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谈谈对双碳的看法范文1
关键词：金属镁；性质；提取；海水
文章编号：1008-0546（2013）12-0067-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2013.12.028
一、教学设计分析
本节内容选自苏教版高中化学必修1专题2第二单元，包括镁的提取和应用、镁的性质两部分内容，本设计将镁的性质贯穿于镁的提取及应用中。本节内容在教材中的篇幅虽然比较短，但是与生产生活紧密联系，值得从工业价值中挖掘其对人类文明的发展意义；但作为高中阶段典型的金属制备方法更值得去关注其中的学科观念和学科知识。
该单元位于“从海水中获得的化学物质”章节，意在从海水中以化合态普遍存在的丰富元素中转化出有用的单质或其它化合物，第一单元中已经从非金属及其化合物的角度了解了海水中提取的氯、溴、碘等卤素及其化合物，而本单元则需要从金属及其化合物角度考虑镁的提取；学生在第一单元学到电解饱和食盐水制取氯气的方法，对于本单元镁提取的原理补充了新的角度，同时海水中提取溴和碘的富集思路可以类比迁移到镁的提取；当然氧化还原反应、离子反应作为理论基础，需要在镁提取的过程分析中应用。对于高一学生来说，他们的思维从经验型逻辑思维逐步向抽象思维转化，但对本节内容渗透的变化观不易体会和建构，需要教师的引导。不过我们不准备局限在海水作为提取镁的原料，而是以更加开阔的视野去关注镁元素的转化。其实学生对镁单质的性质并不陌生，在初三就已经知道镁与氧气、酸的化学反应，并且和铁可以类比；但是镁作为比铁更为活泼的金属，是否可以迁移炼铁的反应呢？我想这就是学生普遍存在的前概念，应该在教学中防止学生在此进行错误的迁移。在选择不同原理和原料时，通过类比讨论有利于学生认识到物质转变的多样化途径，也有利于体验科学为本、经济节约的化学应用观念。
在此设计中，我们呈现出镁元素存在于不同形态的物质中，学生可以体验物质的多样性；剖析镁的提取原理时，从不同角度了解高价态镁到单质镁的变化，逐步建构变化观。当学生把关注转化关系内化为一种思想，把从价态和物质类别变化的角度认识物质和反应内化为一种思想和方法时，学生就找到了高中阶段学习元素化合物的一般方法[1]。在镁的真正提取过程中，结合实际技术应用，综合考虑原料选择和除杂问题，提升学生全面思考问题的能力的同时，让他们了解化工生产流程，体会化学知识对开发自然资源的重要作用。
另外，本设计还试图融入化学史和科技新闻。回顾化学史有利于培养科学思维方式，体验科学家的智慧和魅力；而分析、评价科技新闻则有利于引领学生学以致用，将化学视角投向化学知识对于社会的应用价值，也体现化学学习与时俱进的发展性。
二、教学目标
[知识与技能]
1. 通过探索海水中镁提取的一般步骤，掌握从海水中提取镁的一般步骤和原理。
2.了解镁在日常生产生活中的应用。
3.通过以氧化还原反应分析制取镁的原理，学生了解制备单质镁的原理。
[过程与方法]
1.通过类比方法剖析从海水中提取镁的一般步骤和原理，了解从自然界中获得物质的途径，感受化学的魅力。
[情感、态度与价值观]
1.以镁的工业制取为载体，了解化学与社会、生活、生产的密切联系，建构化学价值观。
2.从具体的物质反应学习入手，逐步建构多样的化学变化观念。
三、教学过程
第一阶段：基于学生已有经验认识镁在自然界的存在及用途。
[提出问题]谈谈你们对镁有哪些认识？
[学生活动]畅所欲言，表述已有学习中对镁的了解。
[情景素材]全球直接利用海水作为工业冷却水总量每年约6000亿立方米左右，替代了大量淡水资源，海水淡化后排出的浓海水又是质优的化学资源，全世界每年从海洋中提取镁及氧化镁260多万吨，到2015年全国的海水淡化规模将达到每天220万～260万立方米，若将副产的浓海水资源的80%加以利用，250万吨镁盐材料，科学家估算，海水当中的氧化镁至少够全世界消耗30万年。
[情景提问]
1. 以上这些数据能说明什么？
2. 人类社会在4000多年前就已经进入了铜器时代，在2000多年前进入了铁器时代，为什么再近200年人们才发现镁呢？
3. 金属镁单质有什么用？
[学生活动]讨论
[情景素材]据英国《经济学人》报道，日前有欧美科学家正在拓宽他们的新能源思维，将目光锁定在一种此前从未被关注的物质之上——金属镁，认为它有可能成为新能源的一种替代品。而美国加州理工大学的安德鲁·肯德勒则另辟蹊径，利用镁燃料和液体反应生成氢气，后者可作为燃料电池的能源，反应生成的氧化镁则是一种相对无害的物质。
（设计意图：将情境和问题抛给学生思考和讨论，引领他们在关注自然界中不同形态的镁时，自己意识到制取镁的意义，激发学习本课的热情）
[过渡]自然界中镁多以化合态存在，如何才能制取单质镁呢？
第二阶段：氧化还原反应规律的运用—探究从镁的化合态中提取游离态镁的原理及可能的途径。[5]
[情景素材]追寻历史
1. 1808年，英国人戴维使钾蒸汽通过热的白镁氧（即氧化镁）并用汞提取被还原的镁。他还用汞做阴极电解了硫酸镁、苦土（氧化镁），首先发现了镁。[2]
2. 1828年，法国科学家布西用金属钾熔融无水氯化镁，第一次得到了真正纯的镁。[3]
[提出问题]从以上提供的信息分析，先人们在制镁的方法中包含了哪些化学原理？
[学生活动]讨论交流
[教师评价]在化学史上，电池的发明为元素的发现提供了便利，一直以来人们最先发现的都是一些比较稳定的物质，比如铁和铜，活泼金属的发现则得益于电池的发明，戴维利用电池发现了镁、钙、锶、钡等活泼金属，在金属活动性顺序表中，镁紧随钠之后，比较活泼，用活泼性金属还原比较困难，所以电解法为镁制备的首选方法。
[提出问题]先人在获取镁单质时受到当时条件的限制，不能大规模的生产金属镁，那么在科技日新月异的今天，我们可以通过哪些原理方法制取单质镁？请同学们思考初中时我们见识过哪些制备金属单质的方法，类比得出制备单质镁的方法，写出类比依据。
[讨论交流]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
[教师引导]从以上整理的这些方案中，你觉得得到单质镁的过程有什么共同的特点？
（设计意图：采用类比总结，分析四种不同的金属单质制备方案并分析它们的共性，引领学生从化合物中镁的常见价态分析转变成镁单质的核心思路，在氧化还原反应的应用分析中逐步强化化学变化观）
[提出问题]方案1，2Na+2H2O=H2+2NaOH，镁在金属活动性顺序表中仅次于钠，它们都是活泼性金属，按照这样的推理，镁和水也会反应生成氢气和氢氧化镁，这不是与方案1矛盾了吗？你能说说你是怎么思考的吗？如何验证？
[教师实验]将打磨过的镁条投入热水中，滴加2滴酚酞。
[提出问题]类比钠和水的反应我们知道这种气泡是氢气，酚酞变红是因为有OH-生成，根据推测还应该有氢氧化镁白色固体产生，实验却没有这样的现象，这是为什么？
[引导提问]为什么氢气能还原氧化铜，偏偏不能还原氧化镁呢？你能从氧化还原的角度解释吗？
[情境问题]方案2中CO是常见的还原剂，而且CO和Fe2O3反应原理也是高炉炼铁的重要原理，如果CO也能够还原出氧化镁中的单质镁，写出可能的反应方程式。
[新闻链接]从民网天津视窗2011年9月30日电：28日22∶00左右，在天津市北辰区双口镇线河村，一生产镁合金的工厂在加工镁锭时，不慎将镁引燃，好心的路人想用泡沫灭火剂帮助灭火却被消防员拒绝。[4]
[资料卡片]泡沫灭火剂工作时产生二氧化碳。
[提出问题]为什么消防员拒绝用泡沫灭火器灭火，难道是二氧化碳可以支持镁的燃烧？
[演示实验]在充满二氧化碳的集气瓶上盖上铁丝网，将镁条在铁丝网上戳进集气瓶中
[提出问题]
1.有什么实验现象？
2.生成物中除了有氧化镁，另一种产物是什么？能不能是氧气？请从元素以及氧化还原的角度分析。
[提出问题]镁跟二氧化碳的反应与我们的预测相矛盾，如何解释？
[交流讨论]反应都是朝着更加稳定的方向进行的。
[教师讲述]在初中我们还接触过一种还原剂焦炭，氧化镁和碳的确是可以发生发应的，碳来源很丰富，燃烧还能提供热量，可是工业上一般不采用这工艺，为什么呢，谈谈你的看法。
[提出问题]方案3，可以用硫酸镁溶液和金属钠制取镁吗？
[教师引导]假设现在把溶液里的水全部蒸发掉，就用硫酸镁固体和金属钠反应，你试想这样的效果好吗？有什么方法可以改进？
[教师总结]金属钠熔融硫酸镁制取镁的方法和科学家布西制取镁的思路是一样的，但不能用于大规模工业生产。
[教师讲述]方案4是拉瓦锡发现氧气的经典反应，按理只要给足够的能量让镁和氧分开就行，可单是加热还是不能提供反应所需要的能量，那我们可以模仿戴维电解氧化镁。那为什么这种方法仍然不能满足要求呢？
[学生猜测]可能消耗大量电能，不划算。
[引导追问]如果真的像同学们猜的那样，电解氧化镁需要消耗很多的电能，这又说明什么？
[多媒体呈现]
[提出问题]因为氧化镁的熔点高，电解消耗电能大，不经济，那是否可以找熔点较小的物质电解呢，哪个比较合适？
[提出质疑]如果电解熔融MgCl2可以得到金属镁和氯气，可是我们之前就知道铁和氯气发生化学反应可以得到三氯化铁，那生成的镁和氯气不就也能继续反应生成氯化镁了吗？
[教师总结]这些方案的共同点都是镁从高价变到低价，被还原，我们需要从氧化还原的角度去分析它们之间的转化关系。
（设计意图：一开始结合人类探索镁及其变化的历史，学生总结先人们制取镁时的探究思想，促进学生形成科学的探究精神和世界观。通过类比的方式总结出4种不同的制取方案，并从不同角度分析4种制方案的优劣，让学生意识到物质变化的多途径，并紧扣从高价态转化为低价态这一变化的过程，学生体会其中的变化观，同时也可以增强学生知识迁移能力。）
[过渡]刚刚我们只是探讨得出了制备金属镁的原理，在实际的生产生活中需求大量的镁，而自然界又不可能提供如此多的现存的氯化镁，在工业上是如何大量获取镁的呢？
第三阶段：现代的生产—引导学生体验探究海水中提取镁的思考过程和方法。
[提出问题]1.从元素角度看，哪些物质可以作为生产镁的原料呢？
2. 海水中有哪些离子，如何才能将镁离子与他们区分开来？
3.海水中有如此多的离子，而我们只需要Mg2+，有何种方法可以分离出Mg2+呢，需要把杂质逐一除去吗？
[多媒体呈现]
[提出问题]氢氧化钙的溶解度小，即使是饱和的氢氧化钙其浓度仍然很低，沉淀效果不好，如何克服这一问题呢？
[教师引导]学生观看从海水中提取镁的流程图
[提出问题]海水中的镁离子经过许多变化最终转变为我们所需要的单质镁，在这些变化过程中，什么元素一直围绕在我们的眼前啊？这对我们日后提取其它物质有何指导意义？
[引导提问]课本图中显示，以贝壳为原料煅烧生产生石灰最后制得石灰乳，看着是综合利用了资源，请同学们从贝壳的来源以及成本角度思考，这样的方式真的经济吗？
[资料提供]贝壳来源有限，用在经济效益更好的其它地方，如制作工艺品；过去用贝壳生产熟石灰是受限于运输和石灰资源，当前直接购买内地生产的熟石灰成本反而更低。[8]
[提出问题]那么你们在之前有没有遇到过同样是以海水为原料来提取的物质？提取时做了哪些事情？
[多媒体呈现]海水中提取碘的流程图
[提出问题]1.碘在海水当中总储量很大，为何不直接由海水提取碘，而选用一些海产品呢？
2. 镁在海水中的浓度为1.28g/L，比碘离子在海水中的浓度大，还需要富集吗？
[演示实验]向已准备好的海水中加入氢氧化钙。
[提出问题]实验证明，海水中镁离子的浓度低，直接加入氢氧化钙沉淀效果不好，那如何富集海水中的镁呢？海水中会不会也有一些海产品会富集镁离子呢，就像海带富集碘一样？
[提出问题]海水中的MgCl2蒸发浓缩后引入沉淀池生成了Mg（OH）2，再通入盐酸中和不就又生成了MgCl2嘛，不都是MgCl2嘛，为什么还要经过这么繁琐的过程呢？
[教师讲述]制得的MgCl2蒸发结晶时得到MgCl2·6H2O，再在氯化氢氛围中加热晶体就能获得无水氯化镁。
[提出问题]电解产生的副产物氯气怎么处理？
（设计意图：基于国际科学教育改革的STEM理念关注科学与工程、技术的结合，从原料选取、原理应用、经济节约、生态环境等各角度引导学生思考镁提取的实际工艺流程，体现化学知识应用在工艺技术；同时在这部分中让学生类比已有的知识总结出海水中提取镁的流程，提高他们知识迁移的能力。）
第四阶段：新视野—提取镁的新工艺
[情景素材]电解法制取镁耗能巨大，生产1公斤的镁大约要消耗10公斤的煤，还会排出大量的温室气体，科学家们致力于寻求更加有效的方法。日前有欧美科学家正在拓宽他们的新能源思维，将目光锁定在一种此前从未被关注的物质之上——金属镁，认为它有可能成为新能源的一种替代品，镁的活性非常大，并且蕴含巨大能量。
[提供资料]镁注射循环：利用高强度太阳能产生激光，以极高的温度燃烧海水，从中提取出氧化镁。
[提出问题]1.镁注射循环法获得的是氧化镁，如何实现从氧化镁到单质镁的转变？
2. 这一工艺十全十美吗？
（设计意图：介绍提取镁的最新工艺，既能让学生体会镁的不同提取途径，进一步强化学生的变化观；同时能拉近学生与现代科技的距离，开阔学生的视野，拓展学生看待学科前沿的视角，以培养学生辩证思维，有利于化学价值观的建构。）
参考文献
[1] 北京市第十五中学化学组.基于学科观念及方法构建的元素化合物单元教学设计与教学实效性研究[J].化学教育，2010，（增刊Ⅱ）：342
[2] [3]谷莹莹.品味化学课堂教学的“五度”—以苏教版必修1“镁的提取及应用”为例[J].中学化学教学参考，2011，（8）：8
[4] 张礼聪.“镁的提取及应用”的对话式教学[J].化学教学，2012，（3）：41
[5] 刘革平，龚继新.化学新课程该如何教—展示课“镁的提取”的教学评析[J].化学教育，2010，（8）：22