高中化学《第一节 自然资源的开发利用》微课精讲+知识点+教案课件+习题
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知识点：
一、金属矿物资源的开发利用
1. 金属的存在
（1）地壳中含量最高的金属元素是铝，人类最早使用的金属是铜，使用最广泛的金属是铁。
（2）
（3）金属活动顺序（从强到弱）表为K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb（H）、Cu、Hg、Ag、Pt、Au。
2. 金属矿物的开发利用
（1）冶炼的原理
①原理：将金属从其化合物中还原出来。
②实质：根据氧化还原反应，使金属矿物中的金属阳离子得到电子生成金属单质：
Mn＋＋ne－＝M。
（2）金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系
活动性顺序 | K、Ca、Na、Mg、Al | Zn、Fe、Sn、Pb（H）、Cu | Hg、Ag | Pt、Au |
单质还原性（原子失电子能力） | 强→弱 | |||
阳离子氧化性（离子得电子能力） | 弱→强 | |||
金属冶炼方法 | 电解熔融盐或氧化物 | 热还原法 | 热分解法 | 富集法 |
还原剂或特殊措施 | 直流电提供电子 | H2、CO、C、Al等，加热（或高温） | 加热（或高 温） | 物理方法或化学方法 |
【名师提醒】
①金属活动性顺序中，金属位置越靠后，金属阳离子的氧化性是强，越容易被还原，用一般的还原方法就能使金属离子还原，人们开发利用的时间就较早。
②金属活动性顺序中，金属的位置越靠前，金属阳离子的氧化性越弱，越难被还原，最活泼的金属只能用最强的还原手段（电解）来使金属离子还原，人们开发利用的时间就较晚。
【想一想】
铝元素是地壳中含量最高的金属元素，为什么铝的发现和使用却比铜和铁要晚得多？
答案：铝是一种非常活泼的金属，用一般的还原剂很难将其还原，工业上采用最强的还原手段——电解法进行冶炼，而铜和和铁的还原用一般的还原剂就可以实现，所以铝的发现和使用比铜和铁要晚得多。
（3）冶炼方法
①热分解法
适用于不活泼金属的冶炼。如：
a. HgO：2HgO
b. Ag2O：2Ag2O
②热还原法
适用于大多数中等活泼金属的冶炼，常用的还原剂有C、H2、CO等。如：
a. 高炉炼铁：Fe2O3＋3CO
b. 铝热法炼铁：Fe2O3＋2Al
c. 用氢气还原氧化铜：CuO＋H2
④其他方法
a. 火法炼铜：Cu2S＋O2
b. 湿法炼铜：Fe＋CuSO4＝FeSO4＋Cu。
③电解法
适用于非常活泼金属的冶炼。如：
a. NaCl：2NaCl（熔融）
b. MgCl2：MgCl2（熔融）
c. Al2O3：2Al2O3（熔融）
【想一想】电解法冶炼金属钠时，电解的是熔融的氯化钠，而不是氯化钠水溶液，为什么？
答案：金属冶炼的实质是Mn++ ne- ＝ M，氯化钠水溶液中存在Na+和H+两种阳离子，H+得电子能力强于Na+，若电解氯化钠的水溶液将得不到金属钠。
【注意事项】选择金属冶炼方法时，应注意以下几点：
（1）电解食盐水不能获得金属钠
（2）电解氯化镁溶液不能获得金属镁，电解熔融MgO能耗太高。因MgO的熔点很高，故冶炼金属镁采用电解熔融MgCl2的方法，而不采用电解熔融MgO的方法。
（3）AlCl3属于共价化合物，熔融态不导电，故冶炼金属铝采用电解熔融Al2O3和Na3AlF6（冰晶石，作用是降低Al2O3的熔点）混合物的方法，而不采用电解熔融AlCl3的方法。
（4）采用热分解法冶炼的金属的化合物通常不稳定，受热易分解，不需要太高的温度；而热还原法往往在高温下进行；电解法的温度视反应物的熔点而定。
3. 铝热反应的原理及其应用
概念 | 铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应 |
原理 | Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来 |
铝热剂 | 铝粉和某些金属氧化物（Fe2O3、Cr2O3、V2O5等）组成的混合物 |
反应 特点 | 在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离 |
应用 | 冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等 |
科学探究——铝热反应实验探究
实验操作 | |
实验现象 | （1）镁条剧烈燃烧；（2）氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应；（3）反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；（4）滤纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中 |
实验结论 | 在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热 |
注意事项 | （1）镁条要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃 （2）氧化铁粉末要干燥，铝粉要没有被氧化，否则难以反应 （3）要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出 （4）蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人 （5）实验装置要与人有一定距离，防止人被烧伤 |
【微点拨】铝热反应实验中镁带和氯酸钾是引燃剂，镁带燃烧提供热量，并促使KClO3发生分解；KClO3分解放出O2，镁带剧烈燃烧，单位时间内放出更多的热量，以引发Al与Fe2O3的反应。
二、海水资源的开发利用
1. 海水资源的特点
（1）潜力大：海洋约占地球表面积的71%，具有十分巨大的开发潜力。海水中水的储量约占地球上总水量的97%。
（2）多样性：海水与岩石、大气和生物的相互作用，使海水中溶解和悬浮着大量的无机物和有机物，按含量计，H2O中的H、O两种元素，加上Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr等11种元素，其总含量超过99%，其他元素为微量元素，总计含有80多种元素。
（3）分散性：虽然海水中元素的种类很多，总储量很大，但许多元素的富集程度却很低。例如，海水中金元素的总储量约为5×106t，而1t海水中的金元素的含量仅有4×10-6g。
2. 海水水资源的利用
海水碳化的主要方法的原理如下表：
淡化方法 | 原理 |
蒸馏法 | 将海水加热至蒸发气化，然后使水蒸气冷凝得到蒸馏水 |
电渗析法 | 利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，在外加电流电场的作用下，使水中的一部分离子转移到另一部分水中，从而达到除盐的目的 |
离子交换法 | 用阴离子交换树脂和阳离子交换树脂除去海水中的阴、阳离子得到去离子水的方法 |
其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高，其原理示意图如图所示：
注意事项：
①烧瓶需垫石棉网加热。
②烧瓶所盛液体不能超过烧瓶容积的
③需向烧瓶中加几粒沸石或几片碎瓷片，以防液体暴沸。
④冷凝器里的冷却水要从冷凝器的下口进、上口出。
蒸馏法设备简单、易操作，但是耗能大，成本较高，而发电厂等的工业余热用于海水淡化则是一种经济合理的途径。
3. 海水水资源的开发利用
（1）海水提碘
海带中含有碘元素的检验
①关键反应的反应原理：2H＋＋2I－＋H2O2＝I2＋2H2O。
②实验步骤及证明方法：
（2）海水提溴
海水提溴的主要方法是空气吹出法。
①主要流程：
步骤 | 原理和解释 |
①浓缩 | 海水晒盐和海水淡化后的母液中Br-得到浓缩 |
②氧化 | Cl2＋2Br－＝Br2＋2Cl－（氧化） |
③吹出 | 利用溴的挥发性，通入热空气，将溴从海水中吹出，进入吸收塔 |
④吸收 | Br2＋SO2＋2H2O＝2HBr＋H2SO4 |
⑤氧化 | Cl2＋2Br－＝Br2＋2Cl－ |
⑥分离 | 富集后的Br2通过蒸馏、冷凝得到液溴。 |
【名师提醒】
a. 将Br -转变为Br2是海水中提取溴的关键反应，但转变后海水中Br2的含量很低，联系实际生产，需要将生成的溴转化为化合态以达到富集的目的，然后进一步将化合态的溴转变为Br2，以达到提取的目的。
b. 富集过程中的常见吸收剂还有纯碱溶液，原理如下：
吸收：3Br2 + 3Na2CO3＝5NaBr + NaBrO3 + 3CO2
酸化：5NaBr + NaBrO3 + 3H2SO4＝3Br2 + 3Na2SO4 + 3H2O
c. 海带中提碘
①流程：海带→浸泡→氧化→过滤→提纯→碘单质。
②主要的化学反应原理：Cl2＋2KI＝2KCl＋I2。
d. 海水提镁
①主要反应原理：
CaCO3
CaO＋H2O＝Ca（OH）2
Ca（OH）2＋MgCl2＝Mg（OH）2↓＋CaCl2
Mg（OH）2＋2HCl＝MgCl2＋2H2O
MgCl2（熔融）
②工艺流程
从海水中提取镁的步骤是将石灰乳加入海水沉淀池中，得到氢氧化镁沉淀，再将氢氧化镁与盐酸反应，将得到的溶液蒸发结晶可获得六水合氯化镁晶体（MgCl2·6H2O）。石灰乳可利用海边天然存在的贝壳煅烧而成的生石灰制得。将六水合氯化镁晶体在一定条件下加热生成无水氯化镁，电解熔融的氯化镁可以得到金属镁。
核心知识点三
三、煤、石油和天然气的综合利用
1. 煤的综合利用
煤的综合利用的目的是获得清洁的燃料和多种化工原料，其主要途径如下：
【想一想】煤直接燃烧时为何需要“脱硫”或“脱氮”？
煤中含有硫、氮等元素，燃烧时产生SO2、氮的氧化物等有毒气体，所以讲煤进行脱硫、脱氮处理再燃烧。
【名师提醒】
（1）煤的干馏需在隔绝空气的条件下进行，否则加强热时煤会在空气中燃烧生成CO2、H2O等物质。
（2）煤的干馏、气化和液化都发生了化学变化。
2. 石油的综合利用
【点拨提升】
①“三馏”比较
干馏 | 蒸馏 | 分馏 | |
原理 | 隔绝空气加强热使物质分解 | 根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离 | 与蒸馏原理相同 |
产物 | 产物为混合物 | 产物为单一组分的纯净物 | 产物为沸点不同的各组分组成的混合物 |
反应类型 | 化学变化 | 物理变化 | 物理变化 |
②化学中“两裂”的比较
名称 | 定义 | 目的 |
裂化 | 在一定条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃 | 提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量 |
裂解 | 在高温下，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 | 获得短链不饱和烃 |
【名师提醒】
①石油分馏属于物理变化，由于石油中有些物质的沸点很接近，所以分馏产物一般为混合物。常压蒸馏的原料为石油，减压蒸馏的原料为重油。分馏时沸点低（相对分子质量小）的烃类先汽化，沸点高（相对分子质量大）的烃类后汽化。
②石油分馏所得汽油为直馏汽油，多为饱和烃。石油裂化所得汽油叫裂化汽油，其中含有不饱和烃，能与卤素单质反应。
③裂化是为了提高汽油的产量和质量，而裂解采用比裂化更高的温度，是为了获得大量的乙烯、丙烯等不饱和气体产物；裂化温度一般不超过500℃，而裂解温度一般在700~1000℃，因此裂解是深度裂化。
3. 天然气的综合利用
视频教学：
练习：
1. 下列说法中正确的是（）
A. 金属的冶炼都是把金属单质从其矿物中分离出来
B. 金属冶炼过程中，被冶炼的金属一定被氧化
C. 金属冶炼过程中，被冶炼的金属一定被还原
D. 金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原
2. 下列对铝热反应的说法错误的是（）
A. 铝热剂中还原剂是铝粉
B. 铝热剂是纯净物
C. 铝与Fe2O3可组成铝热剂
D. 铝热反应是放热反应
3. 下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是（）
选项 | 冶炼原理 | 方法 |
A | 2HgO2Hg＋O2↑ | 热分解法 |
B | 2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑ | 电解法 |
C | Cu2S＋O22Cu＋SO2 | 热分解法 |
D | Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3 | 热还原法 |
4. 从海带中提取碘的实验过程中，涉及下列操作，其中正确的是（）
5. 海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法错误的是（）
A. 海水中含有溴元素，需经过化学变化才可以得到溴单质
B. 无论是海水波浪发电还是潮汐发电，都是将化学能转化为电能
C. 从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备金属钠
D. 从海水中提取镁可以采用下列方法：海水→苦卤Mg（OH）2MgCl2溶液→无水MgCl2→MgCl2（熔融）Mg
6. 某同学设计实验从海带中提取碘：
①滴加稀硫酸和双氧水 ②在海带中加入少量酒精，点燃使其燃烧为灰烬，在灰烬中加水搅拌 ③加四氯化碳并振荡 ④过滤 ⑤分液
该实验的合理操作顺序是（）
A. ①③⑤②④ B. ②①③④⑤
C. ②④①③⑤ D. ③①②⑤④
7. 下列说法中正确的是（）
A. 煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来
B. 将煤在空气中加强热使之分解的过程，称为煤的干馏，也叫煤的焦化
C. 将石油分馏得到大量的乙烯、丙烯等重要化工原料
D. 用溴的四氯化碳溶液可鉴别分馏获得的汽油和裂化获得的汽油
8. 下列有关环境问题的说法正确的是（）
A. 燃煤中加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量
B. 臭氧的体积分数超过10－4%的空气有利于人体健康
C. pH在5. 6～7. 0之间的降水通常称为酸雨
D. 含磷合成洗涤剂易于被细菌分解，故不会导致水体污染
9. 下列说法中错误的是（）
A. 石油是混合物，石油分馏得到的汽油也是混合物
B. 含C20以上的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油
C. 焦炭是煤干馏的一种重要产品
D. 煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来
10. 下列转化不属于煤或石油的综合利用的是（）
A. 将煤干馏制得煤焦油和焦炭
B. 在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料
C. 将煤变为煤饼作燃料
D. 将石油裂解制得乙烯等化工原料
课件：
教案：
一、指导思想与理论依据
资源是人类社会生存和发展的必备条件之一，合理开发利用资源迫在眉睫。习总书记提出“既要金山银山也要绿水青山”，强调生态文明理念，实现人与自然和谐发展。新的高中化学课程倡导从学生和社会发展的需要出发，使获得化学知识和技能的过程也成为理解化学、进行科学探究、联系社会生活实际和形成科学价值观的过程。深刻地认识科学、技术和社会之间的相互关系，逐步树立可持续发展的思想。
二、教学分析
1．课标及教材相关内容分析
本单元是高中化学人教版必修2 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”共2课时的内容。本单元位于必修模块的结尾章节，不仅是可以引导学生认识和感受化学知识在开发利用自然资源的重要作用，化学研究和应用在科技进步中的价值，而且可以将蒸馏、蒸发、过滤、萃取等实验方法应用于海水资源的开发中，在做中学，增强感性认识，感受实验方法的实际用途。
学习本节内容一方面从学科角度，有利于学生以了解认识海水资源开发利用为载体，将之前所学知识复习、梳理、归纳和拓展。另一方面从科学、技术和社会相互作用背景的角度，有利于学生加深体会应用化学知识可开发金属矿物和海水资源，为人类生存和社会发展提供必要的物质和能源基础，同时学会辩证地看待人类和自然协调发展中可能会遇到的问题，走可持续发展道路，树立资源保护意识及合理开发意识。
2．学生分析
知识方面：学生具备、必修模块所涉及的元素化合物知识、离子反应、氧化还原反应及元素周期律知识，知道物质分离的实验方法。部分学生对于“为什么学习化学”很茫然，并不了解化学在社会进步中所起的作用，对于环境污染等问题往往认为是“化学惹的祸”，可以通过本节课使学生树立正确的人与自然观。
能力方面：由于是普通班的学生，学生的实验设计能力较差，在海带提碘中氧化剂的选择上，可能会忽略对检验现象的干扰和生成产物是否污染等问题，另外对一些具体操作的目的存在不理解。学生在进行过滤、萃取具体操作时操作技能较弱。
心理方面：高中生处于青春期，思维活跃，好奇心重、接受新信息的能力强，但注意力易分散。
三、教学目标与评价目标
教学目标：
1、了解金属元素在自然界的存在形式。
2、掌握金属冶炼的原理和方法。
3、掌握铝热反应及其应用。
4、掌握常见金属铝及其化合物的转化关系。
德育目标：
1、学会运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取信息，并运用比较法认识蒸馏、蒸发、过滤、萃取。发展学习化学的兴趣，乐于探究，感受化学的奇妙与和谐。
2、树立安全意识和环保意识，在实验设计与实施过程中考虑安全与环保，注意尾气处理与废弃物的回收处理等。
3、关注化学与社会、环境、个人生活实际以及其他学科和技术的广泛联系、相互作用和影响，体会“物质是联系的”观念，形成关心自然、关心社会、爱护环境、珍惜资源、合理使用化学物质的观念，对与化学有关的能源环境等热点问题做出正确的价值判断。
4、能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响，逐步形成可持续发展的思想。认识化学与人类生活的密切关系，学习用化学科学观念、化学科学知识和化学科学方法来观察、认识自然与社会，用科学、技术、社会相联系的观点认识材料、能源、健康、环境与化学的关系。
评价目标：
1、通过学习，逐步培养学生的自学能力和根据相关资料进行分析概括的能力。
2、培养学生观察、比较、分类、归纳概括等能力，激发学生学习的主动性和创新意识，从而悟出学好化学的科学方法。
3、体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，意识到要科学运用化学，使人与自然和谐相处，注重绿色开发利用。
4、通过化学史的教学，使学生认识并欣赏化学学科对提高人类生活质量和促进社会发展的重要作用。
四、教学重点和难点
教学重点：铝热反应和利用金属活动性顺序表来说明一般金属的冶炼方法
教学难点：学生在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解利用金属活动性顺序表来说明一般金属的冶炼方法
五、教学过程
教学环节 | 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
【引入】 | 展示图片，说明金属从古至今、从日常生活到重大科研都离不开金属，如何得到金属单质？ | 思考金属在自然界的存在形式，从氧化还原角度分析金属的冶炼 | 学生体会金属的重要性以及化学在金属冶炼中起到的重要作用 |
【环节1】 金属冶炼方法的讨论 | 1、通过对高炉炼铁的主要反应的讨论，得出热还原法 2、通过化学史实学习电解法及热分解法 3、总结金属冶炼的方法 | 通过铁及其他金属的相关性质，对老师提出的问题进行思考，推理得出金属的常见冶炼方法 | 复习金属的相关性质； 培养学生观察、分析、总结和推理能力； 认识到金属活动性顺序与金属冶炼的关系 |
【环节2】 小试牛刀 | 1、通过学生活动，总结出铜的冶炼方法：热还原法、湿法、火法 2、镁的冶炼方法：热还原法、电解法 | 学生根据铜及其化合物的知识进行设计，将新旧知识联系起来 | 使学生领悟：同一种金属也可以有不同种冶炼方法。除了原理可行外，实际生产要考虑经济、技术、环境保护等方面 |
【环节3】 学以致用 | 1、协助学生设计铝的生产流程，利用铝及其化合物的转化关系进行提纯 2、对金属冶炼过程中的环境污染及金属资源的合理利用进行补充 | 运用铝及其化合物的转化关系进行设计，并用适当的操作方法进行分离；体会资源合理运用的重要性 | 通过对个案的分析，使学生对金属的冶炼有更深的理解，梳理有关铝及其化合物的相关知识及转化关系 |
【总结】 | 1、 人与自然和谐相处 2、 金属冶炼的过程及方法 3、 铝及其化合物的转化关系 | 对本节课有一个全面、深刻的认识 | 使学生更深刻理解化学在自然资源的合理开发和利用中的作用 |
【环节4】 课后思考 | 学习方法的应用：如何从自然界得到金属镁？ | 明白新的任务，课后进行查阅、整理 | 对新的内容产生兴趣，为下节课作铺垫 |
六、板书计划
金属矿物的开发与利用
游离态：Au Pt
1、 金属的存在形式：
化合态：大多数金属
2、 金属的冶炼
（1） 原理： Mn++ne →M
（2） 方法：
电解法：活泼金属 如：Na 、Mg 、Al
热还原法：较活泼金属 如：Fe 、Cu
热分解法：不活泼金属 如：Ag 、Hg
3、小结：
七、教学反思
社会发展、人民生活水平的提高，离不开资源的开发利用，本节课的知识点主要是金属矿物的开发利用，在这个过程中涉及到物质的转化及原理的分析。通过已有元素化合物知识来分析得出金属冶炼的原理方法。在培养学生相关能力的同时，也要注意对学生进行生态文明教育和道德教育，知道在发展经济的时候要注重人与自然和谐发展，为人类社会的长远持续发展做好设计。学好化学知识，为人类社会造福。
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