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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、氫氧化鋁的性質及應用是高中化學必須掌握的化學知識，又與社會、生產、生活息息相關。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，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，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： 根據全面提高學生素質的總體目標和教學大綱要求以及本節(jié)教材內容和學生已有的認識基礎，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。了解鋁在生產生活中的重要應用。 了解Al2O3的性質和兩性氧化物的概念。 加深對性質決定用途的理解。 （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。 （3） 情感目標： 通過鋁在生產生活中的重要應用，進一步認識化學與生產生活的密切聯(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化關系，學習構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？ [板書] 一、鋁的物理性質及用途： [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，教師可以適當的啟發(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，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，人們已經熟練的掌握了冶煉鋁較好的方法，并投入 大量生產使之服務于各個行業(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S iO2暫時忽略，圍繞中間的操作過程和分離后的主產物進行探究） （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，并用所給藥品進行驗證。 [學生活動得出結論]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 】 （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€原劑還原性〉還原產物，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，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，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，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。 （師生共同歸納） [板書] 三、氧化鋁的性質： 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，熔融條件下可電解。 【氧化鋁的性質是本節(jié)的重點，加深學生的理解】 四、 案例評析： 本案例的設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生活中的其它應用，可使他們對鋁及其化合物產生濃厚興趣，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)提取鋁的生產流程層層設疑，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問、邊啟發(fā)、邊探究的方法。因為多數學生基礎一般，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