8.1 自然资源的开发利用 第1课时（表格型教学设计）化学人教版必修第二册

该高中化学教学设计聚焦“金属矿物的开发利用”核心知识，涵盖金属冶炼原理、方法与活泼性的关系。通过生活金属制品互动提问、化学史故事引发认知冲突，承接氧化还原反应和金属活动性顺序，搭建“存在形态-性质-冶炼方法”的知识支架。 此资料以问题驱动分组探究为特色，引导学生基于金属活动性推理冶炼方法（科学思维），结合铝土矿工艺流程分析（科学探究与实践），通过回收铝能耗数据强化资源保护意识（科学态度与责任）。助力学生构建知识关联，提升探究能力，为教师提供贴合课标、可操作性强的教学方案。

第一节 自然资源的开发利用 课时1 金属矿物的开发利用 教学设计 课题 金属矿物的开发利用 课型 新授课 教材 必修第二册第八章 第一节 第1课时（人教版） 一、教学目标 知识目标 1.了解自然资源的分类，认识金属元素在自然界中的游离态、化合态两种存在形式，理解金属冶炼的实质，能说出金属冶炼方法与金属活泼性的对应关系。 2.掌握热分解法、热还原法、电解法三类冶炼方法的原理，能正确书写常见金属冶炼的化学方程式。 3.了解合理开发利用金属资源的主要途径，认识资源综合利用对可持续发展的重要意义。 素养目标 1.宏观辨识与微观探析：：能从宏观层面认识金属在自然界的存在形式，从微观氧化还原角度理解金属冶炼的本质是Mn++ n e- = M，建立金属存在-性质-冶炼方法的关联。 2.证据推理与模型认知：依据金属活动性顺序推理不同金属的冶炼方法，建立“金属活泼性决定冶炼方法”的认知模型，能基于物质性质、能耗、成本推理冶炼方案的选择依据。 3.科学探究与创新意识：过分组讨论探究不同金属的冶炼方法，提升合作探究、分析解决问题的能力。 二、教学重难点 教学重点 1.金属冶炼的一般方法和原理，金属冶炼方法与金属活泼性的关系。 教学难点 1.金属冶炼方案的综合分析，铝土矿制备金属铝的工艺流程分析。 三、教学分析 本节内容是氧化还原反应、金属元素化合物性质等知识在工业生产中的具体应用，既承接了高中化学前半段的核心知识，帮助学生深化对已有知识的理解，又落脚于化学对社会可持续发展的价值，是落实“科学态度与社会责任”“证据推理与模型认知”等化学核心素养的重要载体。教材从自然资源分类切入，依次介绍金属的存在形态、金属冶炼的原理与方法、金属资源的合理开发利用，结合金属活动性顺序归纳不同活泼性金属的冶炼规律，将化学原理与实际生产、可持续发展理念深度结合，符合必修课程“认识化学在自然资源开发利用中的作用”的课标要求。 四、学情分析 经过前期学习，学生已经掌握氧化还原反应的基本规律，熟悉常见金属的性质，记住了金属活动性顺序，对生活中的金属材料有直观认知，也具备分组合作探究的基本能力。但学生仅知道金属来自金属矿物，并不清楚工业冶炼的核心原理，也没有主动建立“金属活泼性与冶炼方法选择”的关联，对冶炼过程的能耗、环境影响的认知停留在表层，无法从化学角度分析冶炼方法选择的合理性，也没有深入体会废旧金属回收的实际价值。教学需要结合学生已有知识，从氧化还原本质梳理冶炼规律，通过探究活动建构知识关联，融入可持续发展观念，符合学生的认知发展水平。 五、教学过程 教学环节 教学内容 设计意图 教学任务一 新课导入 【互动提问调动参与】同学们，我们先一起观察下身边的物品：你的水杯、钥匙、课桌椅的金属支架、教室的门窗边框，都离不开金属材料。请大家说一说，你身边还有哪些常见的金属制品？（给学生1-2分钟发言时间，鼓励学生自由分享，学生通常会提到手机、自行车、建筑钢筋、首饰等物品） 【播放视频】自然资源与可持续发展 【引入化学史故事】大家分享得都很好，我们现代生活早就离不开金属了，但很多同学不知道，人类使用金属是有明确的先后顺序的：人类几千年前就进入了青铜时代，之后才普及了铁器，而我们现在随处可见的铝，直到不到200年前才被成功制备出来，而且在当时铝可是比黄金还珍贵的奢侈品——19世纪法国皇帝拿破仑三世宴请宾客时，只有皇帝本人能使用铝制餐具，其他贵宾都只能用金餐具，大家觉得这是为什么呢？ 【提出驱动问题导入新课】为什么越活泼的金属，被人类大规模利用的时间越晚？自然界的金属大多都存在于矿物中，我们是怎么把金属从矿物里提取出来的？现在金属矿产资源越来越少，我们又该如何合理开发利用金属资源呢？今天我们就一起来学习《金属矿物的开发利用》，解开这些问题的答案。 1.贴近生活激发参与：从学生日常接触的金属制品切入提问，拉近化学知识和学生的距离，能迅速吸引学生注意力，调动课堂参与度，让学生感受到化学与生活的紧密联系。 2.化学史引发认知冲突：用“铝比金珍贵”的化学史小故事，打破学生对铝“廉价常见”的固有认知，引发学生好奇心，自然引出核心问题“金属冶炼的难易和金属活泼性有关”，为后续探究活动做铺垫。 3.贴合主题明确方向：本节课属于“化学与可持续发展”单元，导入结尾抛出金属资源开发的相关问题，既自然过渡到新课主题，也呼应单元核心目标，让学生带着明确的问题进入后续学习，提升探究的主动性。 教学环节二 金属矿物的开发利用 任务1：请同学们分组自然资源是怎么划分的吗？ 【情景引入】我们生产生活中处处离不开金属材料：大到桥梁建筑的钢筋结构，小到手机芯片的金属部件，都来自自然界的金属矿物。金属矿物属于自然资源的一种，那自然资源是如何分类的？我们今天就从认识自然资源开启本节课的学习。 【师生活动】 【教师提问】：①什么是自然资源？②按照能否再生，自然资源可以分为哪两类？分别举例说明。 【学生活动】：分组讨论后派代表发言： 生1：自然资源就是自然界本来就有的能被人类利用的物质，分为可再生和不可再生，比如水、树木是可再生的，煤、石油用完就没法短时间恢复，是不可再生的。 生2：金属矿物应该也是不可再生，挖出来用了之后就没了，不能重新生成。 【交互动画】自然资源的划分 【教师讲解】：同学们的分类思路非常准确：自然资源是自然界中人类可以直接获得用于生产生活的物质，按照属性可分为土地资源、矿产资源、生物资源、水资源、能源资源等； 按照能否再生可分为两类： ① 可再生资源：可短时间再生、循环利用，如水、植物、地热资源等； ② 不可再生资源：经亿万年地质作用形成，短时间无法恢复，如金属矿产、煤、石油、天然气等，金属矿物属于典型的不可再生资源， 因此必须合理开发，这也符合可持续发展的要求——既要满足当代人的需求，也不能损害后代满足需求的能力，最终实现人与自然和谐共生。 【总结讲解】 一、金属矿物的开发利用 1.自然资源 ⑴自然资源是人类社会发展不可或缺的自然物质基础。 ⑵自然资源的分类。 土地与土壤资源 矿产资源 生物资源 水资源 能源资源 环境资源 ⑶自然资源能否再生。 可再生资源 不可再生资源 任务2：请同学们分组讨论金属元素在自然界的存在。 【情景引入】不同活泼性的金属化学性质不同，它们在自然界的存在形式也不一样，请结合金属活动性顺序思考：哪些金属以单质形态存在，哪些以化合物形态存在？ 【播放视频】自然资源与可持续发展 【师生活动】 【教师提问】：结合图片和金属活动性顺序，分组总结金属存在形态的规律 【学生活动】：学生讨论后回答： 生：金、银这些活动性很弱的金属不容易发生化学反应，所以应该以单质存在；钠、铝、铁这些活泼金属容易反应，所以都以化合物存在。 【总结讲解】 一、金属矿物的开发利用 2.金属元素在自然界的存在 ⑴游离态：少数不活波金属。 ⑵化合态：绝大多数金属以矿物质形式存在 。 联系生活创设问题情境，通过分组讨论引导学生自主建构自然资源分类的概念，初步建立资源保护和可持续发展的意识，为后续学习做铺垫。 结合学生已有的金属活动性知识，建立金属存在形态与活泼性的关联，为后续推导冶炼方法做铺垫，培养学生的逻辑关联能力。 教学环节三 金属的冶炼 任务1：请同学们分组探讨钢铁是怎样炼成的？ 【情景引入】我们需要纯净的金属单质，而自然界多数金属都以化合态存在，要得到金属单质，这个工业过程就叫做金属冶炼，我们先来明确金属冶炼的本质。 【教师提问】：钢铁是怎样炼成的？ 【播放视频】钢铁是怎样炼成的？ 【师生活动】 【教师提问】：化合态的金属元素都显正化合价，要得到金属单质，化合价和反应类型有什么变化？ 【学生活动】化合价降低，得到电子，被还原。 【教师提问】：天然矿石杂质很多，要得到纯金属，需要经过哪些步骤？请同学们阅读教材内容总结 【学生活动】学生阅读后回答：先提纯富集，再还原得到粗金属，最后再提纯。 【教师整理】为三步：① 富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量； ② 冶炼：利用氧化还原反应，将金属化合物还原为金属单质； ③ 精炼：提纯得到符合工业要求的纯净金属。 【总结讲解】 二、金属的冶炼 1.金属冶炼的定义 将金属从其化合物中还原出来的过程，工业上称之为金属的冶炼。 2.冶炼步骤: ① 富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量； ② 冶炼：利用氧化还原反应，将金属化合物还原为金属单质； ③ 精炼：提纯得到符合工业要求的纯净金属。 任务2：请同学们分组探讨人类冶炼金属的历史图，你得出什么规律？ 【情景引入】人类使用金属的历史顺序是：青铜→铁器→铝大规模应用，越活泼的金属人类越晚大规模使用，这是为什么？冶炼方法和金属活泼性有什么关联？我们结合金属活动性顺序分析。 【交互动画】人类冶炼金属的历史图 【师生活动】 【教师活动】：教师在黑板写出金属活动性顺序：K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、H、Cu、Hg、Ag、Pt、Au 【教师提问】：分别讨论不同区间金属的冶炼方法： 【学生活动】学生分组讨论： 【总结讲解】 二、金属的冶炼 3.冶炼方法： 由于不同的金属离子得电子的能力不同,所以冶炼的方法不同。 ⑴不活泼的金属 ①Pt、Au：物理富集法 ②热分解法：加热金属氧化物 ⑵热还原法 ①铜的冶炼。 湿法炼铜（胆铜法） Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu 火法炼铜 ②铁的冶炼 热还原法：常用的还原剂有：CO、H2、C(焦炭)、活泼金属 ③铝热反应 铝热法：用金属铝做还原剂冶炼活泼性不如铝且“高熔点”的金属（Fe、V、Cr、Mn等） 任务3：请同学们分组讨论金属铝是如何冶炼的？ 【播放视频】金属铝是如何冶炼的？ 【师生活动】 【教师提问】：金属铝是如何冶炼的？ 【学生活动】学生讨论得出结论：这些金属太活泼，一般还原剂没法还原，需要用电解的方法。 【总结讲解】 二、金属的冶炼 ⑶电解法 对一些非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它们从其化合物中还原出来，工业上常用电解法冶炼。 ⑷总结 典例精讲 【例1】冶炼Mg时电解MgCl2，不能电解MgO？冶炼Al时电解Al2O3不能 电解AlCl3？ 【答案】 ①电解法制取镁时需要电解化合物的熔融状态，而MgO的熔点太高，将MgO加热熔融消耗的能量太高不经济。 ②AlCl3是共价化合物，熔融状态下无自由移动的离子。 任务4：请同学们分组思考与讨论利用铝土矿制取金属铝。 【教师提问】：请同学们分组探讨利用铝土矿制取金属铝。 【学生讨论】：学生分组讨论： 【总结讲解】 二、金属的冶炼 4.铝土矿制取金属铝 ⑴利用铝土矿制取氧化铝 ①酸溶法的工艺流程： ②碱溶法的工艺流程： 【情景引入】金属矿物是不可再生资源，而且冶炼金属需要消耗大量能量，还会产生环境污染物，我们应该如何合理开发利用金属资源呢？我们来看一组数据：生产1 mol铝至少消耗1.8×106 J电能，回收废旧铝得到金属铝的能耗仅为从铝土矿冶炼的3，从这个数据你能得到什么结论？ 【学生活动】学生分组讨论后发言： 生1：回收废旧金属比重新冶炼节省很多能量，还能减少矿物消耗，所以一定要做好回收。\ 生2：回收还能减少冶炼过程产生的污染，保护环境。 【学生教师活动】引导学生总结合理开发利用金属资源的主要途径： ① 提高金属矿物的利用率； ② 开发环保低能耗的冶炼方法； ③ 防止金属腐蚀，延长金属使用寿命； ④ 加强废旧金属的回收再利用； ⑤ 用塑料、复合材料等代替金属材料，减少金属使用。 【教师强调】：我们要树立可持续发展的观念，养成节约资源、分类回收废旧金属的习惯，践行绿色化学理念，真正实现人与自然和谐共处。 【总结讲解】 二、金属的冶炼 4.铝土矿制取金属铝 ⑵思考与讨论 ①从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝质饮料罐得到铝消耗的能量，可知在实际生产过程中必须考虑投入与产出，要考虑成本。 ②加强度旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。要树立金属垃圾也是一种宝贵资源的理念。在日常生活中，要大力倡导金属垃圾的分类回收和再利用，养成自觉珍惜自然资源、节约资源、爱惜环境和保护环境的意识。 ③实际工业生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，往往涉及许多其他物质和反应，在得到所需产品的同时，也会产生废弃物。因此必须考虑废弃物的处理和生产对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展意识。 ⑶合理开发和利用金属资源的主要途径 ① 提高金属矿物的利用率； ② 开发环保低能耗的冶炼方法； ③ 防止金属腐蚀，延长金属使用寿命； ④ 加强废旧金属的回收再利用； ⑤ 用塑料、复合材料等代替金属材料，减少金属使用。 典例精讲 【例2】工业上以铝土矿(主要成分是氧化铝，含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下： 下列叙述正确的是 A．反应①中试剂X是稀硫酸溶液 B．试剂Y是二氧化碳，它与[Al(OH)4]-反应生成氢氧化铝 C．图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应 D．将X与Y试剂进行对换，最终可以达到相同结果 【答案】B 【分析】氧化铝为两性氧化物，氧化铁为碱性氧化物，根据流程图可知，应加入足量氢氧化钠溶液，发生，过滤，滤渣C为氧化铁，滤液A为偏铝酸钠和氢氧化钠，氢氧化铝为两性氢氧化物，能溶于盐酸、硫酸等，利用碳酸的酸性强于氢氧化铝，且氢氧化铝不溶于碳酸，反应②发生NaOH+CO2=NaHCO3，，过滤，氢氧化铝受热分解得到氧化铝，电解氧化铝冶炼金属铝，据此分析； 【解析】A．氧化铝为两性氧化物，氧化铁为碱性氧化物，加入硫酸溶液，氧化铝、氧化铁均与硫酸反应生成相应可溶盐，与流程图不符，根据上述分析，X应为氢氧化钠溶液，故A不符合题意； B．根据上述分析，试剂Y为二氧化碳，发生，故B符合题意； C．根据上述分析，只有电解氧化铝为氧化还原反应，故C不符合题意； D．根据上述分析，Y为二氧化碳，氧化铝、氧化铁不与碳酸反应，因此两者互换，不能达到相同结果，故D不符合题意； 答案为B。 从氧化还原反应的角度分析冶炼本质，结合已有知识建构新概念，符合学生认知发展规律。 通过分组讨论自主推导不同活泼性金属的冶炼方法，建构“冶炼方法由金属活泼性决定”的核心概念，培养学生归纳推理能力，结合工业实际问题培养学生综合思考的化学核心素养。 通过数据对比让学生直观感受资源回收的意义，落实化学学科的社会责任素养，建立可持续发展的核心观念。 六、课堂小结 七、板书设计 1 金属矿物的开发利用 一、基础认知 1.自然资源分类 ⑴可再生资源 ⑵不可再生资源 2.金属的存在形态 ⑴游离态：少数不活泼金属（Pt、Au等） ⑵化合态：绝大多数金属 二、金属的冶炼 1.定义与实质 ⑴定义：将金属从化合物中还原为单质的工业过程 ⑵实质：Mn++ ne- = M（得电子，被还原） 2.一般步骤：富集→冶炼→精炼 3.冶炼方法（按金属活泼性分类） 金属活泼性分类 冶炼方法 常见举例 K~Al（极活泼金属） 电解法 电解熔融氧化铝制铝 Zn~Cu（中等活泼金属） 热还原法 CO还原氧化铁炼铁、铝热反应 Hg、Ag（不活泼金属） 热分解法 加热分解氧化银制银 Pt、Au 物理富集法 淘洗法分离黄金 三、金属资源的合理利用 主要途径： ①提高金属矿物利用率 ②开发环保高效冶炼技术 ③防止金属腐蚀 ④回收再利用废旧金属 ⑤开发金属替代材料 八、随堂练习 1．金属冶炼的本质是将金属从其化合物中还原为单质。下列过程中，不属于金属冶炼的是 A．电解熔融氯化钠制取钠 B．铁丝在氧气中燃烧生成四氧化三铁 C．高温下用一氧化碳与氧化铁反应 D．用铁片置换硫酸铜溶液中的铜 【答案】B 【解析】A．电解熔融氯化钠制取钠，是从化合物(NaCl)中还原出金属单质(Na)，符合金属冶炼的定义，A正确； B．铁丝在氧气中燃烧生成四氧化三铁，是将金属单质(Fe)转化为化合物(Fe3O4)，属于氧化反应，而非从化合物中还原出单质，B错误； C．高温下用一氧化碳与氧化铁反应，是从化合物(Fe2O3)中还原出铁单质(Fe)，是将化合态的铁还原为单质铁，属于热还原法冶炼金属，C正确； D．用铁片置换硫酸铜溶液中的铜，是从化合物(CuSO4)中还原出铜单质(Cu)，属于湿法冶金，符合金属冶炼的定义，D正确； 故答案选B。 2．冶炼金属一般有下列4种方法：①焦炭法；②水煤气(或氢气、一氧化碳)法；③活泼金属置换法；④电解法。这4种方法在工业上均有应用。古代有：Ⅰ、火烧孔雀石炼铜；Ⅱ、湿法炼铜。现代有：Ⅲ、铝热法炼铬；Ⅳ、从光卤石()中炼镁。对它们的冶炼方法的分类，不正确的是 A．Ⅰ，① B．Ⅱ，② C．Ⅲ，③ D．Ⅳ，④ 【答案】B 【解析】A．火烧孔雀石炼铜（Ⅰ）是通过加热孔雀石[Cu2(OH)2CO3]分解得到CuO，再用焦炭还原：2CuO + C 2Cu + CO2，属于焦炭法，对应①，A正确； B．湿法炼铜（Ⅱ）是用铁从铜盐溶液中置换铜：Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu，属于活泼金属置换法，对应③，而非水煤气法（②），B错误； C．铝热法炼铬（Ⅲ）是利用铝还原铬的氧化物：Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3，属于活泼金属置换法，对应③，C正确； D．从光卤石[KCl·MgCl2·6H2O]中炼镁（Ⅳ）需提取MgCl2后电解熔融MgCl2：MgCl2（熔融）Mg + Cl2↑，属于电解法，对应④，D正确； 故答案为：B。 3.工业上常利用铝热反应原理来焊接钢轨，化学方程式为：。下列关于铝及其化合物说法正确的是 A．铝在常温下不能与氧气发生反应 B．铝制品有致密的氧化膜，可长时间盛放酸性或碱性食物 C．将氢氧化铝在高温下灼烧，即可得到氧化铝 D．等质量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，放出的物质的量之比为 【答案】C 【解析】A．铝在常温下能与氧气反应生成氧化铝，A错误； B．氧化铝与酸、碱均反应，铝制品不能长时间盛放酸性或碱性食物，B错误； C．氢氧化铝高温灼烧分解生成氧化铝和水，C正确； D．铝与盐酸或氢氧化钠反应时，等质量的铝生成的物质的量相等，比例为1∶1，D错误； 故答案选C。 4.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示： 下列叙述正确的是 A．试剂X可以是NaOH溶液，也可以是盐酸 B．反应①过滤后所得沉淀为Fe(OH)3 C．图中所有转化反应都不是氧化还原反应 D．反应②的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3 【答案】D 【分析】；铝土矿加入试剂X，氧化铝溶解，说明试剂X为氢氧化钠，沉淀为氧化铁。溶液为偏铝酸钠，过量的二氧化碳反应生成氢氧化铝和碳酸氢钠。据此回答。 【解析】A．从后面通入Y生成碳酸氢钠分析，Y 应为二氧化碳，则试剂X只能是NaOH溶液，不可以是盐酸，A错误； B．反应①过滤后所得沉淀为氧化铁不是氢氧化铁，B错误； C．氧化铝变成铝为氧化还原反应，C错误； D．反应②为偏铝酸钠和过量的二氧化碳反应生成碳酸氢钠和氢氧化铝，化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3，D正确； 故选D。 九、教学反思 本节课采用问题驱动、分组讨论的教学模式，帮助学生建立了“金属冶炼方法与金属活泼性对应”的核心规律，落实了可持续发展的绿色化学观念，基本达成教学目标。但教学中发现，部分学生对铝土矿提纯的工艺流程理解模糊，对冶炼选择原料的原因记忆不清晰，后续需要增加工艺流程拆解练习，结合微观结构帮助学生理解氯化铝共价性、氧化镁熔点对冶炼选择的影响。此外，废旧金属回收部分可增加生活实例，进一步强化学生的资源保护意识，提升对化学社会价值的认同感。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $