《從鋁土礦中提取鋁》教案9

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111 從鋁土礦中提取鋁的教學案例與分析 一、 教材分析： 1、教材的地位和作用： 鋁是地殼中含量最高的金屬元素，它具有廣泛的應用。 本節(jié)課“從鋁土礦中提取鋁”是高中新課程蘇教版必修1專題3的第一單元第一節(jié)。本章中涉及到的鋁土礦提取鋁的方法，鋁、氧化鋁、氫氧化鋁的性質(zhì)及應用是高中化學必須掌握的化學知識，又與社會、生產(chǎn)、生活息息相關(guān)。教材編排在學生學習了鈉、鎂等重要金屬元素之后，學生自然而然地把鈉、鎂、鋁三者作比較，這為以后學習元素周期律知識奠定了基礎(chǔ)，因此本章在教材中地位是不言而喻的。 本節(jié)課介紹鋁的冶煉和Al2O3的兩性，雖然要求不高，但其重要性不亞于后面章節(jié)。 上好本節(jié)課可以激發(fā)學生對后面知識學習的興趣；通過Al2O3兩性的探究學生很容易通過類比遷移的方法思考Al(OH)3是否也為兩性物質(zhì)，這為后面的學習作了很好的鋪墊；通過鋁 的冶煉歷史的介紹，也會促進他們崇尚科學、并熱愛科學，所以本節(jié)課的意義是顯而易見的。 2、教學目標： 根據(jù)全面提高學生素質(zhì)的總體目標和教學大綱要求以及本節(jié)教材內(nèi)容和學生已有的認識基礎(chǔ)，我確定本節(jié)的教學目標如下： （1） 知識目標： 了解地殼中鋁元素的含量。知道鋁元素在自然界的主要存在形式。 了解工業(yè)上從鋁土礦中提取鋁的方法。了解鋁在生產(chǎn)生活中的重要應用。 了解Al2O3的性質(zhì)和兩性氧化物的概念。 加深對性質(zhì)決定用途的理解。 （2） 能力目標： 通過探究學習鋁土礦中提取鋁的工藝流程，培養(yǎng)學生從信息中獲取新知識的能力，從實驗求證猜想的能力，引導學生從多角度獲取知識的能力，為將來自主學習、探究學習打下基礎(chǔ)。 （3） 情感目標： 通過鋁在生產(chǎn)生活中的重要應用，進一步認識化學與生產(chǎn)生活的密切聯(lián)系。 從金屬鋁的冶煉方法的改變使學生體驗了化學學科發(fā)展對人類生活的影響，激發(fā)它們熱愛化學、熱愛科學、崇尚科學。 3、重點和難點 （1）重點：通過對“Al2O3分別與酸、堿溶液反應”的探究，讓學生更熟悉酸、堿、氧化物之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，學習構(gòu)建化學學科知識體系的方法。 （2）難點：Al2O3的兩性，鋁的冶煉涉及的反應原理。 二、教具準備： 多媒體課件，實驗儀器（試管每組4支、滴管1支、燒杯1個） 實驗藥品（Al2O3固體、Fe2O3固體,6mol/L NaOH溶液、6mol/L HCl溶液每組一瓶） 三、 教學案例與設(shè)計： （一）引入新課： [播放電腦圖片及解說] （圖一）這是一種新型材料-----泡沫鋁，它是將發(fā)泡劑加入到熔融鋁合金中制成，其優(yōu)點是密度小，比木材還輕，可浮在水面，又有很大的剛性和隔音保溫的效果，是一種良好的建筑材料和輕質(zhì)材料。 （圖二）這是一款新型轎車------尼桑頤達，他在廣告中的賣點是“寬敞的空間”和“全鋁合金引擎”。 （圖三）飛機、火車、汽車、船舶、導彈制造業(yè)，使用了各種鋁合金，如一架超音速飛機 由70%的鋁合金構(gòu)成，每枚導彈用鋁量約占總量的10%--15%，國外已有鋁制火車軌道，而一艘大型船舶用鉛量達2000噸。 [教師講解]剛才看到這些圖片，大家已了解了鋁在高科技領(lǐng)域的廣泛應用，除此之外，在我們身邊，鋁還有哪些應用呢? [學生討論回答] 鋁制炊具、鋁合金門窗、鋁制導線、鋁用于藥品、食品包裝，高質(zhì)量的反射鏡等。 [教師播放鋁制日用品圖] [教師講解]是啊，鋁在我們身邊無處不在，具有廣泛的應用。那么再請大家思考一下圖中的一些應用主要利用了鋁的哪些性質(zhì)？ [板書] 一、鋁的物理性質(zhì)及用途： [學生討論回答] 飛機制造----鋁的密度小 用作導線----良好的導電性 鋁制炊具----良好的導熱性 用作包裝----良好的延展性 【 學生在學習了Na、Mg的性質(zhì)之后對金屬的通性已有了一定認識，在這里可以使他們回顧舊知識，又可以使他們對性質(zhì)決定用途的有更深的理解。學生討論不完整時，教師可以適當?shù)膯l(fā)，師生互動】 （二）推進新課： [教師講解]鋁不僅可以促進科技發(fā)展日新月異，又和我們家家戶戶生活息息相關(guān)，它是大自然賜予人類的寶物。但是追溯到19世紀中葉，鋁并不是象現(xiàn)在那樣普遍存在。 [多媒體播放]（一）在國宴上，拿破侖三世使用一套珍藏的鋁制餐具，而大臣們使用的是銀制餐具。 （二）門捷列夫創(chuàng)建了元素周期表，受到英國皇家學會的表彰，獎品是一只鋁制獎杯。 [教師]這兩個事例說明了什么？ [學生]19世紀中葉鋁是很昂貴的金屬（甚至超過黃金）。 [教師]為什么當時鋁的價格和現(xiàn)在會有這么大的差別？ [學生]鋁的冶煉水平不同。 [教師]是的，雖然鋁在地殼中的含量非常豐富，占地殼總含量的7.73%，是地殼中含量最多 的金屬元素，但它都以化合態(tài)存在，單質(zhì)鋁必須采用人工方法冶煉出來。這在19世紀是一個較難的問題，但現(xiàn)在隨著科技的發(fā)展，人們已經(jīng)熟練的掌握了冶煉鋁較好的方法，并投入 大量生產(chǎn)使之服務(wù)于各個行業(yè)。那么我們現(xiàn)在是如何提取鋁的呢？ 【通過兩組電腦圖片的對比，使學生深刻體會到了科技改變了人的生活，激發(fā)學生熱愛科學、崇尚科學并立志獻身科學。然后教師很自然的提出設(shè)問“現(xiàn)在我們是如何提取鋁？”引導學生進行探究思考】 [板書]二、從鋁土礦中冶煉鋁 [多媒體播放]鋁的工藝流程。（或指導學生看課本62頁圖3-2） [教師]從鋁的工藝流程來看，煉鋁的原料是地殼中含量較多的鋁土礦，其主要成分是Al2O3、雜質(zhì)Fe2O3、S iO2等， 我們可以把冶煉過程分成兩個階段。 [板書]（1）鋁土礦—→氧化鋁 （2）氧化鋁—→鋁 [教師]請同學們根據(jù)鋁的工藝流程的兩個階段和以下幾個問題一起來探究它的原理。 （雜質(zhì)S iO2暫時忽略，圍繞中間的操作過程和分離后的主產(chǎn)物進行探究） （問題一）鋁土礦中取出的氧化鋁是金屬氧化物，請推測其可能性質(zhì)，并用所給藥品進行驗證。 [學生活動得出結(jié)論]甲：Al2O3會和鹽酸反應。驗證：白色固體溶解，得無色溶液。 乙：Al2O3不會溶于水，也不和水反應。 【 讓學生回顧金屬氧化物的性質(zhì) 】 （問題二）工藝流程中NaOH溶解鋁土礦的目的是什么？ [學生討論驗證] 甲：實驗Fe2O3+NaOH→不反應 （Fe2O3成為殘渣） 乙：實驗Al2O3+NaOH 現(xiàn)象：白色固體溶解，生成無色溶液。 （過濾后含鋁的化合物進入濾液） [教師提示]反應后的液體留下備用。 [教師]很好，大家根據(jù)前兩個問題比較Fe2O3、Al2O3兩種金屬氧化物，也找出了它們的區(qū)別。 [多媒體播放]（教師總結(jié)比較后得出兩性氧化物的定義） Fe2O3 Al2O3 HCl Fe2O3+6HCl==2FeCl3+3H2O Al2O3+6HCl==2AlCl3+3H2O NaOH 不反應 Al2O3+2 NaOH==2NaAlO2 +H2O 類別 堿性氧化物 兩性氧化物 （強調(diào)Al2O3 是最重要的兩性氧化物，大家要熟練掌握并學會書寫化學方程式） 【通過學生思考、實驗找出它們的區(qū)別，加深了對兩性氧化物的概念的理解】 （問題三）NaOH溶解鋁土礦后，濾液中的主要成分是什么？ [學生] 主要成分是NaOH（過量），NaAlO2 （Fe2O3成為殘渣） （問題四）把濾液酸化的作用是什么？（啟發(fā)學生用前面的備用的NaAlO2溶液逐滴滴入HCl 驗證，看到明顯現(xiàn)象就停止） [學生] 中和過量的NaOH并和NaAlO2 反應，現(xiàn)象：有白色沉淀生成。 [教師]那白色沉淀是什么？（從流程中得知要由沉淀制得Al2O3可推測出沉淀是鋁的化合物） [板書] NaAlO2 +HCl+H2O == NaCl + Al(OH)3↓ （問題五）流程中不是用HCl，而是通足量的CO2酸化，反應后生成了什么？濾液的主要成分？ [學生]甲：濾液的主要成分Na2CO3 ； 2NaAlO2 +3H2O + CO2 == Na2CO3+2Al(OH)3↓ 乙：濾液的主要成分NaHCO3； NaAlO2 +H2O + CO2 === Al(OH)3↓＋NaHCO3 [教師]因為通足量的CO2，所以產(chǎn)物應為NaHCO3，也可從P63問題解決得到提示。 （問題六）將過濾后的白色固體灼燒，發(fā)生什么反應？寫出有關(guān)的化學方程式。 [學生] 2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O [教師]分析了第一階段，我們順利提取了Al2O3，涉及反應請?zhí)钊胝n本P63的“問題解決”。 【建議：教師在引導學生一步步探究時，可把每一步的主產(chǎn)物在階段一下面逐一版書】 [板書] 鋁土礦 NaAlO2 Al(OH)3 Al2O3 [教師] 順利提取了Al2O3，接下來怎么由氧化鋁—→鋁？又是利用了什么原理？化合價是否發(fā)生變化？ [學生]甲：發(fā)生了氧化還原反應 ，按流程提示用電解法制取。 [教師]還有其他方法嗎？ [學生]乙：因為鋁被還原，所以可以用較強還原劑來把鋁還原出來。 丙：可以用加熱法使其分解嗎？ [教師] 大家已經(jīng)分析出了 Al2O3—→Al 必有化合價變化，是氧化還原反應，但能否用還原劑還原？此法可行嗎？好不好？ [學生]?。簱?jù)還原劑還原性〉還原產(chǎn)物，還原劑必須用很活潑金屬才可以。 [教師]是的，19世紀時，人們用鈉熔融條件下還原出鋁，但工藝復雜，鈉本身也較難得到，當時鋁很昂貴。而熱分解法不適于制活潑金屬，因為活潑金屬氧化物很穩(wěn)定，高溫下也難分解。所以和鈉、鎂一樣均采用電解法。 [板書]（2）Al2O3—→Al 2Al2O3 4Al+3O2↑ 【指導學生閱讀】化學史話 [教師]早期用鈉還原出鋁 ，后來發(fā)展到用電解Al2O3—→Al ，但Al2O3熔點高，熔化電解需大量的電能，所以鋁的價格還很高，當時無法進行大量的化工生產(chǎn)，直到美國化學家霍爾發(fā)現(xiàn)冰晶石可以降低Al2O3的熔點才使Al 廣泛投入生產(chǎn)，才使這種19世紀最昂貴的金屬如“舊時王謝堂前燕，飛入平常百姓家”。但大家要知道，鋁的需求是巨大的，而鋁資源確是有限的，所以大家要從身邊的小事做起，隨手撿起到處亂扔的易拉罐。 【再次讓學生感受科技造福人類，提高學生的環(huán)保意識。】 [教師]了解了從鋁土礦中冶煉鋁的工藝流程，也探究了Al2O3的一些性質(zhì)，它是一種重要的氧化物，接下來我們在一起回顧一下它的性質(zhì)。 （師生共同歸納） [板書] 三、氧化鋁的性質(zhì)： 1、 物性： 2、化性：a.與酸反應 ：Al2O3+6HCl==2AlCl3+3H2O b.與堿反應：Al2O3+2 NaOH==2NaAlO2 +H2O c.兩性氧化物: 3、是電解質(zhì)，熔融條件下可電解。 【氧化鋁的性質(zhì)是本節(jié)的重點，加深學生的理解】 四、 案例評析： 本案例的設(shè)計從多媒體展示鋁在高科技的應用，引導學生思考鋁在生產(chǎn)生活中的其它應用，可使他們對鋁及其化合物產(chǎn)生濃厚興趣，教師不失時機的提出鋁的來源不是現(xiàn)成的，而是從自然界中含量較多的鋁土礦提取的。圍繞工業(yè)提取鋁的生產(chǎn)流程層層設(shè)疑，啟發(fā)學生分析、思考、并實驗驗證自己的推斷，這種提出假說再驗證的方法是科研常見的方法，效果不錯。 本節(jié)教材編寫改變了以往從物性――化性――用途――制備的傳統(tǒng)教學方法，而改用從制備流程中發(fā)現(xiàn)問題――尋找問題答案――獲得知識。其目的是激發(fā)學生的探究欲，學會從多角度獲取知識的方法，教學中應該把握好這種安排的目的。 在學生探究過程中我盡量采取邊設(shè)問、邊啟發(fā)、邊探究的方法。因為多數(shù)學生基礎(chǔ)一般，若集中所有問題全盤拋出，學生很難按一定次序逐一探究而變得無所適從，那就可能使得探究課無法順利進行。 本節(jié)課的主要活動在于學生探究提取鋁的工藝，在探究時要求學生忽略雜質(zhì)二氧化硅是基于學生還沒有全面的二氧化硅和氫氧化鋁的知識，若貿(mào)然介紹未免就有些喧賓奪主了，至于優(yōu)化提取鋁的工藝流程會在以后學習中再次提出，到時也相當于一次復習了。 111