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1、专题3 从矿物到根底材料本专题“从矿物到根底材料以从矿物资源获得重要无机根底材料为主线，重点介绍根底无机材料中所包含的铝、铁、铜、硅等常见元素的单质的冶炼原理，单质及其化合物的性质和用途，金属林料的防腐等内容。通过本专题内容的学习，通过对这些元素及其化合物性质的探究，学生将能进一步体验科学探究，进一步了解化学研究的方法和途径，更深入地认识到化学科学在充分、合理利用自然资源造福于人类方面所发挥的重要作用，进一步学习从化学的角度观察、分析、了解物质世界，提高自身的科学素养。 第一单元 从铝土矿到铝合金一、学习目标1了解地壳中铝元素的含量，知道铝元素在自然界的主要存在形式，了解工业上从铝土矿获得铝的
2、方法，从金属铝冶炼方法的变化体验化学科学的开展对人类生活的影响。2知道铝、氧化铝和氢氧化铝的性质，了解铝及其化合物在生产生活中的重要应用，进一步认识化学与生产生活的关系。3了解两性氧化物和两性氢氧化物的概念，知道氧化铝和氢氧化铝分别是两性氧化物和两性氢氧化物。4通过相关探究活动进一步厂解探究学习的一般过程和方法。5尝试采用联想、类比等方法学习新知识，学习构建知识结构的常见方法。二、课时建议从铝土矿中提取铝 1课时铝的性质及应用 1课时三、编写思路铝是地壳中含量最高的金属元素。铝和铝合金是当今社会使用非常广泛的金属材料。从铝土矿提取铝的方法，铝、氧化铝、氢氧化铝的性质及其应用，是高中学生需要学习
3、的重要化学知识，也是学生认识化学与人类社会开展关系的重要内容之一。教材编写依据 普通高中化学课程标准 ，遵循学生的认知规律，重视培养学生崇尚科学的情感，紧扣从铝土矿提取铝这一线索，引出氧化铝、氢氧化铝、铝等物质，通过对局部物质化学性质的实验探究，让学生在学习氧化铝、氢氧化铝、铝等相关知识的同时，进一步学习使用实验探究法去认识物质性质。教材让学生在学习了活泼非金属氯、溴和活泼金属钠、镁的性质后，了解铝的性质。这不仅使学生了解钠、镁和铝的金属活泼性的差异，还会为后来学习元素周期律的知识建立根底。编者重视引导学生采用类比等方法学习新知识。在认识了氧化铝的两性以后，启发学生思考氢氧化铝、铝与酸溶液或碱
4、溶液等的反响，以帮助学生学习构建化学学科知识体系的方法。教材编写中还突出了化学在生产生活中应用十分广泛的特点，如对制备氧化铝的工艺流程图的交流讨论，对铝制容器盛放食品的活动探究等，都突出表达了帮助学生运用所学知识解释生产生活中的化学现象的学习目标。四、教学建议本单元内容主要表达了 普通高中化学课程标准 提出的如下要求：根据生产、生活中的应用实例或通过实验探究，了解铝及其重要化合物的主要性质。初步认识实验力法设计在化学学习、科学研究中的应用。认识实验、假说、比较等科学方法对化学研究的作用。1教学设计思路“从铝土矿中提取铝的教学设计要充分利用教材中图31提供的铝及其合金的一些重要的应用实例。作为金
5、属材料，铝及其合金被广泛应用于航天、建筑等领域，飞机中材料质量的2334是铝合金；在日常生活中，铝及其合金常用来制作各种包装材料和炊具；铝的导电性很好，广泛应用于长距离的输电线路中；铝的燃烧热值高也有其重要应用，航天飞机的固体推进剂和铁轨的焊接都用到铝。结合学生活动，让学生进一步熟悉和了解铝在生产生活中的用途，自然能够激发起学生了解从矿物如何冶炼铝的迫切愿望。从铝土矿获得氧化铝是铝的冶炼的重要步骤。教材巧妙地从铝土矿获得氧化铝引出了对氧化铝和氢氧化铝的两性的认识，在教学中需要把握好这样安排的目的。本单元的教学涉及较多的酸、碱、盐、氧化物间的转化关系。因此，在教学中要帮助学生归纳总结酸、碱、盐、
6、氧化物的转化关系，并能尝试应用物质的转化关系解决化学简单问题。在充分认识了氧化铝的两性以后，对氢氧化铝是否为两性的思考非常自然，这种类比迁移的思维方法也是科学研究中提出假说的常见方法。创设一个好的探究“氢氧化铝是否为两性物质的问题情境，能够活泼思维、激发学生的求知欲，教学中要充分运用实验探究手段帮助学生认识氢氧化铝的两性。“铝的性质及应用的教学设计要紧扣学生身边可以感受到的问题展开，如铝制容器中所盛放的食品是否会对容器产生腐蚀就是学生比较关心的生活中常见的问题。在教学中要充分发挥实验在化学学习中的重要作用，让学生自己亲自动手完成实验，也可以由学生设计一些与探究活动主题相关的其他实验，通过对实验
7、现象的观察和分析，让学生总结归纳铝的特殊性，解决生活中遇到的问题。2教学设计片断 片断1 铝土矿的提纯学生活动学生观看图片，知道铝及其合金的重要应用，对冶炼铝产生强烈的求知欲。教师活动教师引导：铝及其合金在生产生活中有着重要应用。铝元素主要以化合态存在于自然界，铝土矿是其存在的主要形式之一。现代工业冶炼铝是以铝土矿为原料，生产工艺的第一步是除去铝土矿中含有的氧化铁、二氧化硅等杂质，得到纯度较高的氧化铝。教材中图33所示为工业上从铝土矿提取氧化铝的工艺流程图，请同学们根据这一流程图，围绕教材中的“交流讨论以及以下问题展开讨论。(1)用氢氧化钠溶液溶解铝土矿的目的是什么 (2)向过滤后所得溶液中通
8、入二氧化碳的酸化步骤中，除了得到氢氧化铝以外，过滤所得滤液的主要成分是什么 (3)你认为工业上从铝土矿提取氧化铝的工艺流程可以做哪些修改或调整，使其工艺更合理 学生活动阅读教材中相关内容，相互讨论。教师活动教师巡视，及时解答学生在讨论中产生的一些疑问。学生活动学生交流对上述问题的看法，明确提出自己的观点。(在交流中，教师要做好组织协调工作，教师可以提出适当的建议，使学生的讨论围绕中心问题展开)教师活动归纳总结学生讨论中出现的新问题，鼓励并引导学生进一步讨论。讨论中可能出现的主要问题：(1)为什么氧化铁不能溶解于氢氧化钠溶液 (2)二氧化硅能否溶解于氢氧化钠溶液 (3)通二氧化碳酸化过滤后所得滤
9、液是碳酸钠还是碳酸氢钠 (4)如果采用如下流程“用盐酸溶解铝土矿(去硅)，再参加过量氢氧化钠溶液(去铁)，再通入二氧化碳，灼烧沉淀，与目前工业上采用的流程相比较，有什么优、缺点 教师活动及时与学生交流信息，经过反复讨论交流，师生形成共识。片断2 铝的化学性质教师活动教师引导：铝是日常生活中经常使用的金属，很多炊具就是采用铝或铝合金制造的，铝制容器不能长时间盛放食物这是一个生活常识，你们能告诉我这其中蕴含的化学原理是什么吗 学生活动学生讨论并总结：可能食物能腐蚀铝制容器，影响其使用寿命；溶解于食物中的铝不利于人体健康教师可以启发学生思考常见食物中有可能腐蚀铝的物质(如酸、碱、盐等)，可以先研究铝
10、与它们的反响。师生活动讨论学生提出的实验探究方案，指导学生完成实验。 实验：将打磨过的铝条分别放置到五支洁净的试管中，再向试管中各参加3 mL浓硝酸、浓硫酸、稀盐酸、硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液，将观察到的现象填入教材表32中。师生活动学生讨论实验现象、推测实验结论；教师参与其中，聆听学生的发言，并及时给学生以鼓励、评价。教师活动教师引导：在上述反响中，铝表现出哪些性质 学生活动学生答复综述：常温下，铝能与稀盐酸、氢氧化钠溶液反响放出气体，经检验，放出的气体均为可燃气体，推测他们都是氢气；铝能置换出硫酸铜溶液中的铜；铝放入浓硫酸、浓硝酸中均未发现明显变化。教师活动请写出铝与稀盐酸、硫酸铜溶液反响的
11、化学方程式。学生活动书写化学方程式。教师活动投影展示学生书写情况，及时评价。教师引导：与你熟悉的其他金属相比较，你对铝的哪些性质最感兴趣 学生活动学生答复综述：铝能与碱溶液作用放出氢气；铝放入浓硫酸、浓硝酸中均未发现明显变化。教师活动教师启发引导：我们先研究铝与碱溶液的反响。你认为铝与氢氧化钠溶液反响生成了哪些产物 请说明你推测的依据。请同学们讨论这个问题。学生活动学生答复综述：铝与氢氧化钠溶液反响生成了氢气和偏铝酸钠。铝与氢氧化钠溶液反响生成氢气说明反响后氢元素的化合价降低，那么必定有某元素化合价升高，钠元素已处于最高价不能再升高，只有非常强的氧化剂才能使氧元素的价态升高，所以，最大的可能是
12、铝元素的价态升高。反响在碱性条件下发生，所以铝不可能形成铝盐，只能以偏铝酸盐的形式存在。教师活动教师启发引导：同学们答复得非常好。我们能否设计实验证明铝与氢氧化钠反响后生成了偏铝酸钠呢 学生活动学生设计实验：向铝与氢氧化钠溶液反响后所得剩余溶液中通入二氧化碳气体或者参加盐酸，观察是否有白色絮状沉淀生成。教师活动请写出铝与氢氧化钠溶液反响的化学方程式。学生活动书写化学方程式。教师活动及时告之学生配平化学方程式的注意点，投影展示学生书写情况，及时评价。教师引导：铝放入浓硫酸、浓硝酸中均未发现明显变化，似乎很反常，这到底是什么原因呢 请同学们对这个问题展开探究。教师活动建议实验：将一段较长的打磨过的
13、铝条的一端插入浓硫酸(或浓硝酸)中，片刻后取出，洗去其外表附着的酸，再将铝条全部浸入硫酸铜溶液中，片刻后取出铝条，观察现象。教师活动结束语：根据上面的研究，铝放入浓硫酸、浓硝酸中会发生钝化，在加热条件下铝与浓硫酸、浓硝酸也会发生反响。由此我们可以知道，铝制容器不能盛放酸性或碱性食品。一些呈中性的食物中经常含有食盐，这样的食品是否能用铝制容器长期存放呢 请同学们完成教材中“活动与探究的实验2，下次课上我们将继续讨论这个问题。五、疑难解析1氢氧化铝为什么具有两性 氢氧化铝“两性的含义是指它既是一种酸，能够电离出H+，能与碱反响生成盐和水；又是一种碱，能够电离出OH，能与酸反响生成盐和水。那么为什么
14、氢氧化铝既可以电离出H+，又可以电离出OH呢 其实无论是氢氧化物，还是含氧酸盐都含有ROH的结构，该物质显酸性还是显碱性主要取决于其在水溶液中断键的位置。假设断RO键，那么产生OH，显碱性；假设断OH键，那么产生H+，显酸性。而断键的位置取决于RO及OH键中R和H对O的吸引能力，当两者对O的吸引力相当时，ROH既可以呈酸性电离，又可以呈碱性电离。而R对O的吸引能力又取决于它的离子半径的大小和所带电荷的多少，铝离子的电荷数和离子半径都介于Mg和Si之间，所以它在水中既可以发生与H2SiO3类似的酸式电离，又可以发生与Mg(OH)2类似的碱式电离。A1(OH)3的酸式电离和碱式电离为：当A1(OH
15、)3与强酸反响时，将促使A1(OH)3电离生成OH，即发生碱式电离，生成铝盐；当A1(OH)3与强酸反响时，将促使A1(OH)3电离生成H+，即发生酸式电离，生成偏铝酸盐。2铝土矿中铝的浸出氧化铝以铝土矿形式存在，铝土矿是不纯的一水铝石或三水铝石，含A12O3 45一65，主要杂质是氧化硅和氧化铁，氧化硅含量可达12，氧化铁含量可达25。铝土矿中还含有二氧化钛等，其含量约为3，结晶水含量为1436。因铝土矿中的杂质铁也能溶于硫酸，故铝土矿不能用硫酸浸出，可根据氢氧化钠与氧化铝反响，用氢氧化钠溶液浸出。 A12O3+2NaOH=2NaAlO2十H2O一水铝石(A12O3H2O)在氢氧化钠溶液中的溶解度比三水铝石(A12O33H2O)在氢氧化钠溶液中的溶解度小，对一水铝石而言，就需要更严格的浸出条件。这两种铝土矿都采用中压浸出，浸出之前，将矿石粉碎，然后磨细，与氢氧化钠和热水一起加到球磨机中细磨。细磨产物以浓度固定的矿浆形式放出，然后送入压煮器。压煮器是用低碳钢制成的，采用蒸汽夹套加热，或直接喷射高压新鲜蒸汽加热。母液均应脱除赤泥(不溶残渣)。首先在浓密机中进行逆流倾析，然后用压滤机过滤，将滤液冷却，使之成为过饱和溶液，最后再从过饱
