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談談對雙碳的看法范文1
關鍵詞：金屬鎂；性質；提取；海水
文章編號：1008-0546（2013）12-0067-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2013.12.028
一、教學設計分析
本節內容選自蘇教版高中化學必修1專題2第二單元，包括鎂的提取和應用、鎂的性質兩部分內容，本設計將鎂的性質貫穿于鎂的提取及應用中。本節內容在教材中的篇幅雖然比較短，但是與生產生活緊密聯系，值得從工業價值中挖掘其對人類文明的發展意義；但作為高中階段典型的金屬制備方法更值得去關注其中的學科觀念和學科知識。
該單元位于“從海水中獲得的化學物質”章節，意在從海水中以化合態普遍存在的豐富元素中轉化出有用的單質或其它化合物，第一單元中已經從非金屬及其化合物的角度了解了海水中提取的氯、溴、碘等鹵素及其化合物，而本單元則需要從金屬及其化合物角度考慮鎂的提?。粚W生在第一單元學到電解飽和食鹽水制取氯氣的方法，對于本單元鎂提取的原理補充了新的角度，同時海水中提取溴和碘的富集思路可以類比遷移到鎂的提??；當然氧化還原反應、離子反應作為理論基礎，需要在鎂提取的過程分析中應用。對于高一學生來說，他們的思維從經驗型邏輯思維逐步向抽象思維轉化，但對本節內容滲透的變化觀不易體會和建構，需要教師的引導。不過我們不準備局限在海水作為提取鎂的原料，而是以更加開闊的視野去關注鎂元素的轉化。其實學生對鎂單質的性質并不陌生，在初三就已經知道鎂與氧氣、酸的化學反應，并且和鐵可以類比；但是鎂作為比鐵更為活潑的金屬，是否可以遷移煉鐵的反應呢？我想這就是學生普遍存在的前概念，應該在教學中防止學生在此進行錯誤的遷移。在選擇不同原理和原料時，通過類比討論有利于學生認識到物質轉變的多樣化途徑，也有利于體驗科學為本、經濟節約的化學應用觀念。
在此設計中，我們呈現出鎂元素存在于不同形態的物質中，學生可以體驗物質的多樣性；剖析鎂的提取原理時，從不同角度了解高價態鎂到單質鎂的變化，逐步建構變化觀。當學生把關注轉化關系內化為一種思想，把從價態和物質類別變化的角度認識物質和反應內化為一種思想和方法時，學生就找到了高中階段學習元素化合物的一般方法[1]。在鎂的真正提取過程中，結合實際技術應用，綜合考慮原料選擇和除雜問題，提升學生全面思考問題的能力的同時，讓他們了解化工生產流程，體會化學知識對開發自然資源的重要作用。
另外，本設計還試圖融入化學史和科技新聞?；仡櫥瘜W史有利于培養科學思維方式，體驗科學家的智慧和魅力；而分析、評價科技新聞則有利于引領學生學以致用，將化學視角投向化學知識對于社會的應用價值，也體現化學學習與時俱進的發展性。
二、教學目標
[知識與技能]
1. 通過探索海水中鎂提取的一般步驟，掌握從海水中提取鎂的一般步驟和原理。
2.了解鎂在日常生產生活中的應用。
3.通過以氧化還原反應分析制取鎂的原理，學生了解制備單質鎂的原理。
[過程與方法]
1.通過類比方法剖析從海水中提取鎂的一般步驟和原理，了解從自然界中獲得物質的途徑，感受化學的魅力。
[情感、態度與價值觀]
1.以鎂的工業制取為載體，了解化學與社會、生活、生產的密切聯系，建構化學價值觀。
2.從具體的物質反應學習入手，逐步建構多樣的化學變化觀念。
三、教學過程
第一階段：基于學生已有經驗認識鎂在自然界的存在及用途。
[提出問題]談談你們對鎂有哪些認識？
[學生活動]暢所欲言，表述已有學習中對鎂的了解。
[情景素材]全球直接利用海水作為工業冷卻水總量每年約6000億立方米左右，替代了大量淡水資源，海水淡化后排出的濃海水又是質優的化學資源，全世界每年從海洋中提取鎂及氧化鎂260多萬噸，到2015年全國的海水淡化規模將達到每天220萬～260萬立方米，若將副產的濃海水資源的80%加以利用，250萬噸鎂鹽材料，科學家估算，海水當中的氧化鎂至少夠全世界消耗30萬年。
[情景提問]
1. 以上這些數據能說明什么？
2. 人類社會在4000多年前就已經進入了銅器時代，在2000多年前進入了鐵器時代，為什么再近200年人們才發現鎂呢？
3. 金屬鎂單質有什么用？
[學生活動]討論
[情景素材]據英國《經濟學人》報道，日前有歐美科學家正在拓寬他們的新能源思維，將目光鎖定在一種此前從未被關注的物質之上——金屬鎂，認為它有可能成為新能源的一種替代品。而美國加州理工大學的安德魯·肯德勒則另辟蹊徑，利用鎂燃料和液體反應生成氫氣，后者可作為燃料電池的能源，反應生成的氧化鎂則是一種相對無害的物質。
（設計意圖：將情境和問題拋給學生思考和討論，引領他們在關注自然界中不同形態的鎂時，自己意識到制取鎂的意義，激發學習本課的熱情）
[過渡]自然界中鎂多以化合態存在，如何才能制取單質鎂呢？
第二階段：氧化還原反應規律的運用—探究從鎂的化合態中提取游離態鎂的原理及可能的途徑。[5]
[情景素材]追尋歷史
1. 1808年，英國人戴維使鉀蒸汽通過熱的白鎂氧（即氧化鎂）并用汞提取被還原的鎂。他還用汞做陰極電解了硫酸鎂、苦土（氧化鎂），首先發現了鎂。[2]
2. 1828年，法國科學家布西用金屬鉀熔融無水氯化鎂，第一次得到了真正純的鎂。[3]
[提出問題]從以上提供的信息分析，先人們在制鎂的方法中包含了哪些化學原理？
[學生活動]討論交流
[教師評價]在化學史上，電池的發明為元素的發現提供了便利，一直以來人們最先發現的都是一些比較穩定的物質，比如鐵和銅，活潑金屬的發現則得益于電池的發明，戴維利用電池發現了鎂、鈣、鍶、鋇等活潑金屬，在金屬活動性順序表中，鎂緊隨鈉之后，比較活潑，用活潑性金屬還原比較困難，所以電解法為鎂制備的首選方法。
[提出問題]先人在獲取鎂單質時受到當時條件的限制，不能大規模的生產金屬鎂，那么在科技日新月異的今天，我們可以通過哪些原理方法制取單質鎂？請同學們思考初中時我們見識過哪些制備金屬單質的方法，類比得出制備單質鎂的方法，寫出類比依據。
[討論交流]整理得出如下方法：
[方案1]CuO+H2=Cu+H2O MgO+H2=Mg+H2O
[方案2]CO+Fe2O32Fe+2CO2 CO+MgO=Mg+CO2
[方案3]CuSO4+Fe=FeSO4+Cu MgSO4+2Na=Na2SO4+Mg
[方案4]HgOHg+O2 MgOMg+O2
[教師引導]從以上整理的這些方案中，你覺得得到單質鎂的過程有什么共同的特點？
（設計意圖：采用類比總結，分析四種不同的金屬單質制備方案并分析它們的共性，引領學生從化合物中鎂的常見價態分析轉變成鎂單質的核心思路，在氧化還原反應的應用分析中逐步強化化學變化觀）
[提出問題]方案1，2Na+2H2O=H2+2NaOH，鎂在金屬活動性順序表中僅次于鈉，它們都是活潑性金屬，按照這樣的推理，鎂和水也會反應生成氫氣和氫氧化鎂，這不是與方案1矛盾了嗎？你能說說你是怎么思考的嗎？如何驗證？
[教師實驗]將打磨過的鎂條投入熱水中，滴加2滴酚酞。
[提出問題]類比鈉和水的反應我們知道這種氣泡是氫氣，酚酞變紅是因為有OH-生成，根據推測還應該有氫氧化鎂白色固體產生，實驗卻沒有這樣的現象，這是為什么？
[引導提問]為什么氫氣能還原氧化銅，偏偏不能還原氧化鎂呢？你能從氧化還原的角度解釋嗎？
[情境問題]方案2中CO是常見的還原劑，而且CO和Fe2O3反應原理也是高爐煉鐵的重要原理，如果CO也能夠還原出氧化鎂中的單質鎂，寫出可能的反應方程式。
[新聞鏈接]從民網天津視窗2011年9月30日電：28日22∶00左右，在天津市北辰區雙口鎮線河村，一生產鎂合金的工廠在加工鎂錠時，不慎將鎂引燃，好心的路人想用泡沫滅火劑幫助滅火卻被消防員拒絕。[4]
[資料卡片]泡沫滅火劑工作時產生二氧化碳。
[提出問題]為什么消防員拒絕用泡沫滅火器滅火，難道是二氧化碳可以支持鎂的燃燒？
[演示實驗]在充滿二氧化碳的集氣瓶上蓋上鐵絲網，將鎂條在鐵絲網上戳進集氣瓶中
[提出問題]
1.有什么實驗現象？
2.生成物中除了有氧化鎂，另一種產物是什么？能不能是氧氣？請從元素以及氧化還原的角度分析。
[提出問題]鎂跟二氧化碳的反應與我們的預測相矛盾，如何解釋？
[交流討論]反應都是朝著更加穩定的方向進行的。
[教師講述]在初中我們還接觸過一種還原劑焦炭，氧化鎂和碳的確是可以發生發應的，碳來源很豐富，燃燒還能提供熱量，可是工業上一般不采用這工藝，為什么呢，談談你的看法。
[提出問題]方案3，可以用硫酸鎂溶液和金屬鈉制取鎂嗎？
[教師引導]假設現在把溶液里的水全部蒸發掉，就用硫酸鎂固體和金屬鈉反應，你試想這樣的效果好嗎？有什么方法可以改進？
[教師總結]金屬鈉熔融硫酸鎂制取鎂的方法和科學家布西制取鎂的思路是一樣的，但不能用于大規模工業生產。
[教師講述]方案4是拉瓦錫發現氧氣的經典反應，按理只要給足夠的能量讓鎂和氧分開就行，可單是加熱還是不能提供反應所需要的能量，那我們可以模仿戴維電解氧化鎂。那為什么這種方法仍然不能滿足要求呢？
[學生猜測]可能消耗大量電能，不劃算。
[引導追問]如果真的像同學們猜的那樣，電解氧化鎂需要消耗很多的電能，這又說明什么？
[多媒體呈現]
[提出問題]因為氧化鎂的熔點高，電解消耗電能大，不經濟，那是否可以找熔點較小的物質電解呢，哪個比較合適？
[提出質疑]如果電解熔融MgCl2可以得到金屬鎂和氯氣，可是我們之前就知道鐵和氯氣發生化學反應可以得到三氯化鐵，那生成的鎂和氯氣不就也能繼續反應生成氯化鎂了嗎？
[教師總結]這些方案的共同點都是鎂從高價變到低價，被還原，我們需要從氧化還原的角度去分析它們之間的轉化關系。
（設計意圖：一開始結合人類探索鎂及其變化的歷史，學生總結先人們制取鎂時的探究思想，促進學生形成科學的探究精神和世界觀。通過類比的方式總結出4種不同的制取方案，并從不同角度分析4種制方案的優劣，讓學生意識到物質變化的多途徑，并緊扣從高價態轉化為低價態這一變化的過程，學生體會其中的變化觀，同時也可以增強學生知識遷移能力。）
[過渡]剛剛我們只是探討得出了制備金屬鎂的原理，在實際的生產生活中需求大量的鎂，而自然界又不可能提供如此多的現存的氯化鎂，在工業上是如何大量獲取鎂的呢？
第三階段：現代的生產—引導學生體驗探究海水中提取鎂的思考過程和方法。
[提出問題]1.從元素角度看，哪些物質可以作為生產鎂的原料呢？
2. 海水中有哪些離子，如何才能將鎂離子與他們區分開來？
3.海水中有如此多的離子，而我們只需要Mg2+，有何種方法可以分離出Mg2+呢，需要把雜質逐一除去嗎？
[多媒體呈現]
[提出問題]氫氧化鈣的溶解度小，即使是飽和的氫氧化鈣其濃度仍然很低，沉淀效果不好，如何克服這一問題呢？
[教師引導]學生觀看從海水中提取鎂的流程圖
[提出問題]海水中的鎂離子經過許多變化最終轉變為我們所需要的單質鎂，在這些變化過程中，什么元素一直圍繞在我們的眼前啊？這對我們日后提取其它物質有何指導意義？
[引導提問]課本圖中顯示，以貝殼為原料煅燒生產生石灰最后制得石灰乳，看著是綜合利用了資源，請同學們從貝殼的來源以及成本角度思考，這樣的方式真的經濟嗎？
[資料提供]貝殼來源有限，用在經濟效益更好的其它地方，如制作工藝品；過去用貝殼生產熟石灰是受限于運輸和石灰資源，當前直接購買內地生產的熟石灰成本反而更低。[8]
[提出問題]那么你們在之前有沒有遇到過同樣是以海水為原料來提取的物質？提取時做了哪些事情？
[多媒體呈現]海水中提取碘的流程圖
[提出問題]1.碘在海水當中總儲量很大，為何不直接由海水提取碘，而選用一些海產品呢？
2. 鎂在海水中的濃度為1.28g/L，比碘離子在海水中的濃度大，還需要富集嗎？
[演示實驗]向已準備好的海水中加入氫氧化鈣。
[提出問題]實驗證明，海水中鎂離子的濃度低，直接加入氫氧化鈣沉淀效果不好，那如何富集海水中的鎂呢？海水中會不會也有一些海產品會富集鎂離子呢，就像海帶富集碘一樣？
[提出問題]海水中的MgCl2蒸發濃縮后引入沉淀池生成了Mg（OH）2，再通入鹽酸中和不就又生成了MgCl2嘛，不都是MgCl2嘛，為什么還要經過這么繁瑣的過程呢？
[教師講述]制得的MgCl2蒸發結晶時得到MgCl2·6H2O，再在氯化氫氛圍中加熱晶體就能獲得無水氯化鎂。
[提出問題]電解產生的副產物氯氣怎么處理？
（設計意圖：基于國際科學教育改革的STEM理念關注科學與工程、技術的結合，從原料選取、原理應用、經濟節約、生態環境等各角度引導學生思考鎂提取的實際工藝流程，體現化學知識應用在工藝技術；同時在這部分中讓學生類比已有的知識總結出海水中提取鎂的流程，提高他們知識遷移的能力。）
第四階段：新視野—提取鎂的新工藝
[情景素材]電解法制取鎂耗能巨大，生產1公斤的鎂大約要消耗10公斤的煤，還會排出大量的溫室氣體，科學家們致力于尋求更加有效的方法。日前有歐美科學家正在拓寬他們的新能源思維，將目光鎖定在一種此前從未被關注的物質之上——金屬鎂，認為它有可能成為新能源的一種替代品，鎂的活性非常大，并且蘊含巨大能量。
[提供資料]鎂注射循環：利用高強度太陽能產生激光，以極高的溫度燃燒海水，從中提取出氧化鎂。
[提出問題]1.鎂注射循環法獲得的是氧化鎂，如何實現從氧化鎂到單質鎂的轉變？
2. 這一工藝十全十美嗎？
（設計意圖：介紹提取鎂的最新工藝，既能讓學生體會鎂的不同提取途徑，進一步強化學生的變化觀；同時能拉近學生與現代科技的距離，開闊學生的視野，拓展學生看待學科前沿的視角，以培養學生辯證思維，有利于化學價值觀的建構。）
參考文獻
[1] 北京市第十五中學化學組.基于學科觀念及方法構建的元素化合物單元教學設計與教學實效性研究[J].化學教育，2010，（增刊Ⅱ）：342
[2] [3]谷瑩瑩.品味化學課堂教學的“五度”—以蘇教版必修1“鎂的提取及應用”為例[J].中學化學教學參考，2011，（8）：8
[4] 張禮聰.“鎂的提取及應用”的對話式教學[J].化學教學，2012，（3）：41
[5] 劉革平，龔繼新.化學新課程該如何教—展示課“鎂的提取”的教學評析[J].化學教育，2010，（8）：22