就能使金属还原；金属的位置越靠前，越难被还原，最活泼金属只能用最强的还原手段来还原。
教材的第二部分是金属的回收和资源保护的有关知识，这些知识的教学要求不高，主要是为了培养学生的环境意识和资源观念。
（二） 教学目标
1．认识金属冶炼的本质并归纳冶炼金属的基本方法
（三） 教学过程
【提问】生活中你觉得金属是如何存在的？化合态？游离态？
【学生回答】生活中的金属大多以化合态存在，如铁锈、铜绿等。有的以游离态金属存在，如金等
【板书】
一 金属矿物的开发利用
1 金属在自然界中存在的形态
【提问】要把化合态的金属变成金属单质，使用什么方法？
【讲解】使用金属冶炼金属冶炼就是把化合态的金属元素转变为金属单质。而化合态金属大多呈阳离子状态，所以冶炼金属的实质就是：使金属阳离子获得电子，还原为金属原子的过程。示意为：Mn++ne→M
【思考】回忆初中学过的冶炼金属有哪些？写出化学方程式，这些方法属于什么原理？
【小结】（1）对活泼金属如K、Na、Ca、Mg、Al需用最强有力的还原手段——电解法。
（2）对较活泼金属如Zn、Fe、Sn、Pb、Cu、W可用还原剂法。
（3）对一些很不活泼的金属如Hg，用加热法即可。
【板书】
【练习】写出冶炼金属钠、铝、铁、汞的化学方程式。
【教师检查后板书】
【学生练习】（1）写出以H2作还原剂由WO3制金属钨的化学方程式；（2）写出以炭作还原剂还原CuO的化学方程式。
【讨论和思考】
①我国古代劳动人民最早发明了“水法炼铜”，是水法冶金的起源，在世界化学史上是一项重大贡献，早在西汉时期《淮南万毕术》里就有“曾青得铁，则化为铜”的记载，曾青可能是碳酸铜一类物质，把其溶于酸中得溶液，当把铁粉投入此液即可得铜，根据学过的化学知识，分析其原理，并写出化学方程式。
②早在人们使用铜铁之前，人们就使用黄金和白银作为饰物和货币；历史上的“青铜器时期”早于“铁器时期”而近百年才大量使用铝制品，这些历史事实与金属活泼性和冶炼的难易有什么联系？
【思考】
（1） 为什么不同金属的冶炼方法不同？
冶炼金属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。由于不同的金属离子的电子的能力不同，所以冶炼的方法不同。
（2）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。
