从铝土矿中提取铝教学过程设计

1“从铝土矿中提取铝”教学设计1、教材分析和设计思想“从铝土矿中提取铝”一节是苏教版《化学1》专题三“从矿物到基础材料”中的第一单元的一部分教学内容。专题3的特点是以从矿物资源获得的重要无机基础材料为主线，以“工业生产—性质探究—社会应用”为线索，在专题2学习了典型的金属和典型的非金属元素后，从工业冶炼的实际出发，通过实验探究的方法，引出了典型的两性元素—铝及其化合物知识、过渡金属—铁、铜单质及其化合物知识。通过对这些元素化合物性质的探究，学生将进一步体验科学探究，了解化学研究的方法和途径，更深入地认识到化学学科在充分、合理利用自然资源造福于人类方面所发挥的重要作用。本节课介绍了铝的冶炼的工艺流程以及流程中涉及的Al2O3、Al(OH)3、NaAlO2的有关性质。对于金属铝的冶炼可以让学生在复习专题2钠和镁的提取的基础上，通过概括使学生在宏观上明确金属冶炼要解决的两个主要问题：冶炼方法的选择和矿物的提纯或富集。根据铝是比较活泼的金属学生很容易选择电解法，而对于如何从铝土矿中除去Fe2O3而得到纯的Al2O3涉及Al2O3的两性难点的突破，Al2O3为何可以溶解在NaOH溶液中可以类比学生熟悉的CO2,通过两性的探究学生很容易通过类比迁移的方法思考是否也为两性物质，这也为后面的学习作了很好的铺垫。2、教学目标2.1知识与技能了解铝元素的含量以及铝在自然界中主要存在形式。了解铝及其合金在生产生活中的应用。了解Al2O3的两性以及铝冶炼涉及的反应原理。2.2过程与方法通过对从铝土矿提取铝工艺原理的探究，让学生更熟悉酸、碱、氧化物之间的相互转化关系，掌握科学探究的一般过程。通过概括和总结，进一步完善学生对金属冶炼方法和过程的认识，培养学生从个别到一般的思维方法。2.3情感态度和价值观从金属铝冶炼方法的变化体验化学学科发展对人类生活的影响。通过问题讨论和实验探究培养学生严谨的学习态度和合作意识。增强学生环保意识，树立可持续发展观。3、教学过程实录3.1、创设情景引入新课[引入]播放“嫦娥二号”探月卫星成功发射录象[师]这么漂亮的“嫦娥”的主体框架、各种收发天线的主要材料是什么吗？[生]是铝（铝合金）。[师]铝合金究竟有多少魅力，为什么我们选择它来做材料？[生]密度小、强度高、……【投影】展示铝在高科技领域应用的有关图片[过渡]铝不仅在高科技领域有广泛应用，而且跟我们的日常生活密切相关。它是大自然赐予人类的宝物。[师]实物展示①铝壶②易拉罐③铝合金材料【投影】生产生活中的实例图片。[师]大家发现铝被非常普遍地应用于生产和生活的各个领域，但是铝在100多年2前的情况怎样呢？【投影】铝的趣史：（一）在国宴上，拿破仑三世使用一套珍藏的铝制餐具，而大臣们使用的是银制餐具。（二）门捷列夫创建了元素周期表，受到英皇家学会的表彰，奖品是一只铝制奖杯。[师]为什么拿破仑珍藏的是铝制餐具，而门捷列夫得到的奖励不是金质奖杯呢？[生]铝很昂贵，很少（物以稀为贵）。[师]为什么很少？是铝元素在自然界中含量少吗？[生]不是。【投影】铝元素在自然界中含量图[师]大家知道，地壳中铝元素仅次于氧和硅排第三位，是金属元素中含量最高的，约占地壳总量的7.73%。[师]显然，当初不是因为自然界中铝含量少。那么，可能是什么原因导致100多年前铝很贵？[生]冶炼难度大。[设计意图]创设了一些问题情景：通过“常娥二号”探月卫星的成功发射介绍了铝合金在高科技领域的广泛应用。通过铝壶，易拉罐等铝制品实物的展示讲述了在日常生活中铝的普遍使用。再和一百多年前一套铝制餐具却是财富的象征进行对比。使学生产生认知冲突，打破学生已有的认知结构的平衡状态，思维陷入矛盾之中，学生也在好奇心和内在认知驱动力的作用下，迫切想进一步了解为什么一百多年前和现在铝的价格差别会如此之大？这样大大激发了学生的学习兴趣和学习动机，使他们积极主动地投身到学习中来。通过铝目前在日常生活和高科技领域的广泛应用与在19世纪却很贵的对比，引起学生认知上的冲突，激发学生探究热情。3.2冶炼方法的选择[师]对。当初就是因为冶炼难度大，获得的铝比较少，才“物以稀为贵”。Al(化合态)Al(游离态)从化合价上看由正三价到零价被还原，那么通过前面学习我们知道金属冶炼可以采取那些方法？[生]1、电解法（NaClNa）2、置换法（CuSO4Cu）3、热还原法（Fe2O3Fe）[师]那么铝的冶炼应该采取那种方法？你判断的依据是什么？[生]电解法，因为铝比较活泼。[师]那么电解铝的那种化合物呢？[生]AlCl3[师]实验证明熔融的AlCl3不导电，所以，工业上采取的是电解Al2O3的方法。[生][师]看似一个简单的反应冶炼的困难在那里呢，让我们回到19世纪看看当初是怎么冶炼铝的。我们知道电解氧化铝前先得将氧化铝熔化，但氧化铝的熔点很高（2054oC）,当初一般的燃料很难将它熔化。直到1886年美国化学家霍尔，他在氧化铝中添加了冰晶石（Na3AlF6）,使氧化铝的熔融温度降低，从而减少了冶炼过程的能量消耗。[师]至此，冶炼铝的成本大大降低，大量的铝被冶炼出来，导致铝价暴跌。从而铝也成为一种普通的金属材料被广泛地应用于各个领域。232342OAlOAl通电3[设计意图]通过展示地壳中元素含量图使学生认识到铝在地壳中含量很高，那么在19世纪稀少而贵也很自然地想到是冶炼困难，从学生已有知识出发，复习金属的常见冶炼方法，从铝是比较活泼的金属而选择电解法。同时对学生进行化学史教育，培养学生科学精神。3.3、从铝土矿中提纯氧化铝[师]我们已经知道Al是由Al2O3电解而来，那么，电解炼铝的原料——纯净的Al2O3从何而来？刚才提到过地壳中含有的7.73%的铝元素，它是以什么状态存在？[生]化合态。[师]铝土矿就是铝元素在地壳中存在的形式之一，它的主要成分是Al2O3，还含有Fe2O3等少量杂质。我们来看一下铝土矿的长什么样。【投影】铝土矿图片[设计意图]虽然教材中没有明确提出铝土矿中的具体杂质，但为了使学生更好地理解除杂试剂的选择以及接下来实验探究的顺利开展，在此应该明确指出杂质主要为Fe2O3，而对于学生完全陌生的SiO2杂质如果在此讨论势必会加重学生负担，所以可以暂时不提。[师]想要从铝土矿中提取铝，由氧化铝电解生产铝的问题已经解决，那么如何从铝土矿中获取纯净的氧化铝。【投影】铝土矿提取氧化铝流程图1[师]要把Al2O3中的Fe2O3等杂质除去。我们有两种方法：要么加一种试剂把Al2O3从中提取出来，或者加一种试剂把Fe2O3从中分离出去。如果我们要把Fe2O3从中分离出去，加什么试剂好呢？盐酸行吗？[生]不行，因为Al2O3和Fe2O3都要反应。[师]那么加碱行吗？下面就让我们通过实验来试试看！[学生实验]分别向两只试管中加入少量Al2O3和Fe2O3粉末，然后滴加NaOH溶液。[生]（实验后）氧化铝溶解了，而氧化铁却不能溶解。【投影】我们初中学过CO2(酸性氧化物)+2NaOH(碱)==Na2CO3(盐)+H2O(水)那么Al2O3(酸性氧化物)+2NaOH(碱)==2NaAlO2(盐)+H2O(水)。【板书】Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O[师]氧化铝溶解在NaOH中，生成了一种新盐——偏铝酸钠。[师]通过什么操作把溶液和不溶物分离？[生]过滤。[师]我们要的是滤液还是残渣？[生]滤液。[师]残渣怎么办？废弃了吗？[生]不，回收以后用来炼铁。[师]很好！我们现在提倡绿色化学，尽可能利用副产品。这里的残渣在工业上俗称“赤泥”，提高一定品位后可以炼铁。[师]那么，滤液偏铝酸钠溶液经过怎样处理能转化为Al2O3呢？【投影】我们初中学过Na2CO3HClH2CO3加热CO2那么NaAlO2溶液滴加HCl能否转化成铝酸，然后铝酸分解生成我们需要的Al2O3呢？[设计意图]在学生实验探究过程中Al2O3（金属氧化物）加碱后溶解了？反应生4成了什么产物？对高一学生来说这是完全陌生的知识，无法找到上位概念来支撑，思维上遇到了障碍，如何来突破这一教学难点呢？在探究氧化铝和氢氧化钠反应的原理中我采用了类比迁移的教学方法，先让学生回忆初中所学的CO2(酸性氧化物)+2NaOH(碱)==Na2CO3(盐)+H2O(水)从而类比到Al2O3(酸性氧化物)+2NaOH(碱)==2NaAlO2(盐)+H2O(水)。那么如何把NaAlO2溶液转化为我们所需要的Al2O3的教学中我又从学生熟悉的Na2CO3HClH2CO3加热CO2类比到NaAlO2HClH3AlO3Al(OH)3加热Al2O3这样从学生已有的知识出发，在原有的知识点上找出新的知识生长点，把学生原来已经熟悉的知识迁移到陌生的新的问题情景中来，使教学难点很自然地得到了突破。同时在逐步深入的过程中把问题慢慢解决，也符合学生由简单到复杂的认知发展规律。[学生实验]向上述溶解的试管中取出一半于另一试管中滴加稀盐酸[生]（实验后）有白色沉淀。[师]这种沉淀就是Al(OH)3。说明NaAlO2中加酸可以生成Al(OH)3。其他小组有没有不同现象？[生]我们组没有沉淀生成。[师]哪位同学来解释一下？[生]可能是盐酸加得太多，把生成的Al(OH)3溶解了。[板书]NaAlO2+HCl+H2O==Al(OH)3+NaClAl(OH)3+3HCl==AlCl3+3H2O[师]很好！这样的话，我们用盐酸酸化合适吗？[生]不合适。[师]酸性太强了，操作时不容易控制用量。那么，用什么酸比较好？[生]弱酸。[师]我们现在手头上没有弱酸，怎么办？[生]用嘴吹入CO2。[师]那我们来试试。取少量偏铝酸钠溶液，用塑料吹管吹入CO2。带着两个问题：1.CO2能否像HCl一样出现沉淀？2.CO2吹多了是否也像HCl一样能使沉淀溶解。建议用中等气流，贵在坚持，千万不能吸。[学生实验]向上述溶解的试管中的另一半溶液中用塑料吹管吹入CO2[师]哪一组有现象啦？请把你们的试管举起来给全班同学看看。[师]确实也有Al(OH)3沉淀，我们已经肯定了第一个问题。来，继续吹过量，能否将Al(OH)3沉淀溶解。[生]（继续实验）沉淀没有溶解。[师]我们否定了第二个问题。[师]从结果来看，我们酸化偏铝酸钠溶液时应该选择那种酸？[生]二氧化碳。[师]选择它有什么优点？[生]能使NaAlO2完全转化为Al(OH)3，而且便宜，可谓是价廉物美呀！5【学生书】NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3[设计意图]：通过实验探究使学生认识盐酸酸性太强不容易控制用量而应该选择弱酸（H2CO3）在没有现成H2CO3情况下让学生从生活中就地取材，学生在向NaAlO2溶液中吹气时相互比较速度，让学生有一种成就感同时也活跃了课堂气氛。[师]这样我们净化了铝土矿得到纯度较高的氧化铝，再结合前面由氧化铝电解生成铝，我们认识了从铝土矿中提取铝的整个流程。【投影】从铝土矿制备铝的工艺流程图[师]分析介绍从从铝土矿制备铝的两个阶段即从铝土矿中提取氧化铝和由电解氧化铝得到铝。[师]我们现在这么广泛地应用铝，就是得益于这一条工艺流程。那么我们现在每年消耗的铝到底有多少？我们先找一个生活的一角来看看。【投影】1个铝制易拉罐大约15g，若平均每100个人每天消耗1个铝制易拉罐，那么我国约13亿人仅在这方面1年约消耗7万多吨铝，合28万多吨铝土矿。[生]回收再利用[设计意图]：培养学生有科学发展合理利用资源注重环境保护的意识，提高学生科学素养。4、教学反思与感悟4.1倡导在自然界和生产生活的背景中进行元素化合物知识的教学课程标准对元素化合物知识的处理突破了传统的物质中心模式，不在追求从结构、性质、存在、制法、用途等方面全面系统地学习和研究物质，而是从学生已有的生活经验出发，引导学生关注身边的常见物质，将物质性质的学习融入有关的生活现象和社会问题的分析解决活动中，体现其社会应用价值。强调要关注学生的已有经验和将要经历的经验，倡导“从生活走进化学，用实验研究化学，从化学走向社会”的教学思想。充分体现元素化合物与自然界和社会生活的密切联系‘贯彻STS教育的观