从铝土矿中提取铝
图片预览
文档简介
从铝土矿中提取铝
【教学理念】
著名化学家门捷列夫曾说：“科学的种子，是为了人民的收获而生长的。”结合现代教学理念，高中化学课堂教学要围绕“收获者”即学生为中心展开，体现“以学生为主体，教师为主导”的教学理念。
基于以上思想，本节教学设计将充分体现学生的主体性，积极性引导学生参与到教学当中，让学生亲历科学探究过程，从而学会学习、乐于学习。
【教材分析】
本课时是苏教版《化学1》专题3的第一课时，按教材体系是从海水中提取化学物质转向地壳矿物资源中获取基础材料的转折点，它既是专题2海水中提镁的延伸，也是矿物中铁、铜的冶炼前提，同时也是选修修《化学与技术》中金属的冶炼的基础，本课时起到了一定的前后联系作用。本课时主要是让学生认识工业上是如何从铝土矿中提取铝，而铝的化合物及铝的性质教学均安排在本课时之后，只是对工业冶炼铝中涉及的化学知识进行适当的了解，以求对工艺流程中各步骤目的认识，因此本课时总体知识难度要求不高，但对金属的冶炼方法和思路要有所渗透。
【学情分析】
学生的差异是客观存在的，教师只有全面了解学生情况，才可能结合实际，有的放矢。本节教学设计主要针对普通中学的高一学生。长期以来的课堂上的发现学习的方式。学生已经初步掌握了观察实验现象，得出结论的能力。而这个为本节教学活动的开展打下了铺垫。从认知思维起点上看，该年龄段的学生思维敏捷、活跃，但抽象思维能力薄弱，对如何从铝土矿中提取铝对他们而言比较陌生，教师可以充分利用学生好奇心，借助实验教学突出重点，突破难点。
【教学目标】
根据《普通高中化学课程标准》的要求，制定了以下三维目标。
知识与技能：
（1）．了解地壳中铝元素的含量，知道铝元素在自然界中的主要存在形式，能列举一些铝合金的重要应用。
（2）．了解工业上从铝土矿中获得铝的方法和其中的化学知识。
过程与方法：
（1）．通过问题的讨论、分析、评价等活动，逐步培养学生的问题意识和和问题解决能力。
（2）．通过联想、类比等方法学习新知识，学习构建知识的常见方法。
情感态度与价值观：
（1）．通过对金属铝冶炼方法发展史的了解，让学生体验化学科学发展的曲折历程，以及化学科技发展对人类生活质量提高的贡献。
（2）．通过安排与他人合作完成布置的讨论、探究活动等任务，培养主动参与交流的合作精神。
（3）．通过资料阅读，让学生体验废旧金属循环利用的重要意义，培养学生节约资源、能源，注重环保的意识。
【教学重难点】
重点：铝土矿提取铝的方法和工艺流程中相关化学反应知识。
难点：氧化铝的相关性质。
【教法】
自学导学，活动探究，分组讨论，交流评价
【课型】新授课
【课时】1课时
【教学手段】
媒体类型 媒体来源 媒体使用 媒体效果
PPT 教师自制 播 放 在课堂中加入多媒体的播放，增加课堂生动性。
视频 下 载 播 放 在课堂中增加视频播放，增加学生的学习兴趣。
实验 实验室 学生实验 在课堂中加入学生自主实验，能加深新课印象。
结合多媒体，静态信息和动态信息相结合，营造和谐课堂。
【教学流程】
教学主要过程
[导入新课]（展示海洋图片）利用对海水中提取重要化学物质简单回顾。
[教师]同学们能还记得上一个专题学过的什么内容吗？海水中存在哪些资源呢？
[学生]记得。从海水中获得的化学物质。
[教师]很好。海水中存在着丰富的资源，那么我们现在把目光从海水转向地壳的时候，你发现这里的矿产资源也同样丰富。
[教师讲解]它们为人类提供了铝、铁、铜等大量的基础材料。同学们
仔细观察这张图表。
[教师提问]地壳中含量最多的金属元素是谁？它以怎样的形态存在呢？
[学生]铝的含量最多，以铝土矿的形式存在。
[教师提问]铝的含量如此丰富，并且铝合金具有密度小、强度高、可塑性好、制造工艺简单、成本低、抗腐蚀能力强等特点，金属铝有什么用途呢？
你们能否举一些例子来说明？
[学生回答]电线、锅、车（自行车、汽车）、飞机、电子产品等。
[教师过渡]铝和铝合金在生活应用非常广泛。什么样的优点，使得它们有如此广泛的用途，请大家看一段视频，了解铝和铝合金的优点。
[教师提问]铝的优点多，用途广，储量丰富。我们如何从铝土矿中获得铝呢？假如由你冶炼铝，你会想到了哪些方法？现在同学们进行分组讨论探究冶炼方法。
[学生回答]回答各种可能的方法。
[教师]下面我们一起来分析刚才几位同学提出的方法。
[教师]历史上科学家在探索铝的制取上有无相同的做法的？
在19世纪中期，法兰西第二共和国总统拿破仑三世，珍藏着一套铝制的餐具，平时舍不得用，直到国宴时才拿出来炫耀一番。
元素周期表的创始人门捷列夫在受到英国皇家学会的表彰时，得到的却是一只铝杯。
为什么拿破仑没有珍藏金制的餐具,而门捷列夫也没有给奖励一只金杯呢？
[学生]：......（只需回答自己的想法）。
[教师]现在同学们翻开书本看教材第654页，图3-2 从铝土矿制备铝的
工艺流程图。1886年，电解法制铝工艺的发明，使铝在生产、生活中的
应用得以迅速发展。
[教师]
从铝土矿中提取铝主要有哪些步骤？每个步骤有什么作用？其中涉及到那些化学反应知识 下面请大家结合上述问题，阅读书本，以四人一组相互讨论交流。（提出问题，指导学生阅读，了解工业提铝的工艺流程和涉及的相关化学知识）
[学生]阅读后回答他们的理解。
1、溶解 目的得到偏铝酸钠溶液
2、过滤 除去不溶物质
3、酸化 得到氢氧化铝合碳酸氢钠
4、过滤 得到氢氧化铝
5、灼烧 得到高纯度氧化铝
6、电解 得到铝
[教师]通过同学们刚才的分析得出，第一步是加氢氧化钠的作用是溶解铝土矿中氧化铝，这说明氧化铝能跟氢氧化钠反应。（事实是否如此，下面实验来验证）
[教师]演示实验（氧化铝与氢氧化钠反应）
[教师]板书：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O，这样铝土矿中的氧化铝就转化为偏铝酸钠了。（介绍偏铝酸钠）
[教师]过滤得到偏铝酸钠，通人二氧化碳酸化，就生产了氢氧化铝。
板书：NaAlO2 +CO2+ 2H2O = Al(OH)3↓+ NaHCO3
[教师]演示二氧化碳与偏铝酸钠反应。（分析该反应类型，指明氢氧化铝既是酸又是碱）
板书：灼烧：2Al(OH)3=Al2O3+3H2O
板书：电解：2Al2O3========4Al+3O2↑
[教师总结]铝土矿经过这样6个步骤，才真正实现了从铝土矿中提取了铝。从此使铝这一曾经的贵金属成为了今天普通的基础材料。
[教师]下面请大家再对比一下镁和铝的提取，看有没有相似之处？
[学生]有。
[教师]提问：通过镁铝的提取过程对比分析给我们的启示，我们如果从自然界获取金属一般需要考虑几个方面问题？（引导学生归纳从自然界获取金属的一般思路）
[学生]两个方面问题：矿物的提纯、合适的冶炼方法。
[教师] 铝是大自然赐予人类的宝物，但也是不可再生资源，铝的大量使用势必会最终导致资源的枯竭。同时铝的冶炼需要消耗大量的能源和资源，也会造成一定的环境污染，如何在资源、能源节约和环保方面做得更好呢？你们有什么好的想法吗？
[教师]下面我们来看一个相关的资料卡片：铝的再生－“新世纪材料的亮点”
再生铝又称二次铝，是目前废物界最有价值的材料。现在世界每年从废铝回收的铝量约为400万吨，相当于每年铝产量的25％左右。与以铝土矿为起点相比，生产1吨再生铝合金能耗仅为新铝的2.6%，并节省10.5吨水，少用固体材料11吨，比电解铝时少排放CO291%，少处理废液、废渣1.9吨。
[教师]通过上述材料的了解，你又有怎样的想法呢？
[学生]要注重废旧金属的回收利用，注重资源和能源的节约，还要注重环保。
[教师]对，铝是大自然赐予人类的宝物，但也是不可再生资源，废旧金属的回收利用是资源综合利用的重要举措。因此，我们倡导节约从我们做起，环保从我们做起。谢谢！
[课堂练习]：
【板书设计】：
从铝土矿中提取铝
温故旧知
导入新知
联想用途
探求冶炼
立足实际
究其根本
知识迁移
升华提高
一．回顾旧知，引入新知
二．联想用途，探求冶炼
（引导学生通过从生活中熟悉的例子认识铝的重要用途和社会价值）
（引导学生认识“铝用途广泛”与其“性能优点”的关系）
（从反应原理、是否适合大规模生产两个方面，结合化学史知识评价学生猜想方案的可行性，得出电解法制铝才是铝的工业冶炼的方法，体验铝冶炼是一个漫长的科学探索过程，体验电解法的应用给人类带来的贡献）
三、立足实际，究其根本
电解
铝土矿
二氧化碳
铝
溶解
过滤
酸化
过滤
灼烧
NaOH溶液
残渣
滤液
H2O
（让学生通过演示实验，知道氧化铝能与氢氧化钠反应）
（展示实验，让学生体会到氢氧化铝的两性，为下一节课的学习打下铺垫。）
点解
Na3AlF6
四、知识迁移，升华提高
(引导学生指出，物质的提纯、冶炼两个阶段，渗透分离提纯方法)
(通过资料阅读，让学生体验废旧金属循环利用的重要意义，培养学生节约资源、能源，注重环保的意识。）
)
Al
海水（MgCl2）
铝土矿（主要成分Al2O3）
纯MgCl2
Mg
高纯度Al2O3
溶解：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
酸化：NaAlO2 +CO2+ 2H2O = Al(OH)3↓+ NaHCO3
灼烧：2Al(OH)3=Al2O3+3H2O
电解：
2Al2O3========4Al+3O2↑
通电
Na3AlF6
PAGE
5
【教学理念】
著名化学家门捷列夫曾说：“科学的种子，是为了人民的收获而生长的。”结合现代教学理念，高中化学课堂教学要围绕“收获者”即学生为中心展开，体现“以学生为主体，教师为主导”的教学理念。
基于以上思想，本节教学设计将充分体现学生的主体性，积极性引导学生参与到教学当中，让学生亲历科学探究过程，从而学会学习、乐于学习。
【教材分析】
本课时是苏教版《化学1》专题3的第一课时，按教材体系是从海水中提取化学物质转向地壳矿物资源中获取基础材料的转折点，它既是专题2海水中提镁的延伸，也是矿物中铁、铜的冶炼前提，同时也是选修修《化学与技术》中金属的冶炼的基础，本课时起到了一定的前后联系作用。本课时主要是让学生认识工业上是如何从铝土矿中提取铝，而铝的化合物及铝的性质教学均安排在本课时之后，只是对工业冶炼铝中涉及的化学知识进行适当的了解，以求对工艺流程中各步骤目的认识，因此本课时总体知识难度要求不高，但对金属的冶炼方法和思路要有所渗透。
【学情分析】
学生的差异是客观存在的，教师只有全面了解学生情况，才可能结合实际，有的放矢。本节教学设计主要针对普通中学的高一学生。长期以来的课堂上的发现学习的方式。学生已经初步掌握了观察实验现象，得出结论的能力。而这个为本节教学活动的开展打下了铺垫。从认知思维起点上看，该年龄段的学生思维敏捷、活跃，但抽象思维能力薄弱，对如何从铝土矿中提取铝对他们而言比较陌生，教师可以充分利用学生好奇心，借助实验教学突出重点，突破难点。
【教学目标】
根据《普通高中化学课程标准》的要求，制定了以下三维目标。
知识与技能：
（1）．了解地壳中铝元素的含量，知道铝元素在自然界中的主要存在形式，能列举一些铝合金的重要应用。
（2）．了解工业上从铝土矿中获得铝的方法和其中的化学知识。
过程与方法：
（1）．通过问题的讨论、分析、评价等活动，逐步培养学生的问题意识和和问题解决能力。
（2）．通过联想、类比等方法学习新知识，学习构建知识的常见方法。
情感态度与价值观：
（1）．通过对金属铝冶炼方法发展史的了解，让学生体验化学科学发展的曲折历程，以及化学科技发展对人类生活质量提高的贡献。
（2）．通过安排与他人合作完成布置的讨论、探究活动等任务，培养主动参与交流的合作精神。
（3）．通过资料阅读，让学生体验废旧金属循环利用的重要意义，培养学生节约资源、能源，注重环保的意识。
【教学重难点】
重点：铝土矿提取铝的方法和工艺流程中相关化学反应知识。
难点：氧化铝的相关性质。
【教法】
自学导学，活动探究，分组讨论，交流评价
【课型】新授课
【课时】1课时
【教学手段】
媒体类型 媒体来源 媒体使用 媒体效果
PPT 教师自制 播 放 在课堂中加入多媒体的播放，增加课堂生动性。
视频 下 载 播 放 在课堂中增加视频播放，增加学生的学习兴趣。
实验 实验室 学生实验 在课堂中加入学生自主实验，能加深新课印象。
结合多媒体，静态信息和动态信息相结合，营造和谐课堂。
【教学流程】
教学主要过程
[导入新课]（展示海洋图片）利用对海水中提取重要化学物质简单回顾。
[教师]同学们能还记得上一个专题学过的什么内容吗？海水中存在哪些资源呢？
[学生]记得。从海水中获得的化学物质。
[教师]很好。海水中存在着丰富的资源，那么我们现在把目光从海水转向地壳的时候，你发现这里的矿产资源也同样丰富。
[教师讲解]它们为人类提供了铝、铁、铜等大量的基础材料。同学们
仔细观察这张图表。
[教师提问]地壳中含量最多的金属元素是谁？它以怎样的形态存在呢？
[学生]铝的含量最多，以铝土矿的形式存在。
[教师提问]铝的含量如此丰富，并且铝合金具有密度小、强度高、可塑性好、制造工艺简单、成本低、抗腐蚀能力强等特点，金属铝有什么用途呢？
你们能否举一些例子来说明？
[学生回答]电线、锅、车（自行车、汽车）、飞机、电子产品等。
[教师过渡]铝和铝合金在生活应用非常广泛。什么样的优点，使得它们有如此广泛的用途，请大家看一段视频，了解铝和铝合金的优点。
[教师提问]铝的优点多，用途广，储量丰富。我们如何从铝土矿中获得铝呢？假如由你冶炼铝，你会想到了哪些方法？现在同学们进行分组讨论探究冶炼方法。
[学生回答]回答各种可能的方法。
[教师]下面我们一起来分析刚才几位同学提出的方法。
[教师]历史上科学家在探索铝的制取上有无相同的做法的？
在19世纪中期，法兰西第二共和国总统拿破仑三世，珍藏着一套铝制的餐具，平时舍不得用，直到国宴时才拿出来炫耀一番。
元素周期表的创始人门捷列夫在受到英国皇家学会的表彰时，得到的却是一只铝杯。
为什么拿破仑没有珍藏金制的餐具,而门捷列夫也没有给奖励一只金杯呢？
[学生]：......（只需回答自己的想法）。
[教师]现在同学们翻开书本看教材第654页，图3-2 从铝土矿制备铝的
工艺流程图。1886年，电解法制铝工艺的发明，使铝在生产、生活中的
应用得以迅速发展。
[教师]
从铝土矿中提取铝主要有哪些步骤？每个步骤有什么作用？其中涉及到那些化学反应知识 下面请大家结合上述问题，阅读书本，以四人一组相互讨论交流。（提出问题，指导学生阅读，了解工业提铝的工艺流程和涉及的相关化学知识）
[学生]阅读后回答他们的理解。
1、溶解 目的得到偏铝酸钠溶液
2、过滤 除去不溶物质
3、酸化 得到氢氧化铝合碳酸氢钠
4、过滤 得到氢氧化铝
5、灼烧 得到高纯度氧化铝
6、电解 得到铝
[教师]通过同学们刚才的分析得出，第一步是加氢氧化钠的作用是溶解铝土矿中氧化铝，这说明氧化铝能跟氢氧化钠反应。（事实是否如此，下面实验来验证）
[教师]演示实验（氧化铝与氢氧化钠反应）
[教师]板书：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O，这样铝土矿中的氧化铝就转化为偏铝酸钠了。（介绍偏铝酸钠）
[教师]过滤得到偏铝酸钠，通人二氧化碳酸化，就生产了氢氧化铝。
板书：NaAlO2 +CO2+ 2H2O = Al(OH)3↓+ NaHCO3
[教师]演示二氧化碳与偏铝酸钠反应。（分析该反应类型，指明氢氧化铝既是酸又是碱）
板书：灼烧：2Al(OH)3=Al2O3+3H2O
板书：电解：2Al2O3========4Al+3O2↑
[教师总结]铝土矿经过这样6个步骤，才真正实现了从铝土矿中提取了铝。从此使铝这一曾经的贵金属成为了今天普通的基础材料。
[教师]下面请大家再对比一下镁和铝的提取，看有没有相似之处？
[学生]有。
[教师]提问：通过镁铝的提取过程对比分析给我们的启示，我们如果从自然界获取金属一般需要考虑几个方面问题？（引导学生归纳从自然界获取金属的一般思路）
[学生]两个方面问题：矿物的提纯、合适的冶炼方法。
[教师] 铝是大自然赐予人类的宝物，但也是不可再生资源，铝的大量使用势必会最终导致资源的枯竭。同时铝的冶炼需要消耗大量的能源和资源，也会造成一定的环境污染，如何在资源、能源节约和环保方面做得更好呢？你们有什么好的想法吗？
[教师]下面我们来看一个相关的资料卡片：铝的再生－“新世纪材料的亮点”
再生铝又称二次铝，是目前废物界最有价值的材料。现在世界每年从废铝回收的铝量约为400万吨，相当于每年铝产量的25％左右。与以铝土矿为起点相比，生产1吨再生铝合金能耗仅为新铝的2.6%，并节省10.5吨水，少用固体材料11吨，比电解铝时少排放CO291%，少处理废液、废渣1.9吨。
[教师]通过上述材料的了解，你又有怎样的想法呢？
[学生]要注重废旧金属的回收利用，注重资源和能源的节约，还要注重环保。
[教师]对，铝是大自然赐予人类的宝物，但也是不可再生资源，废旧金属的回收利用是资源综合利用的重要举措。因此，我们倡导节约从我们做起，环保从我们做起。谢谢！
[课堂练习]：
【板书设计】：
从铝土矿中提取铝
温故旧知
导入新知
联想用途
探求冶炼
立足实际
究其根本
知识迁移
升华提高
一．回顾旧知，引入新知
二．联想用途，探求冶炼
（引导学生通过从生活中熟悉的例子认识铝的重要用途和社会价值）
（引导学生认识“铝用途广泛”与其“性能优点”的关系）
（从反应原理、是否适合大规模生产两个方面，结合化学史知识评价学生猜想方案的可行性，得出电解法制铝才是铝的工业冶炼的方法，体验铝冶炼是一个漫长的科学探索过程，体验电解法的应用给人类带来的贡献）
三、立足实际，究其根本
电解
铝土矿
二氧化碳
铝
溶解
过滤
酸化
过滤
灼烧
NaOH溶液
残渣
滤液
H2O
（让学生通过演示实验，知道氧化铝能与氢氧化钠反应）
（展示实验，让学生体会到氢氧化铝的两性，为下一节课的学习打下铺垫。）
点解
Na3AlF6
四、知识迁移，升华提高
(引导学生指出，物质的提纯、冶炼两个阶段，渗透分离提纯方法)
(通过资料阅读，让学生体验废旧金属循环利用的重要意义，培养学生节约资源、能源，注重环保的意识。）
)
Al
海水（MgCl2）
铝土矿（主要成分Al2O3）
纯MgCl2
Mg
高纯度Al2O3
溶解：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
酸化：NaAlO2 +CO2+ 2H2O = Al(OH)3↓+ NaHCO3
灼烧：2Al(OH)3=Al2O3+3H2O
电解：
2Al2O3========4Al+3O2↑
通电
Na3AlF6
PAGE
5