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111 從鋁土礦中提取鋁的教學(xué)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(yīng)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(yīng)用是高中化學(xué)必須掌握的化學(xué)知識(shí)，又與社會(huì)、生產(chǎn)、生活息息相關(guān)。教材編排在學(xué)生學(xué)習(xí)了鈉、鎂等重要金屬元素之后，學(xué)生自然而然地把鈉、鎂、鋁三者作比較，這為以后學(xué)習(xí)元素周期律知識(shí)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(xué)生對(duì)后面知識(shí)學(xué)習(xí)的興趣；通過(guò)Al2O3兩性的探究學(xué)生很容易通過(guò)類(lèi)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(xué)習(xí)作了很好的鋪墊；通過(guò)鋁 的冶煉歷史的介紹，也會(huì)促進(jìn)他們崇尚科學(xué)、并熱愛(ài)科學(xué)，所以本節(jié)課的意義是顯而易見(jiàn)的。 2、教學(xué)目標(biāo)： 根據(jù)全面提高學(xué)生素質(zhì)的總體目標(biāo)和教學(xué)大綱要求以及本節(jié)教材內(nèi)容和學(xué)生已有的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)，我確定本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)如下： （1） 知識(shí)目標(biāo)： 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(yīng)用。 了解Al2O3的性質(zhì)和兩性氧化物的概念。 加深對(duì)性質(zhì)決定用途的理解。 （2） 能力目標(biāo)： 通過(guò)探究學(xué)習(xí)鋁土礦中提取鋁的工藝流程，培養(yǎng)學(xué)生從信息中獲取新知識(shí)的能力，從實(shí)驗(yàn)求證猜想的能力，引導(dǎo)學(xué)生從多角度獲取知識(shí)的能力，為將來(lái)自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。 （3） 情感目標(biāo)： 通過(guò)鋁在生產(chǎn)生活中的重要應(yīng)用，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)化學(xué)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(xué)生體驗(yàn)了化學(xué)學(xué)科發(fā)展對(duì)人類(lèi)生活的影響，激發(fā)它們熱愛(ài)化學(xué)、熱愛(ài)科學(xué)、崇尚科學(xué)。 3、重點(diǎn)和難點(diǎn) （1）重點(diǎn)：通過(guò)對(duì)“Al2O3分別與酸、堿溶液反應(yīng)”的探究，讓學(xué)生更熟悉酸、堿、氧化物之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，學(xué)習(xí)構(gòu)建化學(xué)學(xué)科知識(shí)體系的方法。 （2）難點(diǎn)：Al2O3的兩性，鋁的冶煉涉及的反應(yīng)原理。 二、教具準(zhǔn)備： 多媒體課件，實(shí)驗(yàn)儀器（試管每組4支、滴管1支、燒杯1個(gè)） 實(shí)驗(yàn)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(xué)案例與設(shè)計(jì)： （一）引入新課： [播放電腦圖片及解說(shuō)] （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(diǎn)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(chē)------尼桑頤達(dá)，他在廣告中的賣(mài)點(diǎn)是“寬敞的空間”和“全鋁合金引擎”。 （圖三）飛機(jī)、火車(chē)、汽車(chē)、船舶、導(dǎo)彈制造業(yè)，使用了各種鋁合金，如一架超音速飛機(jī) 由70%的鋁合金構(gòu)成，每枚導(dǎo)彈用鋁量約占總量的10%--15%，國(guó)外已有鋁制火車(chē)軌道，而一艘大型船舶用鉛量達(dá)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(yīng)用，除此之外，在我們身邊，鋁還有哪些應(yīng)用呢? [學(xué)生討論回答] 鋁制炊具、鋁合金門(mén)窗、鋁制導(dǎo)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(wú)處不在，具有廣泛的應(yīng)用。那么再請(qǐng)大家思考一下圖中的一些應(yīng)用主要利用了鋁的哪些性質(zhì)？ [板書(shū)] 一、鋁的物理性質(zhì)及用途： [學(xué)生討論回答] 飛機(jī)制造----鋁的密度小 用作導(dǎo)線----良好的導(dǎo)電性 鋁制炊具----良好的導(dǎo)熱性 用作包裝----良好的延展性 【 學(xué)生在學(xué)習(xí)了Na、Mg的性質(zhì)之后對(duì)金屬的通性已有了一定認(rèn)識(shí)，在這里可以使他們回顧舊知識(shí)，又可以使他們對(duì)性質(zhì)決定用途的有更深的理解。學(xué)生討論不完整時(shí)，教師可以適當(dāng)?shù)膯l(fā)，師生互動(dòng)】 （二）推進(jìn)新課： [教師講解]鋁不僅可以促進(jìn)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(lèi)的寶物。但是追溯到19世紀(jì)中葉，鋁并不是象現(xiàn)在那樣普遍存在。 [多媒體播放]（一）在國(guó)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(mén)捷列夫創(chuàng)建了元素周期表，受到英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的表彰，獎(jiǎng)品是一只鋁制獎(jiǎng)杯。 [教師]這兩個(gè)事例說(shuō)明了什么？ [學(xué)生]19世紀(jì)中葉鋁是很昂貴的金屬（甚至超過(guò)黃金）。 [教師]為什么當(dāng)時(shí)鋁的價(jià)格和現(xiàn)在會(huì)有這么大的差別？ [學(xué)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(lái)。這在19世紀(jì)是一個(gè)較難的問(wèn)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(gè)行業(yè)。那么我們現(xiàn)在是如何提取鋁的呢？ 【通過(guò)兩組電腦圖片的對(duì)比，使學(xué)生深刻體會(huì)到了科技改變了人的生活，激發(fā)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)、崇尚科學(xué)并立志獻(xiàn)身科學(xué)。然后教師很自然的提出設(shè)問(wèn)“現(xiàn)在我們是如何提取鋁？”引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究思考】 [板書(shū)]二、從鋁土礦中冶煉鋁 [多媒體播放]鋁的工藝流程。（或指導(dǎo)學(xué)生看課本62頁(yè)圖3-2） [教師]從鋁的工藝流程來(lái)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(guò)程分成兩個(gè)階段。 [板書(shū)]（1）鋁土礦—→氧化鋁 （2）氧化鋁—→鋁 [教師]請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)鋁的工藝流程的兩個(gè)階段和以下幾個(gè)問(wèn)題一起來(lái)探究它的原理。 （雜質(zhì)S iO2暫時(shí)忽略，圍繞中間的操作過(guò)程和分離后的主產(chǎn)物進(jìn)行探究） （問(wèn)題一）鋁土礦中取出的氧化鋁是金屬氧化物，請(qǐng)推測(cè)其可能性質(zhì)，并用所給藥品進(jìn)行驗(yàn)證。 [學(xué)生活動(dòng)得出結(jié)論]甲：Al2O3會(huì)和鹽酸反應(yīng)。驗(yàn)證：白色固體溶解，得無(wú)色溶液。 乙：Al2O3不會(huì)溶于水，也不和水反應(yīng)。 【 讓學(xué)生回顧金屬氧化物的性質(zhì) 】 （問(wèn)題二）工藝流程中NaOH溶解鋁土礦的目的是什么？ [學(xué)生討論驗(yàn)證] 甲：實(shí)驗(yàn)Fe2O3+NaOH→不反應(yīng) （Fe2O3成為殘?jiān)? 乙：實(shí)驗(yàn)Al2O3+NaOH 現(xiàn)象：白色固體溶解，生成無(wú)色溶液。 （過(guò)濾后含鋁的化合物進(jìn)入濾液） [教師提示]反應(yīng)后的液體留下備用。 [教師]很好，大家根據(jù)前兩個(gè)問(wèn)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(yīng) Al2O3+2 NaOH==2NaAlO2 +H2O 類(lèi)別 堿性氧化物 兩性氧化物 （強(qiáng)調(diào)Al2O3 是最重要的兩性氧化物，大家要熟練掌握并學(xué)會(huì)書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式） 【通過(guò)學(xué)生思考、實(shí)驗(yàn)找出它們的區(qū)別，加深了對(duì)兩性氧化物的概念的理解】 （問(wèn)題三）NaOH溶解鋁土礦后，濾液中的主要成分是什么？ [學(xué)生] 主要成分是NaOH（過(guò)量），NaAlO2 （Fe2O3成為殘?jiān)? （問(wèn)題四）把濾液酸化的作用是什么？（啟發(fā)學(xué)生用前面的備用的NaAlO2溶液逐滴滴入HCl 驗(yàn)證，看到明顯現(xiàn)象就停止） [學(xué)生] 中和過(guò)量的NaOH并和NaAlO2 反應(yīng)，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(cè)出沉淀是鋁的化合物） [板書(shū)] NaAlO2 +HCl+H2O == NaCl + Al(OH)3↓ （問(wèn)題五）流程中不是用HCl，而是通足量的CO2酸化，反應(yīng)后生成了什么？濾液的主要成分？ [學(xué)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?yàn)橥ㄗ懔康腃O2，所以產(chǎn)物應(yīng)為NaHCO3，也可從P63問(wèn)題解決得到提示。 （問(wèn)題六）將過(guò)濾后的白色固體灼燒，發(fā)生什么反應(yīng)？寫(xiě)出有關(guān)的化學(xué)方程式。 [學(xué)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(yīng)請(qǐng)?zhí)钊胝n本P63的“問(wèn)題解決”。 【建議：教師在引導(dǎo)學(xué)生一步步探究時(shí)，可把每一步的主產(chǎn)物在階段一下面逐一版書(shū)】 [板書(shū)] 鋁土礦 NaAlO2 Al(OH)3 Al2O3 [教師] 順利提取了Al2O3，接下來(lái)怎么由氧化鋁—→鋁？又是利用了什么原理？化合價(jià)是否發(fā)生變化？ [學(xué)生]甲：發(fā)生了氧化還原反應(yīng) ，按流程提示用電解法制取。 [教師]還有其他方法嗎？ [學(xué)生]乙：因?yàn)殇X被還原，所以可以用較強(qiáng)還原劑來(lái)把鋁還原出來(lái)。 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(jià)變化，是氧化還原反應(yīng)，但能否用還原劑還原？此法可行嗎？好不好？ [學(xué)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(jì)時(shí)，人們用鈉熔融條件下還原出鋁，但工藝復(fù)雜，鈉本身也較難得到，當(dāng)時(shí)鋁很昂貴。而熱分解法不適于制活潑金屬，因?yàn)榛顫娊饘傺趸锖芊€(wěn)定，高溫下也難分解。所以和鈉、鎂一樣均采用電解法。 [板書(shū)]（2）Al2O3—→Al 2Al2O3 4Al+3O2↑ 【指導(dǎo)學(xué)生閱讀】化學(xué)史話 [教師]早期用鈉還原出鋁 ，后來(lái)發(fā)展到用電解Al2O3—→Al ，但Al2O3熔點(diǎn)高，熔化電解需大量的電能，所以鋁的價(jià)格還很高，當(dāng)時(shí)無(wú)法進(jìn)行大量的化工生產(chǎn)，直到美國(guó)化學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)冰晶石可以降低Al2O3的熔點(diǎn)才使Al 廣泛投入生產(chǎn)，才使這種19世紀(jì)最昂貴的金屬如“舊時(shí)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(xué)生感受科技造福人類(lèi)，提高學(xué)生的環(huán)保意識(shí)?！? [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(lái)我們?cè)谝黄鸹仡櫼幌滤男再|(zhì)。 （師生共同歸納） [板書(shū)] 三、氧化鋁的性質(zhì)： 1、 物性： 2、化性：a.與酸反應(yīng) ：Al2O3+6HCl==2AlCl3+3H2O b.與堿反應(yīng)：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(diǎn)，加深學(xué)生的理解】 四、 案例評(píng)析： 本案例的設(shè)計(jì)從多媒體展示鋁在高科技的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生思考鋁在生產(chǎn)生活中的其它應(yīng)用，可使他們對(duì)鋁及其化合物產(chǎn)生濃厚興趣，教師不失時(shí)機(jī)的提出鋁的來(lái)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(xué)生分析、思考、并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的推斷，這種提出假說(shuō)再驗(yàn)證的方法是科研常見(jiàn)的方法，效果不錯(cuò)。 本節(jié)教材編寫(xiě)改變了以往從物性――化性――用途――制備的傳統(tǒng)教學(xué)方法，而改用從制備流程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題――尋找問(wèn)題答案――獲得知識(shí)。其目的是激發(fā)學(xué)生的探究欲，學(xué)會(huì)從多角度獲取知識(shí)的方法，教學(xué)中應(yīng)該把握好這種安排的目的。 在學(xué)生探究過(guò)程中我盡量采取邊設(shè)問(wèn)、邊啟發(fā)、邊探究的方法。因?yàn)槎鄶?shù)學(xué)生基礎(chǔ)一般，若集中所有問(wèn)題全盤(pán)拋出，學(xué)生很難按一定次序逐一探究而變得無(wú)所適從，那就可能使得探究課無(wú)法順利進(jìn)行。 本節(jié)課的主要活動(dòng)在于學(xué)生探究提取鋁的工藝，在探究時(shí)要求學(xué)生忽略雜質(zhì)二氧化硅是基于學(xué)生還沒(méi)有全面的二氧化硅和氫氧化鋁的知識(shí)，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(huì)在以后學(xué)習(xí)中再次提出，到時(shí)也相當(dāng)于一次復(fù)習(xí)了。 111