高中必修第二册《第一节 自然资源的开发利用》教学设计

自然资源的开发利用
【教学目标】
知识与技能
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。常识性介绍金属回收和资源保护的意义。
2.知道化石燃料是重要的自然资源，了解化石燃料燃烧对环境的影响，懂得选择对环境污染较小的燃料，认识化石燃料综合利用和开发新能源的重要意义。
3.揭示化学与可持续发展的重要关系。
4.树立资源保护意识及合理开发意识。
5.初步培养自主查阅资料的能力。
6.使学生初步掌握化学实验基本操作、基本技能。
过程与方法
1.自主学习，培养学生自学能力。
2.活动探究，通过了解金属资源的开发；金属冶炼；人类冶炼和使用金属的历史；金属资源的回收和再利用；海洋资源的类型；海水资源的开发及利用现状，培养学生归纳能力、比较能力。
3.通过设计对化石燃料燃烧产物成分分析的定性定量实验，使学生学会解决物质（气体）检验的一般方法。
情感态度与价值观
1.帮助学生树立节约资源、爱护环境、变废为宝等意识。
2.通过金属矿物以及海水资源的开发利用两个专题，使学生热爱自然，热爱化学。
【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；化石燃料综合利用和开发新能源的重要意义。
【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；化石燃料的综合利用。
【教学准备】
多媒体、投影仪、砂纸、铁架台（带铁圈）、蒸发皿、滤纸、火柴、沙子、铝粉或铝银粉（商业名称）、镁带、氯酸钾、氧化铁粉末、小木条、焦炭、氨水、苯、甲苯；电教器材：视频展示台（包括录像），实物投影仪、挂图、标本等。
【教学过程】
【第一课时】
情景导入、展示目标
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？
（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。
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。
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
（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？
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
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
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
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、、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。。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）。
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。
发生了什么反应？如何书写化学方程式呢？
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？
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，激发学生热爱化学的情感。
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）。；
小结：金属冶炼的方法：（投影）
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
阅读教材相关内容。
正确评价学生的回答并归纳。
有关金属回收再利用的好处。1、废旧金属的最好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（电能约占82％），而生产一吨再生铝合金锭所需能源消耗为（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）
引入：海洋约占地球表面积的71%，具有十分巨大的开发潜力。海洋对于人类的意义，已不再局限于传统的提供生存的自然环境、渔盐之利、航运交通、国家安全等方面。海洋农牧化、海洋油气开发、深海采矿、海水综合利用等产业开发已形成规模，并显示出巨大潜力。开发利用海洋资源，保护海洋生态环境，是解决人口、资源、环境问题的重要途径。我国的社会和经济发展将越来越多地依赖海洋。
资料展示：海洋之所以被誉为人类未来的希望，是因为海洋中有丰富的资源和能源。海洋自然资源的分类有多种，《中国自然资源丛书·海洋卷》按照海洋资源的性质、特点、存在形态，将海洋资源分为6个大类：①海洋生物资源（包括渔业资源、药物资源、珍稀物种资源）；②海底矿产资源（包括金属矿产资源、非金属矿产资源、石油和天然气资源）；③海洋空间资源（包括土地资源、港口和交通资源、环境空间资源）；④海水资源（包括盐业资源、溶存的化学资源、水资源）；⑤海洋新能源（包括潮汐能资源、波浪能资源、海流能资源、温差和盐差能资源、海上风能资源）；⑥海洋旅游资源（包括海洋自然景观旅游资源、娱乐和运动旅游资源、人类海洋历史遗迹旅游资源、海洋科学旅游资源、海洋自然保护区旅游资源）。
板书：一、海洋资源的分类【多媒体投影】
本节我们仅以海水资源为例，一起来探究一下海水资源的利用和海水化学资源的利用前景。
阅读教材及资料并思考：1、海水中水资源的利用包括哪几部分？2、海水淡化有哪些方法？
资料展示：海水直接利用包括沿海工业冷却用水、生活用水和耐盐植物灌溉。这是海水资源开发的一个领域。据预测，2000年时美国工业用水的将由海水提供。我国今后也要发展海水直接利用工程。在沿海地区，特别是在电力、冶金、化工等行业推广海水冷却方法，同时推广在生活领域中使用海水，如冲洗、除尘、消防、灌溉、印染等。目前青岛市已有20多个单位直接利用海水，年用海水量占全市工业用水量的67％，上海石化总厂每小时用海水量达，青岛、大连、天津等城市的发电、石油、化工等部门每年直接利用海水达。海水淡化现有20多种技术方法。目前技术纯熟、经济效益较好的是蒸馏法、电渗析法和反渗透法。蒸馏法即通过将海水加热蒸发，再把蒸汽冷凝得到淡水。这是传统的方法，目前生产能力最大。这种技术正朝着容量大型化（日产以上）和目的多重化的方向发展，如利用淡化后的浓缩海水提取有用物质，利用发电厂余热进行海水淡化等。我国已进行了日产百吨的淡化装置试制，具备了设计和研制大、中型蒸馏淡化装置的技术能力。
海水水资源的利用包括两个方面，1、海水直接利用。2、海水的淡化。
板书：二、海水水资源的利用：1、海水直接利用。2、海水的淡化。
水淡化的方法已有十几种，主要的有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善，是目前海水淡化的主要方法。此法耗能大成本较高，因此可利用太阳能进行海水蒸馏淡化。
蒸馏装置图
资料展示：第二次世界大战中，美国国防部制造了许多军用海水淡化急救装置，供飞行员和船员落水后取水用，这种装置实际上是一种简易的太阳能蒸馏容器。20世纪60年代，美国在佛罗里达的戴托纳海滩，建立了供大规模太阳能蒸馏研制工作用的特殊实验站。希腊、阿尔及利亚、澳大利亚等国也进行了许多太阳能蒸馏试验。世界上最大的池式太阳能蒸馏器在希腊的帕特莫斯，玻璃总面积为8651平方米，最大日产量为40立方米淡水。太阳能蒸馏器结构简单，主要由装满海水的水盘和覆盖在它上面的玻璃或透明塑胶盖板构成。水盘表面涂黑，装满待蒸馏的水，盘下绝热，水盘上覆盖的玻璃或透明塑胶盖板下缘装有集水沟，并与外部集水槽相通。太阳辐射透过透明盖板，水盘中的水吸热蒸发为水蒸气，与蒸馏室内空气一起对流。由于盖板本身吸热少，温度低于池中温水，水蒸气上升并与盖板接触后凝结成水滴，沿着倾斜盖板借助重力流到集水沟里，而后再流到集水器中。池式太阳能蒸馏器中海水的补充可以是连续的，也可以是断续的。虽然它有很多不同的结构形式，但基本原理是一样的。这类蒸馏器是一种理想的利用太阳能进行海水淡化的装置。
海水中溶存着80多种元素，其中不少元素可以提取利用，具有重要的开发价值。我国对海水化学元素的提取都有一些研究，可以列为未来的开发产业。
板书：三、海水化学资源的利用
【实验探究】海水中几种重要元素的提取：1.提溴；2.海带中碘元素的证明？
学生活动：1.，写出有关海水提溴利用原理的化学方程式。2.“海带中碘元素的证明”实验现象写出相关的化学方程式。
作业：上网查资料了解从海水中提取其它元素（如钾、镁等），并写一份调查报告（1000字左右）。
【板书设计】
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
二、金属的冶炼：1、金属冶炼的实质；2、金属冶炼的方法（1）热分解法（2）电解法 （3）热还原法①常用还原剂：焦炭、CO、、活泼金属（如Al）等②铝热反应 ③铝热反应的应用：a：野外焊接。小结：金属冶炼的方法：
三、金属的回收与环境、资源保护
四、海水化学资源的利用
【第二课时】
引入：工业生产需要大量原料，消耗大量能源，在得到产品的同时产生了大量废气、废水、废渣。处理不当就会造成环境污染。气候变暖、臭氧层破坏、酸雨和赤潮等全球性和区域性环境问题，正在威胁着人类的生存和发展，保护自然环境已成为实现人类社会可持续发展的重要课题。今天我们开始学习几种重要的能源和环境保护的有关内容。
板书：煤、石油和天然气的综合利用
迄今为止，煤、石油和天然气仍是人类使用的主要能源，同时也是重要的化工原料。如何实现化石燃料的综合利用，提高利用率，减少化石燃料所造成的环境污染，是人类面临的最大挑战。
现在我们首先学习有关煤的综合利用的相关知识。
板书：1.煤的综合利用
煤是由有机物和无机物所组成的复杂的混合物，主要含有碳元素，此外还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质。
板书：（1）煤成分：复杂的混合物；含有：碳、氢、氮、硫、氧等元素。
投影：
煤的综合利用主要是通过煤的干馏、煤的液化和汽化获得洁净的燃料和化工原料。
板书：（2）煤的综合利用：干馏、液化和汽化。
煤的干馏是把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。在煤干馏的过程中，可以生成焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气等。其中焦炭是冶金工业的重要原料；煤焦油中含有各种烃的同系物和酚类，是重要的化工原料，焦炉气中含有甲烷、乙烯、一氧化碳等气体燃料，是重要的燃料；粗氨水可以生产化肥。这样，煤就可以得到综合利用。
板书：煤的干馏：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。产品：焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气。
投影：煤干馏的主要产品和用途
煤的汽化原理：有机物转化为可燃气体。
板书：煤的汽化：
煤的液化原理：直接液化、间接液化。
板书：
提问天然气主要成分？
板书：2、天然气
天然气的主要用途：化石燃料、化工原料。
板书：（1）化石燃料（2）化工原料：合成氨、生产甲醇、合成多个碳原子的有机化合物。
阅读：资料卡片——甲烷水合物
【例题】最近，新华社的一条消息中披露：我国南海海底发现巨大的“可燃冰”带，能源总量估计相当于中国石油总量的一半；而我国东海“可燃冰”的蕴藏量也很可观……“可燃冰”的主要成分是一水合甲烷晶体（）。请结合初中化学知识回答下列问题：（1）下列说法中正确的是（填序号）___________________________。
A.晶体中水是溶剂
B.的组成元素有3种
C.中和的质量比为
D.可燃冰能燃烧，说明水具有可燃性
（2）可燃冰的发现为我国在新世纪使用高效新能源开辟了广阔的前景．你认为能开发利用的新能源还有（至少填写二种）__________________，__________________。
解答：（1）溶剂是能够溶解其他物质的物质，溶剂与溶质间没有固定的组成，而的组成固定，故A不正确。中含C、H二元素，中含H、O二元素，故由C、H、O三元素，组成B正确。分子中与的物质的量之比为，而其式量不等则C不正确。可燃是由于分解产生的原因，故D不正确。
（2）新能源是指以新技术为基础，系统开发利用的能源包括太阳能、生物能、风能、地热能、氢能源等。
复习初中有关石油的知识。
石油主要是由各种烷烃、环烷烃和环烷烃所组成的混合物。石油的大部分是液态烃，同时在液态烃里溶有少量的气态烃和固态烃。石油主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素。石油的化学成分随产地不同而不同。
板书：3、石油（1）石油的成分：碳氢化合物混合物；元素碳、硫、氧、氮等。
石油的炼制：原油成分复杂，还含有水和氯化钙、氯化镁等盐类。原油必须先经过脱水、脱盐等处理过程，才能进行炼制。经过脱水、脱盐的石油主要是烃类的混合物，因此没有固定的沸点。给石油加热时，低沸点的烃先气化，经过冷凝先分离出来。随着温度升高，较高沸点的烃再气化，经过冷凝也分离出来。这样继续加热和冷凝，就可以把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物。这种方法叫做石油的分馏。工业上分馏石油是在分馏塔中进行。石油通过分馏的方法获得汽油、煤油和柴油等轻质液体燃料。但产量不高，仅占石油总质量的25％左右。为了提高轻质液体燃料的产量，特别是提高汽油的产量，在石油工业上采用了裂化的方法。裂化就是在一定条件下，把分子量大、沸点高的烃断裂为分子量小、沸点低的烃的过程。
板书：（2）石油的炼制：
分馏---利用原油中各成分沸点不同，将复杂的混合物分离成较简单更有用的混合物的过程。裂化---在一定条件下，把分子量大、沸点高的烃断裂为分子量小、沸点低的烃的过程。
投影：
板书：规律：生成等量的烷烃与烯烃，目的：提高汽油的产量。
在石油化工生产过程里，常用石油分馏产品（包括石油气）作原料，采用比裂化更高的温度（，有时甚至高达以上），使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，以提供有机化工原料。工业上把这种方法叫做石油的裂解。所以说裂解就是深度裂化，以获得短链不饱和烃为主要成分的石油加工过程。
板书：裂解：使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，以提供有机化工原料。重整：在加热和催化剂作用下，链状烃转化为环状烃。
三大合成材料与煤、石油、天然气的关系，聚乙烯塑料的合成及应用。
投影：原油的分馏及裂化产品用途示意图
聚乙烯的生成原理：在适当温度、压强和有催化剂存在的情况下，乙烯双键里的一个键会断裂，分子里的碳原子能互相结合成为很长的链。
板书：（3）石油重要产品：
投影：聚乙烯颗粒：
聚乙烯及聚丙烯与白色污染关系，提醒同学们爱护环境，不乱丢塑料垃圾。
投影：塑料制品的回收与利用
思考与交流：1、回收利用废旧合成材料的途径？2、通过必要的数据论证限制生产使用聚苯乙烯快餐盒的意义。
【阅读】科学视野——壁虎的脚与胶粘剂
壁虎能在光滑的墙壁上行走自如，甚至能贴在天花板上。这表明，壁虎的“脚”底与物体表面之间必定存在很强的特殊黏着力，但这种力量究竟从何而来呢？科学家对壁虎进行了研究，发现它的每只“脚”底部长着大约50万根极细的刚毛，而每根刚毛末端又有约400～1000根更细的分支。这种精细结构使得刚毛与物体表面分子间的距离非常近，从而产生“范德瓦尔斯力”。据计算，一只大壁虎的4只“脚”产生的总作用力压强相当于10个大气压。而这种力的产生靠的是分子间的范德华力人们从壁虎脚的附着力得到的启示今后有可能派上用场，如用于研制爬墙机器人，或研制世界上第一种干性粘合剂。
小结：略
作业：
【板书设计】
三、煤、石油和天然气的综合利用
1、煤的综合利用
（1）煤成分：复杂的混合物；含有：碳、氢、氮、硫、氧等元素。
（2）煤的综合利用：干馏、液化和汽化。
煤的干馏：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。产品：焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气。
煤的汽化：
2、天然气
（1）化石燃料（2）化工原料：合成氨、生产甲醇、合成多个碳原子的有机化合物。
3、石油
（1）石油的成分：碳氢化合物混合物；元素碳、硫、氧、氮等。
（2）石油的炼制：
分馏——利用原油中各成分沸点不同，。将复杂的混合物分离成较简单更有用的混合物的过程。
裂化——在一定条件下，把分子量大、沸点高的烃断裂为分子量小、沸点低的烃的过程。
规律：生成等量的烷烃与烯烃，目的：提高汽油的产量
裂解：使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，以提供有机化工原料。
重整：在加热和催化剂作用下，链状烃转化为环状烃。
（3）石油重要产品：