基于基本观念建构的化学教学设计

基于基本观念建构的化学教学设计-----以“金属单质的提取复习”为例屠利秧（明港高级中学宁波北仑 315800）摘要：苏教版《化学1》分别介绍了从海水中提取钠和镁，从矿物中提取铁和铜，没有系统的介绍其他金属的冶炼方法。

笔者教学的“金属的提取”这一内容，既有金属冶炼的方法和金属活动性顺序，又有金属提取的一般过程，还包括金属提取的流程分析。

学生推理、论证、优化、评价，达成金属性质的综合性复习，在学习实践中提升推理能力和建立问题解决的思维模型。

关键词：证据推理；认知模型；相似与递变一、教学价值在当今全球资源、能源供应紧张与人口迅速增长的矛盾日益突出的情况下，金属矿物和海水资源同人类的生活有着日益紧密的联系，本课内容通过对苏教版化学一教材中《从海水中获得的化学物质》及《从矿物到基础材料》两个专题中几个单元的复习，帮助学生巩固认识氧化还原反应及加强掌握金属单质提取的原理与方法，不但复习了元素化合物知识，也为《必修2》中学习元素中期律等相关知识打下坚实的基础，又可以加深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。

二、学生学情分析知识基础：学生在初中时就已知道部分金属的活泼性强弱关系，高中阶段，已经学习了钠、镁的提取，知道了电解法制备金属，也已有铁铜单质获取的知识，掌握了热还原法制备金属，同时已经多次巩固学习了氧化还原反应的知识，了解了氧化还原反应的本质。

能力基础：能书写钠镁铁铜金属提取的相关方程式，能进行简单分析。

潜在困难：学生难以将几个有代表性的金属单质提取的方法扩充到大部分金属上，需要老师对其中的原理、方法加以归纳总结。

三、学科素养与教学目标四、教学过程：1.情境导入【回顾历史，引出话题】展示图片：金属使用方式的演变。

货币——炊具——兵器——建筑材料——交通工具——通信材料——信息化时代中各种新型金属…..如今人类的生产和生活已经离不开金属，但是金属元素在自然界大部分以化合态存在，只有极少数的金属以游离态的形式存在。

所以要利用一定的手段，从自然界获取金属单质。

（设计意图：利用金属在生活中有重要应用但主要是化合态，引出要从自然界获取金属单质。

）【创设情境】西汉古籍《淮南万毕术》上就有“曾青”（青为蓝色之意）得铁则化为“铜”的记载。

葛洪在《抱朴子内篇》中说“丹砂（丹砂是硫化汞）烧之成水银，积变又还成丹砂。

”请同学们写出以上相关的化学反应方程式。

（设计意图：古人冶炼金属的情景目的是激发学生的学习兴趣，梳理金属冶炼的方法，让学生体会实践出真知的观念。

）[教师活动] 金属元素在化学反应中容易失电子，自然界除了金和铂，金属元素大都以化合态存在。

中国古代就有炼丹术，在这个过程中古人积累了金属冶炼的两个方法，其一是湿法，其二是火法。

（图片展示）早先的炼铁方法。

请同学们书写炼铁的化学方程式，得出金属冶炼的原理：还原反应。

[学生活动] 书写炼铁的化学方程式，三个化学方程式比较，分析归纳，得出结论。

（设计意图：金属的冶炼涉及到元素化合物知识，金属冶炼的原理与氧化还原反应有关。

通过总结，明确金属冶炼的原理。

）[教师活动]提问：回忆钠镁铁铜这四种金属的工业冶炼方法，请根据它们在冶炼过程的不同点，将这四种金属进行分类，你会怎么分？追问：为什么原料来源不一样？展示：地球图片，说明金属元素主要分布于海水和陆地上，且分布不均匀。

[学生活动]回答：金属元素在自然界中的分布不均匀。

海洋中钠镁的含量高，而矿石中的含量少。

铁铜反之。

2.回顾旧知，总结归纳引导：海水中的氯化钠可以通过什么途径得到？直接晒盐得到粗盐，因为海水中氯化钠的含量高。

但要从海水中获得氯化镁不如氯化钠容易。

海水中镁元素的总储量很大但浓度很低，因此是取晒盐后的苦卤进行下一步分离。

苦卤水中的镁元素含量高。

这都体现出对原料预先进行什么处理？[学生活动] 思考、归纳（1）原料为海水（2）采用电解法电解熔融氯化物。

22（3）海水都经过浓缩富集处理，即提高所需元素的含量。

制备钠通过晒盐得到粗盐。

制备镁时取晒盐后的苦卤进行下一步分离。

（4）电解前均进行提纯[教师活动]追问：晒盐之后的粗盐能否用于电解？追问：同样制取镁也需要从苦卤中分离得到较纯净的MgCl 2，回忆如何提纯的呢？[学生活动]回答：不能直接电解，含有较多杂质，因此电解之前需提纯。

回答：用Ca(OH)2作沉淀剂把镁离子沉淀下来之后再与盐酸反应得到纯净的MgCl 2。

过渡：再来看看铁铜，它们在制备的过程中有哪些相同之处，同样从原料来源、原料的处理，冶炼的方法等多角度归纳。

书写：冶炼铁的反应方程式讲述：铜的冶炼也可以用类似的反应制得。

介绍火烧孔雀石。

Cu 2(OH)2CO 3=2CuO+H 2O+CO 2↑2提问：除了CO 作还原剂？CO 可以如何廉价的制得？请写出反应方程式。

绘图：ppt 给出冶炼钠的流程图，请仿照该流程图画出冶炼镁的流程图。

[教师活动] 提问：既然这两类金属的冶炼过程存在差异，我们就分开讨论，先来具体看看钠镁，它们在制备的过程中有哪些相同之处，试着从原料来源，原料的处理，冶炼的方法等多角度归纳。

书写：钠镁冶炼的反应方程式电解电解高温提问：在钠镁的冶炼中都有对原料海水进行富集的预处理，那么在铁的冶炼中有没有体现对原料的富集？[学生活动]思考、归纳（1）原料为矿石（2）采用高温还原法，用还原剂与金属在高温下发生氧化还原反应得到金属。

Fe 2O 32C 、CO 、H 2、活泼金属Na/Al(成本从低到高)回答：选择CO ，焦炭与矿石反应的接触面小，不利于充分反应，氢气和金属成本高。

回答：CO 可以通过廉价的焦炭和氧气反应先生成二氧化碳。

二氧化碳和过量的焦炭反应生成CO 。

C+O 2==CO 2 C+CO 2 （3（4）对粗产品进行提纯精炼。

（设计意图：通过讨论和总结，培养学生的归纳能力，掌握一种科学的学习方法。

）[教师活动]对比归纳：通过大家刚才的分析，我们发现虽然这两组金属存在和冶炼方法不同，但我们可以从它们冶炼的过程中找到共同点，提取金属过程中都需要经过三步：富集、冶炼、精炼。

提问：对比钠镁和铁铜这两组金属，为什么它们冶炼方法不一样？[学生活动]思考、小组讨论得出结论：跟金属的活泼性有关系。

钠镁非常活泼，使它们由化合物转化为单质很困难，因此只能用电解法，高温下熔融金属化合物然后进行电解，这时最强力的还原手段。

铁铜不如钠镁来得活泼，由化合物转化为单质比较容易，因此用热还原法。

[教师活动]讲述拉瓦锡研究空气组成时，分解HgO 得到金属Hg 和O 2。

人们可直接淘金得到金属Au 。

归纳总结金属冶炼的一般方法。

提问：分析钠镁铁铜的冶炼，你能说出冶炼的实质是什么吗？板书： M n+-----M△高温高温（设计意图：和学生一起回忆钠、镁、铁、铜及汞等金属的冶炼方法，引导学生从氧化还原反应角度理解金属冶炼就是将金属从化合态还原成单质的过程，只是相对不活泼的金属往往自身的氧化还原就可以得到金属单质，而较活泼的金属需要在加热时用还原剂还原，同时还要防止空气（氧气）重新氧化生成的单质，而活泼的金属一般很难用还原剂将其还原，只能利用无氧无水环境下的非自发氧化还原反应（电解）才能得到单质，且一定要做好产物保护和收集。

帮助学生建立金属活动性顺序与冶炼方法、试剂和条件的选择关系。

）3.迁移应用：如何从自然界获取钙[教师活动]提问：钙的原子结构、性质和存在。

出示镁的相关信息，然后在核外第二、第三层之间增加一层（8个电子），得到钙原子结构示意图。

问题1：钙与镁相比，核外电子排布相同点不同点？与镁相比，试着写一写钙的相类似的化合物。

从钙的活泼性，你预测自然界中钙会以什么态存在？主要物质有？（设计意图：引导学生从镁到钙，根据核外电子排布特征推测失电子难易程度，再从熟悉的镁的化合物类比钙可能形成的不同类别的化合物，并且与已经学习的钠镁铁铜及熟悉的金属相比较，帮助学生建立金属活动性顺序与自然界的存在形态关系，活泼金属及较活泼金属化合态存在时最主要的化合物，如氧化物、氯化物、硫酸盐及碳酸盐。

）提问：根据钙的存在形态和活泼性，你预测用什么方法冶炼得到钙单质？得到钙单质的过程需要保护吗？又怎样保存金属钙？[1]（设计意图：在学生回忆镁铁铜钠的冶炼方法时，促使学生意识到金属冶炼方法的多样性。

思考钙如果用热分解需要什么温度？如果用热还原用什么还原剂？如果用电解法又需要什么条件与环境选择，从而确定金属钙的冶炼方法。

不同金属冶炼方法的选择和优化，并选择合适的方法冶炼金属）4.总结提升[教师总结]专题2中曾经提到的用熔融态的Na提取Ti、Zr、Nb、Ta等金属的氯化物置换出金属单质，可见冶炼金属的方法多种多样，并没有绝对化，尤其要注意条件与环境的选择，其实活泼的金属钠、镁、铝等也可以作为其他金属冶炼的还原剂，只是综合考虑方法、原理和成本经济性等。

五、教学反思化学学科研究的对象是物质的结构、性质、制备与应用。

“金属的提取”一课的复习，是基于学生已有的知识—钠、镁、铁、铜的冶炼方法，用类比的方法思考钙的提取与生产条件的选择，探讨金属的发现史，打开视野。

再复习钠镁铁铜等金属的冶炼，找到金属冶炼与金属活泼性之间的关系，更是在困境中引发学生认知冲突，实现用平衡移动思想制取钾，并没有刻板的守着金属活动性与冶炼方法的对应关系，也没有一直沿用金属发现时的方法来冶炼金属，而不断地优化与改进，以获得研究问题的方法,构建科学研究思维的开放与生成。

[2]“元素化学”的学习。

基本就从结构、性质、提取、应用、存在和保存等方面进行探讨，往往结构相似的物质具有很多共性，但每一种物质又有一点小脾气（特性）罢了。

教师的作用就是设计、引导、促成学生主动思考，教师只有研究得‘深入’，才能在教学中‘浅出’，深入浅出首先是一种意识，然后可能累计为一种艺术。

[3]参考文献[1] 陆鼎一编著.化学故事新编.江苏：苏州大学出版社[M].2007.7:44-56[2] 保志明.对高三化学复习课效率的反思[J].中学化学教学参考，2001,（9）：48-50[3] 郑胤飞著.文化有根课堂有魂---郑胤飞化学教学设计集[M].上海：上海教育出版社.2013.5:137-140。