8.1 自然资源的开发利用 教学设计 2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

该高中化学教学设计聚焦金属矿物、海水及化石燃料的开发利用，课堂导入从生活金属制品切入，联系学生已学的金属活动性顺序、电解原理等，搭建从物质性质到实际应用的学习支架，整合零散的元素化合物知识。 资料以问题链驱动科学思维，如金属冶炼方法与活动性顺序的关联分析，结合海水提镁流程图、石油加工对比表等，从宏观流程到微观电子转移体现宏观辨识与微观探析，强调资源回收与环保落实科学态度与责任，助学生构建知识网络，提升综合应用能力，也为教师提供清晰教学逻辑与分层练习。

第一节 自然资源的开发利用 课程：高中化学 教材：高中化学人教版（2019）必修第二册 章节：第一节 自然资源的开发利用 教材分析 本章内容在高中化学中起着承上启下的作用，学完元素化合物知识后，学生通过本章学习将零散的金属与非金属知识整合到资源开发利用的宏观视野中，实现了从“物质性质”到“实际应用”的认知跃迁，有助于培养系统思维和可持续发展观念。教材先从金属矿物的冶炼入手，结合金属活动性顺序，依次介绍热分解法、电解法和还原剂法，如等方程式清晰展示了不同活泼性金属的提取逻辑；再过渡到海水资源的利用，从传统的晒盐、制镁延伸到提取铀、重水及潮汐能开发，体现了资源利用的广度；最后聚焦化石燃料的综合利用，通过煤的干馏、气化和石油裂化等过程，如，引导学生理解化学在能源转化中的核心作用。教材借助图8-3和图8-6等流程图，将复杂工业过程可视化，帮助学生建立“原料—转化—产品”的整体认知。学生常在判断金属冶炼方法时混淆电解与还原的适用范围，对裂化与裂解的区别理解不清，也难以将资源利用与环境保护联系起来，这些难点需要结合具体案例逐步突破。 学情分析 学生已经在初中化学中学习过金属的物理性质、化学性质以及铁的冶炼等基础知识，对氧化还原反应有初步认识，并通过实验了解了碳和一氧化碳还原金属氧化物的过程，如和。同时，在必修课程中掌握了电解原理和常见金属活动性顺序，为理解不同金属冶炼方法的选择提供了基础。高中阶段学生的抽象思维能力逐步增强，能够接受基于反应原理的分类逻辑，但在将金属活泼性与冶炼方法（如电解法、热分解法、还原剂法）建立系统关联时仍存在困难，尤其对铝热反应中的能量变化和还原能力比较理解不深。此外，面对煤的干馏、石油裂化与裂解等复杂工业过程，学生容易混淆反应类型与产物用途，难以从资源综合利用的角度整合海水淡化、化石燃料转化与环境保护之间的关系，对化学方程式条件标注和物质转化路径的整体把握仍需提升。 教学目标 知识目标 1. 通过对教材内容的学习，解释不同活泼性金属的冶炼方法及原理，能列举常见金属冶炼的化学反应方程式。 核心素养 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上了解金属矿物、海水资源、化石燃料等的开发利用方式，从微观角度理解相关化学反应中元素化合价的变化及电子转移情况。 2. 科学探究与创新意识：在学习金属冶炼、海水淡化等内容时，能思考并探究不同方法的优缺点，尝试提出创新改进的思路。 3. 科学态度与社会责任：认识到资源开发利用过程中存在的能源消耗和环境污染问题，树立合理开发利用资源、保护环境的科学态度和社会责任感。 重点难点 教学重点 1. 根据金属活泼性判断金属冶炼的常用方法 2. 通过化学方程式识别电解法在活泼金属冶炼中的应用 3. 理解海水淡化及综合利用的主要途径 教学难点 1. 结合金属活动性顺序理解不同冶炼方法的选择依据 2. 从资源与环境角度综合分析金属资源的合理利用 3. 理解石油裂化、裂解与分馏的区别及工业意义 课堂导入 【教师活动】 同学们，你们知道吗？我们日常生活中使用的手机、汽车、硬币，甚至我们教室里的铝合金门窗，都离不开大自然赋予我们的金属资源。但你们有没有想过，这些金属其实并不是以纯净的金属形式存在的，它们大多“藏”在岩石和海水里，需要通过复杂的化学方法才能提取出来。 【教师活动】 那么，为什么有的金属可以用加热的方法轻松提取，而有的却需要消耗大量电能进行电解？我们为什么要关注金属资源的循环利用？这背后又隐藏着怎样的化学原理？ 【教师活动】 今天，就让我们一起走进金属矿物与海水资源开发利用的世界，去探索它的奥秘。 金属矿物的开发利用 探究新知 创设情境 金属材料在现代工业中扮演着不可或缺的角色，从航天器到智能手机，从桥梁到家用电器，都离不开金属的支撑。然而，金属矿物资源是有限的，且分布不均。如何高效、环保地从矿石中提取金属，成为化学研究的重要课题。例如，铝作为地壳中含量最高的金属元素，其冶炼过程却需要消耗大量电能。这引发了我们对金属冶炼方法及其合理利用的深入思考。 师生互动与教师引导过程 问题1 · 教师引导：为什么像铝、镁这样的活泼金属不能用普通的还原剂冶炼，而必须采用电解法？ · 学生回答：因为它们的金属活动性太强，普通还原剂无法将其从化合物中还原出来。 · 参考答案：活泼金属的阳离子还原性弱，难以被一般还原剂还原，必须通过电解熔融态化合物的方法获得金属单质。 · 教师点评并讲解：很好！这说明金属的冶炼方法与其活泼性密切相关。那么，我们来看看不同活泼性的金属分别适合哪些冶炼方法？ 问题2 · 教师引导：根据金属活动性顺序表，哪些金属适合用加热分解法冶炼？请举例说明。 · 学生回答：像Hg、Ag这样的不活泼金属可以用加热分解法冶炼，例如加热氧化汞生成汞和氧气。 · 参考答案：Hg、Ag等不活泼金属的氧化物受热易分解为金属单质和氧气，因此适合加热分解法冶炼。 · 教师点评并讲解：非常准确！这说明冶炼方法的选择与金属的活泼性密切相关。那么，对于大多数中等活泼性的金属，如铁、铜等，我们又该如何冶炼呢？ 问题3 · 教师引导：在高炉炼铁中，为什么常用一氧化碳作还原剂？其反应原理是什么？ · 学生回答：因为CO具有较强的还原性，在高温下能将铁的氧化物还原为金属铁，同时生成二氧化碳。 · 参考答案：在高温条件下，CO将Fe₂O₃还原为Fe，反应为：Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂。 · 教师点评并讲解：回答得很好！这说明我们可以通过选择合适的还原剂来冶炼不同金属。那么，除了这些方法，还有没有其他方式可以实现金属的冶炼呢？ 问题4 · 教师引导：铝热反应在焊接铁轨中被广泛应用，它的原理是什么？为什么能用于金属冶炼？ · 学生回答：铝热反应是铝与金属氧化物在高温下反应，置换出金属单质，例如Fe₂O₃ + 2Al → 2Fe + Al₂O₃。 · 参考答案：铝热反应利用铝的强还原性将金属从其氧化物中置换出来，适用于冶炼高熔点金属。 · 教师点评并讲解：非常棒！这说明活泼金属也可以作为还原剂用于冶炼其他金属。接下来，我们来探讨金属资源的合理利用问题。 问题5 · 教师引导：既然金属资源有限，我们应如何合理开发和利用金属矿物？ · 学生回答：提高矿物利用率、开发环保冶炼技术、防止金属腐蚀、加强废旧金属回收等。 · 参考答案：合理开发金属资源的途径包括：提高矿物利用率、开发环保冶炼技术、防止金属腐蚀、加强废旧金属回收与再利用、使用替代材料等。 · 教师点评并讲解：总结得很全面！这提醒我们，化学不仅是提取金属的手段，更是实现可持续发展的关键。 教师总结 1. 金属冶炼方法与金属活泼性密切相关，活泼金属用电解法，中等活泼金属用还原剂法，不活泼金属可用加热分解法。 2. 铝热反应是一种利用活泼金属作还原剂的冶炼方法，适用于高熔点金属的冶炼。 3. 金属资源有限，应通过提高利用率、环保冶炼、防止腐蚀、回收再利用等方式实现可持续发展。 设计意图 通过问题引导学生理解金属冶炼的原理与方法，结合实际情境提升其分析与应用能力，同时强化环保与可持续发展的意识。 新知巩固 题目1 【题文】：工业制备合理且反应正确的是 A．工业制 B．制粗硅： C．冶炼 D．工业煅烧黄铁矿()制 【解答】：A中H₂与Cl₂光照爆炸，工业采用点燃；B产物应为CO；C中Mg比Al活泼，反应不成立；D正确，为工业制SO₂反应。选D。 【总结】：本题考查常见工业反应的原理与正误判断。解题需结合金属活动性顺序、实际工业条件及化学反应规律，逐项分析反应可行性，特别注意产物合理性与反应条件的应用。 题目2 【题文】：建筑碉楼所用的主要材料之一是青砖，青砖属于 A．传统无机非金属材料 B．金属材料 C．有机材料 D．新型无机非金属材料 【解答】：青砖由黏土烧制而成，主要成分为硅酸盐，属于传统硅酸盐材料，即传统无机非金属材料，选A。 【总结】：本题考查材料分类，核心是识别常见建筑材料的类别。解题关键在于掌握青砖的制备原料和成分，明确其属于传统无机非金属材料中的硅酸盐材料，区别于金属或有机材料。 海水资源的开发利用 探究新知 创设情境 海洋覆盖了地球表面积的71%，其中蕴含着丰富的水资源和化学资源。随着淡水资源日益紧张，海水资源的开发利用成为全球关注的焦点。我国在海水制盐、海水淡化以及提取镁、钾、溴等方面已有广泛应用。例如，海水淡化与化工生产结合，形成了图8-3所示的综合利用体系，不仅提高了资源利用率，也为可持续发展提供了新思路。 师生互动与教师引导过程 问题1 · 教师引导：从图8-3可以看出，海水综合利用包括哪些主要环节？这些环节之间是如何相互配合的？ · 学生回答：包括海水淡化、制盐、提取金属和非金属元素、化工生产等，各环节之间资源共享、互为原料。 · 参考答案：主要包括海水淡化获取淡水、制盐获取氯化钠、提取镁、钾、溴等元素，以及后续化工生产。这些环节通过资源循环和副产品利用实现高效整合。 · 教师点评并讲解：很好，这说明海水资源的利用不是单一过程，而是系统工程。那么，海水淡化有哪些常用方法？它们的原理和适用场景有何不同呢？ 问题2 · 教师引导：教材中提到的海水淡化方法有哪些？请比较它们的原理和优缺点。 · 学生回答：主要有蒸馏法、反渗透法和电渗析法。蒸馏法利用沸点差异分离水和盐，能耗高但技术成熟；反渗透法利用半透膜在高压下分离盐和水，能耗低但膜易堵塞；电渗析法利用离子交换膜分离离子，适用于低盐度海水。 · 参考答案：蒸馏法通过加热蒸发再冷凝获得淡水，适用于大规模但能耗高；反渗透法依靠压力推动水分子通过半透膜，节能但对水质要求高；电渗析法利用电场和离子交换膜分离离子，适合低盐度处理。 · 教师点评并讲解：回答得很全面。这三种方法各有优劣，选择时需考虑成本、能耗和水质。接下来，我们来看看从海水中提取金属和非金属元素的过程，以镁为例，它是如何从海水中提取的？ 问题3 · 教师引导：从海水中提取镁的基本流程是怎样的？涉及哪些化学反应？ · 学生回答：先加石灰乳沉淀镁离子为氢氧化镁，再加盐酸溶解得到氯化镁溶液，最后电解熔融氯化镁得到金属镁。 · 参考答案： · 教师点评并讲解：非常准确。这个过程体现了从稀溶液中富集目标元素的思路。除了镁，海水中还含有哪些可提取的重要物质？它们的提取有何意义？ 问题4 · 教师引导：除了镁、钾、溴等元素，教材还提到了哪些具有战略意义的物质？它们为何重要？ · 学生回答：铀和重水。它们是核能开发的重要原料，对国家安全和能源结构优化具有重要意义。 · 参考答案：铀用于核反应堆燃料，重水用于中子减速剂，两者都是核能发展的关键材料，从海水中提取具有战略价值。 · 教师点评并讲解：没错，这说明我们不仅要关注常见资源的利用，也要重视战略性资源的开发。那么，除了物质资源，海洋还能提供哪些形式的能量？ 问题5 · 教师引导：海洋中除了化学资源，还蕴含哪些形式的能量？它们的开发前景如何？ · 学生回答：潮汐能、波浪能等新型能源。这些能源清洁可再生，开发潜力大，但目前技术尚不成熟。 · 参考答案：潮汐能和波浪能属于可再生能源，具有清洁、可持续的特点，未来在能源结构中将发挥更大作用。 · 教师点评并讲解：总结得很好。这说明我们对海洋资源的开发不仅限于物质，还包括能量形式。接下来我们一起来总结本节课的核心内容。 教师总结 1. 海水资源的利用主要包括海水淡化、制盐、提取金属和非金属元素、化工生产等。 2. 海水淡化常用方法有蒸馏法、反渗透法和电渗析法，各有优缺点和适用场景。 3. 从海水中提取镁、钾、溴等元素需通过富集、沉淀、分离和电解等步骤完成。 4. 海水中铀和重水的提取具有战略意义，潮汐能、波浪能等新型能源也具有广阔前景。 设计意图 通过创设科技前沿情境，引导学生理解海水资源的综合利用价值，结合问题链设计，帮助学生掌握海水淡化方法、元素提取流程及能源开发方向，提升其分析和解决实际问题的能力。 新知巩固 题目1 【题文】：制取时先往精盐溶液中通入，再通入 【解答】：应先通再通，因氨水呈碱性利于吸收，A错误。 【总结】：本题考查侯氏制碱法的操作顺序。解题要点是理解先通可提高吸收效率，再生成沉淀。同类题需掌握气体通入顺序对反应的影响。 题目2 【题文】：热空气能吹出溴是利用溴易挥发的性质 【解答】：溴具有挥发性，热空气使其从溶液中逸出，B正确。 【总结】：本题考查溴的提取原理。解题关键在于识别溴的物理性质——易挥发，可用空气吹出法富集。此类题需结合物质性质与工艺流程分析实际应用。 煤、石油和天然气的综合利用 探究新知 创设情境 随着全球能源需求的不断增长，煤、石油和天然气作为主要能源和化工原料，其综合利用成为工业发展的关键。然而，化石燃料的不合理利用也带来了严重的环境污染问题。如何通过化学手段实现这些资源的高效转化和清洁利用，是当前科技发展的前沿课题。例如，煤的气化和液化技术不仅能提高能源利用率，还能减少污染物排放。石油的催化裂化和裂解则为化工提供了大量基础原料，如乙烯、丙烯等。 师生互动与教师引导过程 问题1 · 教师引导：从图片中可以看出，石油加工后可以得到多种产品，如汽油、柴油、乙烯等。那么，石油是如何通过分馏和裂化等过程实现这些产品的分离和转化的？ · 学生回答：石油通过分馏按沸点不同分离出不同产品，再通过催化裂化将重油转化为轻质油。 · 参考答案：石油通过分馏按沸点不同分离出汽油、煤油、柴油等轻质油；重油通过催化裂化分解为更小分子的汽油等，再进一步裂解得到乙烯、丙烯等化工原料。 · 教师点评并讲解：很好！这说明石油的加工不仅涉及物理分离，还包含化学变化。那么，催化裂化和裂解的本质区别是什么？我们继续探讨。 问题2 · 教师引导：催化裂化和裂解都是将大分子烃转化为小分子烃的过程，它们在反应条件和产物组成上有何不同？ · 学生回答：催化裂化使用催化剂，温度较低，产物主要是汽油；裂解温度更高，产物主要是乙烯、丙烯等不饱和烃。 · 参考答案：催化裂化在催化剂和较低温度下进行，主要生成汽油等液体燃料；裂解在高温下进行，主要生成乙烯、丙烯等气态不饱和烃。 · 教师点评并讲解：非常准确！这说明我们可以通过控制反应条件来调控产物类型。那么，煤的综合利用又有哪些主要方式呢？ 问题3 · 教师引导：煤的干馏、气化和液化分别对应哪些主要产物？它们在工业上有哪些应用？ · 学生回答：干馏得到焦炭、煤焦油、粗苯等；气化生成水煤气；液化得到液体燃料。 · 参考答案：煤的干馏产物包括焦炭（用于炼铁）、煤焦油（提取化工原料）、粗苯（制塑料）等；气化生成CO和H₂（水煤气）；液化得到液体燃料（如甲醇）。 · 教师点评并讲解：回答全面！这说明煤的综合利用方式多样，且产物广泛用于化工领域。那么，这些转化过程是否都属于化学变化？ 问题4 · 教师引导：煤的干馏、气化、液化以及石油的裂化、裂解是否都属于化学变化？为什么？ · 学生回答：是的，因为它们都涉及物质组成和结构的改变。 · 参考答案：是的，这些过程都涉及化学反应，改变了物质的分子结构，生成了新物质。 · 教师点评并讲解：非常正确！这说明我们已经掌握了这些过程的本质特征。接下来我们来总结本节课的核心内容。 教师总结 1. 石油通过分馏和催化裂化实现轻质油和化工原料的生产。 2. 煤可通过干馏、气化和液化转化为清洁燃料和化工原料。 3. 这些转化过程大多属于化学变化，涉及分子结构的改变。 4. 化石燃料的综合利用对能源利用和环境保护具有重要意义。 设计意图 通过创设工业生产情境，引导学生理解煤和石油的综合利用方式，结合问题链设计帮助学生掌握核心概念，提升其分析和应用能力，同时强化化学变化的本质理解。 新知巩固 题目1 【题文】：下列说法错误的是 A．煤中含有苯和甲苯，可用物理干馏的方法将它们分离出来 B．石油的分馏是物理变化，石油的裂化和裂解是化学变化 C．将石油裂解可制得乙烯等化工原料 D．煤的气化和液化都是化学变化 【解答】：煤本身不含苯和甲苯，它们是干馏时生成的，且干馏是化学变化，A错误。 【总结】：本题考查煤和石油的综合利用。解题要点是明确煤干馏是化学变化，产物中苯、甲苯为反应生成物；石油分馏为物理变化，裂化、裂解为化学变化；煤的气化、液化均为化学变化。判断时需区分物理与化学变化本质。 题目2 【题文】：化学与生活密切相关，下列说法错误的是 A．氧化镁可制做耐火材料 B．药皂中含苯酚具有杀菌、消毒作用 C．甲醛的水溶液可用于蔬菜防腐 D．醋酸用来除水垢 【解答】：甲醛有毒，不可用于食品防腐，C错误。 【总结】：本题考查化学物质在生活中的应用。解题要点是结合物质性质判断用途是否合理：MgO熔点高可作耐火材料；苯酚有杀菌性；醋酸能与水垢反应；甲醛有毒，禁止用于食品防腐。需注意化学品的安全使用规范。 课堂练习 第1题 【题文】海洋是巨大的资源宝库，海水开发利用的部分过程如图所示。下列说法正确的是 A．②精制加入试剂的顺序为、、、 B．③硫酸酸化的目的是抑制氯气、溴和水反应 C．⑤通入氯气后，操作1的名称是分液 D．⑥加入生石灰时离子反应为 【答案】B 第2题 【题文】2025年春晚节目中植物染服装、剪纸、泥塑、楚剧等非遗项目展示了荆楚文化的深厚底蕴，其使用的物品涉及传统无机非金属材料的是 A．植物染使用的染料靛蓝 B．剪纸中使用的彩色宣纸 C．泥塑中使用的彩色泥坯 D．楚剧中武生使用的银枪 【答案】C 第3题 【题文】下列过程中，不涉及化学变化的是 A．煤的干馏 B．石油的分馏 C．从海水中提取溴 D．利用铝热法冶炼金属 【答案】B 板书设计 金属矿物与海水资源开发 1. 金属冶炼方法 · 不活泼金属：加热分解（如 ） · 活泼金属：电解法（如 ） · 中等活泼金属：还原剂法（如 ） 2. 资源利用原则 · 提高利用率 → 减少浪费 · 回收再利用 → 节约资源 · 防止腐蚀 → 延长寿命 3. 海水资源 · 淡化：蒸馏法、反渗透法 · 制盐：NaCl → 化工原料（烧碱、氯气等） · 提镁、溴、重水：具战略意义 4. 综合利用方向 · 新能源开发（潮汐能、波浪能） · 可持续发展路径：资源 ↔ 环保 ↔ 经济协同发展 教学反思 本节课围绕金属矿物、海水资源及化石燃料的开发利用展开，系统介绍了金属冶炼方法、海水淡化及化工利用、煤石油天然气的综合应用，教学设计贴合高中化学课程标准要求，较好地达成了知识目标。成功之处在于通过实例分析和图表解读，帮助学生建立起资源开发利用的整体观念，提升了综合分析能力。不足在于部分内容信息量较大，部分学生在金属活动性与冶炼方法对应关系、石油裂化裂解反应理解上存在困难，需加强思维建模与分层讲解，同时应增加互动探究环节，提升学生主动建构知识的能力。 学科网（北京）股份有限公司 $