人教版必修2第四章化学与自然资源的开发利用

人教版必修2第四章《化学与自然资源的开发利用》教材分析与教学建议广州市第一一三中学刘建萍一、本章节内容的地位和功能本章作为高中必修模块的结尾，不仅对于学生总结复习化学知识很重要，而且对于学生进一步确定、学习后续的选修模块乃至选择自己未来升学和就业方向都可能会产生一定的影响。贯穿本章始终的核心观念是：化学研究和应用的重要目标是开发和利用自然界中一切可能的物质资源和能量资源，为人类生存和社会发展提供必要的物质和能源基础；同时，这一过程必须同自然环境相互协调，走可持续发展的道路。1．从学科知识的角度，有利于学生将前面所学过的无机物、有机物的知识和技能进行必要的梳理、归纳和拓展。2．从科学、技术和社会相互作用背景的角度，有利于学生加深体会化学在综合利用自然资源中的作用，学会辨证地看待人类和自然协调发展中可能会遇到的问题，并培养学生做出明达决策的意识和能力。二、内容结构与特点分析1．主题鲜明，热点突出本章主题是化学与可持续发展。主题很大，高中必修课程中只能通过一些典型的实例，引导学生关注自然资源开发和社会可持续发展这一当今社会热点问题，努力揭示化学在面对和解决这一问题中的作用和价值。内容具有选择性和时代性。内容结构：2．强调化学基本原理和基础知识在自然资源开发利用中所起的作用教材紧紧围绕金属矿物、海水、化石燃料等人类重要自然资源这个载体，使学生懂得如何运用科学知识进行自然资源的合理开发、利用；怎样进行环境保护、走可持续发展道路。如金属矿物、海水资源的开发利用、化石燃料的综合利用涉及到：①氧化还原反应原理；金属活动性顺序；金属及化合物之间的转化关系。②典型的非金属——卤素及化合物之间的转化。③具有典型结构的有机物——乙烯的加聚反应；裂化、裂解。④混合物的分离、提纯基本操作：沉淀分离、过滤、蒸发、蒸馏、分馏等。3．突出学科思想，促进学生学习方式的转变教材通过多样的呈现方式，帮助学生理解化学与可持续发展这一主题，如资料卡片“自然资源与可持续发展”、“海水提溴”、“甲烷水合物”；科学视野“自然资源的开源和节流”、“壁虎的脚与胶黏剂”以及科学探究、实验、思考与交流、学与问等活动，主要的目的在于改变被动的、接受式学习这种单一的学习方式，促进学生积极主动的多样化学习方式的转变；改变只重视知识学习的倾向，向追求多元化学习目标、重视过程的理解和体会的转变；向开发以教材为主要学习媒体的多种、开放、互动的教学资源的转变。使学生了解到多种学习方法和解决问题的方向。三、内容与教学目标要求必修《课程标准》1．以海水资源、金属矿物的综合利用为例，了解化学方法在实现物质间转化中的作用。认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值。2．认识化石燃料综合利用的意义。3．通过简单实例了解常见高分子材料的合成反应，能举例说明高分子材料在生活等领域中的作用。4．以酸雨的防治和无磷洗涤剂的使用为例，体会化学对环境保护的意义。5．能说明合成新物质对人类生活的影响，讨论在化学合成中遵循“绿色化学”思想的重要性。必修知识与技能目标要求第一节开发利用金属矿物和海水资源1．知道根据金属的活动性不同，可分别采用加热、电解、还原剂还原等方法冶炼金属。并能从能量的角度选择金属的冶炼方法。能够书写相关的化学方程式。2．知道海水淡化的几种方法；掌握海水蒸馏的原理。3．知道从海水中提取溴、碘的原理。了解非金属置换反应。4．能参照海水提取镁的过程中化学原理写出有关的化学方程式。第二节资源综合利用环境保护1．认识煤、石油、天然气是人类能源的主要来源。能书写简单代表物燃烧的化学方程式。2．了解煤的成分；知道通过煤的干馏可得到多种化工产品及其用途；知道煤的气化和液化可减少燃烧所造成的环境污染。3．了解石油的成分；知道通过石油的分馏及裂化可得到多种化工产品及其用途。4．通过乙烯的聚合反应了解常见高分子材料的合成，了解聚合反应的原理。知道日常生活中的一些合成高分子材料的应用。5．知道形成酸雨的主要物质是硫氧化物和氮氧化物；认识含氮、磷的水体污染问题；知道一些污染的来源及控制方法。四、课时安排第一节开发利用金属矿物和海水资源2课时第二节资源综合利用环境保护2课时测验与总结讲评2课时五、教学建议本章的教学主线教材首先从金属矿物及海水资源的开发利用两个专题入手，阐明化学在自然资源的合理开发和综合利用上的作用，接着又通过化石燃料等资源综合利用和环境保护这一视角，进一步阐明化学和人类可持续发展的关系，树立保护自然资源、合理开发利用、保护环境的意识和绿色化学的观念。两节内容相辅相成。教学中要充分利用和依据课本所给出的专题素材，在归纳整理无机物、有机物知识的同时，更要注意化学学科思想和方法的渗透以及情感态度价值观的目标培养。紧紧围绕如何实现课程标准提出的目标要求，深入研究如何使用恰当的教学手段实现这些教学目标。1．落实知识与技能目标，教学过程要紧扣学科的基本概念和基础理论，并注重新旧知识的联系。掌握学科知识是解决实际问题的前提。2．实现过程与方法目标的培养，通过自主学习，培养学生自学能力。教材中通过四个资料卡片、十三张图、两个表格、两个实验、五个思考与交流、两个科学视野、查阅有关数据和资料等栏目向学生呈现多种学习形式，引导学生体会获取信息的方法。通过活动探究，培养学生比较、归纳概括的能力，深入理解化学与可持续发展的关系。3．实现情感态度与价值观目标的培养，通过学习和问题探究，帮助学生认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，揭示化学与可持续发展的重要关系，树立资源保护意识及合理开发意识。通过环保教育感受人与自然和谐发展的重要性，从而激发学生投身化学研究的热情。具体建议如下：第一节开发利用金属矿物和海水资源第一节第1课时：金属矿物的开发利用1．引导学生分析（引入）：金属矿物→绝大多数是化合物→金属元素显正价→金属单质→发生氧化还原反应→选择还原剂→金属的冶炼→获得金属材料→体会学好化学知识的重要性。2．实验4-1中：放热反应不需要加热对吗？铝热反应利用了铝的什么性质？镁条、氯酸钾在实验中的作用？根据观察，反应时会产生高温，推断铝热反应原理在生产中有何用途？（训练观察、分析、应用能力，体会化学原理在生产中的应用）3．引导学生分析P88页和P89页表4-1中的典型反应，能否按金属活动顺序表排列顺序总结得出不同金属冶炼的原理？（训练归纳、推理能力）KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu电解法热还原法热分解法物理提炼法4．设置问题，引发思考：（1）为什么人类使用铁器比使用铜器晚？（与金属冶炼的难易有关）（2）为什么不同的金属冶炼方法不同？（金属离子得电子能力不同）（3）从表4-1中分析火法炼铜与湿法炼铜的方法各有哪些优缺点？（4）金属冶炼、开发过程中会遇到什么问题？（资源有限，需要大量能量，环境污染等）通过哪些途径解决这些问题？（自主学习）→提出建议。5．利用P90页思考与交流；通过P93-94页6、8、9、10题的训练学生的思维。附教学片断1：落实金属的冶炼方法与其金属活动顺序的关系，培养归纳能力。[学生]阅读课本P88“金属矿物的开发利用”[讨论]为什么不同的金属冶炼方法不同？[归纳]金属活动顺序与金属冶炼方法有何关系？金属的活动顺序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属原子失电子能力金属离子得电子能力主要冶炼方法[思考]为什么人类使用铁器比使用铜器晚？附教学片断2：以“金属矿物的开发利用”为例，设计以下教学策略（广雅中学杜敏提供）用大屏幕投影呈现文字、图片、史料、录像等素材，开阔学生的视野，激发学生的学习兴趣，使学生充分体验化学方法在金属矿物开发（主要是金属冶炼）中的作用。如用“拿破仑三世时期铝比金贵”的小故事引出很活泼的金属铝的冶炼方法；用“工业上焊接钢轨”的图片引入铁的冶炼方法；以史料中“曾青得铁，则化为铜”的记载，引入湿法炼铜的原理；用“火法炼铜”的视频说明火法炼铜的原理。为落实化学方程式的书写，可将每种金属的冶炼方法和相关化学方程式设计成学案让学生即时填写。还可以利用课后习题第4题，引出Mg的冶炼方法，为学生提供更多感性材料。当学生对典型的“很活泼金属”、“较活泼金属”和“不太活泼金属”的冶炼方法均有了一定的感性认识后，用“人类先进入青铜时代还是先进入铁器时代？”的思考题引导学生归纳金属的活动性顺序与金属冶炼的关系、归纳几种常用金属冶炼方法，使学生主动构建自己的知识结构。设计情境：“如果你是冶炼铜工厂的厂长，你会选择哪种冶炼方法？”使学生通过思考和讨论，认识到金属冶炼过程往往需要消耗大量的能量，也容易造成严重的环境污染，那么，改进工艺条件、节能降耗、回收废旧金属制品等，就成为了与冶炼金属同样重要的问题。对改进工艺条件、节能降耗、废旧金属的回收意义、海底金属资源的开发利用这些内容可安排学生课后查阅资料，以论文或课件的形式呈现，在全班进行交流，该活动可视具体情况在堂上交流或课后交流。学案设计一、金属矿物的开发利用1．冶炼铝的方法：，相关化学方程式：2．冶炼铁的方法：，相关化学方程式：冶炼铁的方法：，相关化学方程式：3．冶炼铜的方法：，相关化学方程式：冶炼铜的方法：，相关化学方程式：4．冶炼镁的方法：，相关化学方程式：5．你所知的冶炼其它金属的方法：相关化学方程式：【小结】利用的不同，可以采用不同的冶炼方法。有如下规律：（1）非常活泼的金属，如K、Ca、Na、Mg、Al，一般采用法冶炼。（2）大部分金属，如Zn、Fe、Sn、Pb、Cu，一般采用法冶炼，常用的还原剂有。（3）不活泼金属，如Hg、Ag，一般采用法冶炼。冶炼汞：冶炼银：第一节第2课时：海水资源的开发利用1．根据P90页内容介绍，还可通过课件展示图表和数据，引导学生从海水成分入手→研究开发利用的方向：（1）从海水获取淡水资源→复习蒸馏原理→分析开发中会遇到的困难问题→讨论解决问题的方法和方向。（结合P90页图4-4讨论海水淡化怎样与能源利用相结合？）（2）从海水获得有用物质→通过海水成分和含量分析得出需要解决的问题是如何“富集”：①提取氯化钠→混合物分离原理（浓缩、蒸发结晶）②通过阅读P91页资料卡片（海水提溴）完成P91页“思考与交流”→分析非金属离子价态→非金属单质→发生氧化反应→选择氧化剂③分析P93页习题4海水提镁过程→进一步体会混合物分离原理（沉淀法）、操作（过滤、蒸发结晶）2．实验4-2（海带中提取碘及I-的检验）观察分析思考：为何在灼烧前用刷子刷净不能用水冲洗？酒精润湿的作用？稀硫酸的作用？很多氧化剂都能氧化碘离子，用H2O2有什么好处？还可以选择哪些试剂代替H2O2达到实验目的？（注意此处的主要教学目标是使学生认识氧化剂、还原剂知识在实际中的应用价值，在人教版选修6《实验化学》中还有具体研究）。3．利用P93页习题5让学生对非金属之间转化关系所涉及的反应原理有一个系统认识，学会根据物质的性质寻找实现物质转化的条件，研究实现转化时可能遇到的问题，讨论解决这些问题和困难的方法。通过这些问题的挖掘，既培养学生的阅读、观察、分析判断、总结归纳、演绎推理的能力，更能激发学生的学习积极性和探究热情。P106页第9题也是一个非常经典的例子，对于训练学生的思维和解决实际问题的能力很有帮助，值得好好利用。第二节资源综合利用环境保护第二节第1课时：煤、石油和天然气的综合利用本节教学主要目的是让学生通过了解和体会，增强参与度，激发学习兴趣，因此知识教学不必过多加深、拓宽。通过读取图表等方式，了解煤的干馏、石油的分馏、裂化、裂解等概念的涵义，通过加聚反应原理的学习感受有机合成材料的获得以及对环境产生的影响等。1．通过阅读分析P95页表4-2，煤的成分中含有苯、甲苯、二甲苯吗？水煤气怎样获得？煤的气化和煤的液化都是化学变化吗？2．阅读P96页资料卡片（“可燃冰”——甲烷水合物），推测目前开发这些海底资源会遇到哪些问题？与大家交流你的看法。3．煤的干馏、石油的分馏、裂化、裂解属于物理变化还是化学变化？分馏与蒸馏有何区别？4．根据P96页图4-6（原油的分馏及裂化的产品和用途）能用树状图的形式表达出来吗？5．掌握加