人教版 (新课标)必修2第四章 化学与自然资源的开发利用第一节 开发利用金属矿物和海水资源第2课时教案设计

这是一份人教版 (新课标)必修2第四章 化学与自然资源的开发利用第一节 开发利用金属矿物和海水资源第2课时教案设计，共5页。教案主要包含了海水中蕴藏的资源及其开发意义，海水中的化学资源，实验步骤，实验最终结论等内容，欢迎下载使用。

课题：第一节 开发利用金属资源和海水资源(二).
授课班级
课 时
知识
与
技能
1、帮助学生认识和体会海水资源开发和利用中的意义和作用
2、提示化学与可持续发展的重要关系
3、树立资源保护意识及合理开发意识
4、初步培养自主查阅资料的能力
过程
与
方法
1、自主学习、培养学生自学能力
2、活动探究，通过了解海洋资源的类型，海水资源的开发及利用现状，培养学生归纳能力，比较能力
情感态度价值观
1、帮助学生树立节约资源，爱护环境，变废为宝等意识
2、通过金属矿物及海水资源的开发利用两个专题，使学生热爱自然，热爱化学
重 点
了解化学方法在海水资源开发中的作用
难 点
海水资源的合理开发及综合应用
知
识
结
构
与
板
书
设
计
第二课时 海水资源的开发和利用
一、海水中蕴藏的资源及其开发意义
1、海水资源的广泛性 2、海水资源的多样性
3、海水资源的分散性 4、海水资源的利用
5、海水的淡化
（1）海水淡化的途径: 从海水中提取淡水；从海水中分离出盐
（2）海水淡化的方法:
蒸 馏 法（最先使用，技术成熟，但成本高）
电渗析法（成本低，但未能大量生产）
离子交换法（目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂）
二、海水中的化学资源
(一)海水中含有的各种元素的特点：种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。
(二)从海水中提取物质的方法
1、从海水中提取食盐的主要工艺流程
从海水中制取盐的方法主要有：盐田法、电渗析法和冷冻法。
2、从海水中提取镁
原理：MgCl2+ Ca (OH)2 = Mg(OH)2 ↓+ CaCl2
Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + H2O MgCl2 Mg + Cl2 ↑
4、从海水中提取碘
5、海水的其他应用：提取铀和重水、开发海洋药物、利用潮汐能、波浪能等。
教学步骤、内容
【引课】海洋是生命的摇篮，海水不仅是宝贵的水资源，而且蕴藏着丰富的化学资源。加强对海水（包括苦咸水）资源的开发利用，是解决沿海和西部苦咸水地区淡水危机和资源短缺问题的重要措施，是实现国民经济可持续发展战略的重要保证。
【板书】第二课时 海水资源的开发和利用
一、海水中蕴藏的资源及其开发意义
【讲解】海洋水资源：海水中水的储量约为1.3×109亿吨，约占全球总水量的97％。
化学资源：含元素80多种，海洋资源中，利用潜力最大的是海水中的化学资源。目前，在陆地上发现的100多种化学元素，在海水中已找到80多种，其中70多种可供提取。如，氯化钠（即食盐）有４亿亿吨，镁约有1800万亿吨，钾有500万亿吨，溴约有90万亿吨，核燃料约40亿吨－50亿吨。海水中铀多达45亿吨是已知陆地铀矿储量的4500倍。氘有50亿吨足够人类用上千万年含80多种元素，以氢、氧、氯、钠、镁、硫、钙、钾等较多。被称为“元素的故乡”。
矿产资源：海洋中所贮存的各种矿物约500亿吨。通常只要每平方米有5㎏的矿物。锰结核、可燃冰、砂和砾石，用于冶金、燃料、建筑、石英砂用制玻璃等。
生物资源：由鱼、虾、贝、藻等组成的海洋生物资源，除了直接捕捞供食用和药用外，通过养殖、增殖等途径还可实现可持续利用。海洋生物品种繁多，我国就有20278种，其中入药的有700种。
能源：海水运动中蕴藏着巨大的能量，包括潮汐能资源、波浪能资源、海流能资源、温差和盐差能资源、海上水能资源，它们都属于可再生能源，而且没有污染。
空间资源：海洋可利用空间包括海上、海中、海底三个部分。海洋空间利用已从传统的交通运输扩大到生产、通信、电力输送、储藏、文化娱乐等诸多领域。我国拥有18000公里的大陆海岸线，管辖的海域面积近300万平方公里。
【板书】 1、海水资源的广泛性：
【讲解】海洋约占地球表面积71%，海洋中的资源 ：动物:鱼类、海狮、海马、贝类…植物:海草、海带…矿物:各种盐、NaCl、MgCl2 …. 海底金属结核矿、石油 、水：水资源及各种溶解的盐类
海水中的水1.3X109 亿吨，占地球总水量97%（3%在陆地、淡水），海水中除了水以外，还含有80多种元素，有的含量很大（如NaCl ）有的含量很少（如Au）
【板书】2、海水资源的多样性
【讲解】海水中溶解和悬浮大量的无机物和有机物按含量计：含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共13种元素的质量占总水量的99%，其余1%为70多种含量微少的元素
【板书】3、海水资源的分散性：
【讲解】海水因为量太大、面太广，大多数元素尽管总量很大但由于太分散 ，含量极微少，如：海水中金元素总含量约为50000000t（5千万吨）但一顿海水中只含金元素0.000004g（10亿分之四克）（百分之0.000004克）
【讲解】海水综合利用的重要方向是：海水淡化同化工生产结合、同能源技术结合。如从海水中制得的氯化钠除食用外，还用作工业原料，如生产烧碱、纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产品。从海水中制取镁、钾、溴及其化工产品，是在传统制盐工业上的发展。从海水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。例如，铀和重水目前是核能开发中的重要原料，从海水中提取铀和重水对一个国家来说具有战略意义。化学在开发海洋药物方面也将发挥越来越大的作用。潮汐能、波浪能等也是越来越受到重视和开发的新型能源。
【板书】4、海水资源的利用：
【讲解】海水的综合利用，主要有：1.海水中水资源的利用海水的淡化（咸水淡水）
2.直接利用海水进行循环冷却（作冷却用水）
【讲解】海洋占地球表面的71%，总面积约3.6亿平方千米。海水资源的利用。主要包括海水淡化和直接利用海水进行循环冷却等。
【板书】 5、海水的淡化
【讲解】海水淡化：是指从海水中获取淡水的技术和过程。海水淡化方法在20世纪30年代主要是采用多效蒸发法；20世纪50年代至20世纪80年代中期主要是多级闪蒸法（MSF），至今利用该方法淡化水量仍占相当大的比重；20世纪50年代中期的电渗析法（ED）、20世纪70年代的反渗透法（RO）和低温多效蒸发法（LT-MED）逐步发展起来，特别是反渗透法(RO)海水淡化已成为目前发展速度最快的技术。
海水循环冷却技术始于20世纪70年代，在美国等国家已大规模应用，是海水冷却技术的主要发展方向之一。我国经过"八五""九五"科技攻关，完成了百吨级工业化试验，在海水缓蚀剂、阻垢分散剂、菌藻杀生剂和海水冷却塔等关键技术上取得重大突破。"十五"期间，通过实施国家重大科技攻关项目，正在建立千吨级和万吨级海水循环冷却示范工程。
【板书】（1）海水淡化的途径:
从海水中提取淡水；从海水中分离出盐
（2）海水淡化的方法:
蒸 馏 法（最先使用，技术成熟，但成本高）
电渗析法（成本低，但未能大量生产）
离子交换法（目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂）
【投影】海水蒸馏原理示意图：
【讲解】蒸馏法海水淡化技术研究已有几十年的历史。天津大港电厂引进两台3000立方米/日多级闪蒸海水淡化装置，于1990年运转至今，积累了大量宝贵经验。低温多效蒸馏海水淡化技术经过"九五"科技攻关，作为"十五"国家重大科技攻关项目正在青岛建立3000吨/日的示范工程。
【投影】太阳能蒸发海水示意图：
【讲解】海洋是一个"蓝色的宝库"。据估算，如果把整个地球上的海水加以提炼,可得到550万吨黄金、4亿吨白银、40亿吨铜、137亿吨铁、41亿吨锡、27亿吨钡、70亿吨锌、137亿吨钼和137亿吨铝。可以说，地球陆地上有的，海洋里都有，而且有许多是陆地上蕴藏不多，而又难于提取的稀有元素，如锶、铀、铷、锂、钡等。这些化学元素都是工农业生产和国防上的重要资源。现在已在海底勘探和开发的矿产有：天然气、石油、煤、铜、铁、硫、砂、锰等数十种。估计海底石油可开采储量达一千多亿吨。在海水所含的各种化学元素及矿物中，数量最大的是食盐，即氯化钠。据计算，1立方千米海水中，含有近3千多万吨氯化钠。现在，全世界每年生产海盐1亿吨。如果按照这个数字消费，海洋里的盐可用5亿年!近年来，从海水里直接提取镁、铀、碘、溴都取得成功。镁是制造飞机、轮船、汽车的重要材料，海水中镁含量可用一千万年以上。溴在陆地上比较少见，绝大部分都储藏在海洋里。
【板书】二、海水中的化学资源
(一)海水中含有的各种元素的特点：
种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。
(二)从海水中提取物质的方法
1、从海水中提取食盐的主要工艺流程：
从海水中制取盐的方法主要有：盐田法、电渗析法和冷冻法。
【投影讲解】
（1）海水制盐——生产NaCl
(2) NaCl的水溶液制NaOH
2NaCl+2H2O 2NaOH + Cl2 ↑+H2 ↑
(3)制漂白剂：
2NaOH + Cl2 = NaCl + NaClO+H2O
【思考与交流】实验方案设计：从海水中提取镁元素得到单质镁
【投影小结】
工业制镁的流程：
【板书】2、从海水中提取镁原理：
MgCl2+ Ca(OH)2 = Mg(OH)2 ↓+ CaCl2
Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + H2O
MgCl2 Mg + Cl2 ↑
【科学探究】1、如何将海水中的溴离子变成溴单质？并设计方案。
【投影】
【投影小结】从海水中提取溴的主要工艺流程
①用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。
②向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：
2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl
③向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的：Br2+SO2 +2H2O =2HBr+H2SO4
④向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气： 2HBr+Cl2=2HCl+Br2
⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。
【板书】3、从海水中提取溴
2 NaBr + Cl2 =2 NaCl + Br2
Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4
2HBr + Cl2 = 2HCl + Br2
【科学探究】如何证明海带中有碘离子？
【板书】4、从海水中提取碘
投影实验］海带成分中碘的检验
一、实验仪器 烧杯、试管、坩埚、坩埚钳、铁架台、三角架、泥三角、玻璃棒、酒精灯、量桶、胶头滴管、刷子、漏斗、滤纸、火柴、剪刀
二、实验药品 干海带、过氧化氢溶液（H2O2的质量分数为3%）、稀硫酸溶液（3ml/L）、、酒精、淀粉溶液（质量分数为1%）、CCl4
三、实验步骤
1、取10g食用干海带，用刷子把干海带表面附着物刷净，不要用水洗。将海带剪碎，用酒精润湿放入瓷坩埚中，把坩埚置于泥三角上。
2、用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全烧成炭黑色灰后，停止加热，自然冷却。
3、将坩埚内海带灰放至小烧杯中，再加入15mL蒸馏水，不断搅拌，煮沸4min～5min，使可溶物溶解，10分钟后过滤。
4、将滤液中滴入6滴稀硫酸后，再加入约3mLH2O2溶液，观察现象。滴入1%淀粉液1—2滴，观察现象。
5、向溶液中加入2mLCCl4，振荡萃取，静置2分钟后观察现象。并向滤液中加入1%的淀粉溶液,观察现象
9、将萃取后的CCl4溶液蒸馏得到碘单质
实验讨论：
1、实验前为什么要用刷子而不能用水洗食用干海带？
2、为什么要用新制氯水与滤液反应？加入氯水多了为什么不行？
3、为什么要向2号乙中加入NaOH溶液？
4、能否用焰色反应鉴定海带中存在的是NaI还是KI？
五、实验最终结论
化学实验的操作和实验现象，证明海带中存在的碘元素主要形式为碘离子，因为查找资料可知卤族单质化学性质活泼，碘单质在自然界里没有游离态形式存在。可知海带中碘主要以NaI形式存在。
【投影】根据图4-5讲解海水综合利用。
【学生阅读】海水的其他应用
【板书】5、海水的其他应用：提取铀和重水、开发海洋药物、利用潮汐能、波浪能等。
【学生自学】科学视野-自然资源的开源与节流。
【小结]】我国海水综合利用技术日臻成熟，海水制盐是我国从海水中提取化学资源最早的产业，此外，气态膜法提溴、海水提钾、海水镁盐晶提取等都取得了阶段性进展，突破了关键技术，尤其是海水提取磷酸二氢钾、碳酸钾、硝酸钾三元复合肥以及人工合成钾高效吸附剂的研究工作进展顺利，为我国开辟新的优质无氯钾肥来源，打下了坚实的基础。
【自我评价】
1. 水资源非常重要联合国确定2003年为国际淡水年，下列关于水的说法中错误的是c
A．蒸馏是海水淡化的方法之一
B．淡水的密度小于海水的密度
C．融化的雪水中矿物含量比深井水中的少
D．0℃以上，温度越高，水的密度越小
2．海洋占地球表面积的3/4，它能对地球生态环境起调节作用，同时也蕴藏着丰富的物质资源。
（1）据测算，地球上的氧气90%来自于藻类植物的光合作用，而环境污染的加剧，使海洋表层的浮游植物大量死亡，从而进一步加剧温室效应，这是由于大量浮游植物的死亡会使大气中的 增加所致。
（2）我国首创的铝、空气、海水电池为能源的新型海水标志灯已研制成功。这种灯以海水为电解质，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。上述新型电池 为负极。