高一化学新课程中的一次探究学习
----“从铝土矿中提取铝”的教学案例与分析
一、 教材分析：
1 、教材的地位和作用：
铝是地壳中含量最高的金属元素，它具有广泛的应用。
本节课“从铝土矿中提取铝”是高中新课程苏教版必修 1 专题 3 的第一单元第一节。本章中涉及到的铝土矿提取铝的方法，铝、氧化铝、氢氧化铝的性质及应用是高中化学必须掌握的化学知识，又与社会、生产、生活息息相关。教材编排在学生学习了钠、镁等重要金属元素之后，学生自然而然地把钠、镁、铝三者作比较，这为以后学习元素周期律知识奠定了基础，因此本章在教材中地位是不言而喻的。
本节课介绍铝的冶炼和 Al 2 O 3 的两性，虽然要求不高，但其重要性不亚于后面章节。
上好本节课可以激发学生对后面知识学习的兴趣；通过 Al 2 O 3 两性的探究学生很容易通过类比迁移的方法思考 Al(OH) 3 是否也为两性物质，这为后面的学习作了很好的铺垫；通过铝
的冶炼历史的介绍，也会促进他们崇尚科学、并热爱科学，所以本节课的意义是显而易见的。
2 、教学目标：
根据全面提高学生素质的总体目标和教学大纲要求以及本节教材内容和学生已有的认识基础，我确定本节的教学目标如下：
（ 1） 知识目标：
了解地壳中铝元素的含量。知道铝元素在自然界的主要存在形式。
了解工业上从铝土矿中提取铝的方法。了解铝在生产生活中的重要应用。
了解 Al 2 O 3 的性质和两性氧化物的概念。
加深对性质决定用途的理解。
（ 2） 能力目标：
通过探究学习铝土矿中提取铝的工艺流程，培养学生从信息中获取新知识的能力，从实验求证猜想的能力，引导学生从多角度获取知识的能力，为将来自主学习、探究学习打下基础。
（ 3） 情感目标：
通过铝在生产生活中的重要应用，进一步认识化学与生产生活的密切联系。
从金属铝的冶炼方法的改变使学生体验了化学学科发展对人类生活的影响，激发它们热爱化学、热爱科学、崇尚科学。
3 、重点和难点
（ 1 ）重点：通过对“ Al 2 O 3 分别与酸、碱溶液反应”的探究，让学生更熟悉酸、碱、氧化物之间的相互转化关系，学习构建化学学科知识体系的方法。
（ 2 ）难点： Al 2 O 3 的两性，铝的冶炼涉及的反应原理。
二、教具准备：
多媒体课件，实验仪器（试管每组 4 支、滴管 1 支、烧杯 1 个）
实验药品（ Al 2 O 3 固体、 Fe 2 O 3 固体 ,6mol/LNaOH 溶液、 6mol/LHCl 溶液每组一瓶）
三、 教学案例与设计：
（一）引入新课：
[ 播放电脑图片及解说 ]
（图一）这是一种新型材料 ----- 泡沫铝，它是将发泡剂加入到熔融铝合金中制成，其优点是密度小，比木材还轻，可浮在水面，又有很大的刚性和隔音保温的效果，是一种良好的建筑材料和轻质材料。
（图二）这是一款新型轿车 ------ 尼桑颐达，他在广告中的卖点是“宽敞的空间”和“全铝合金引擎”。
（图三）飞机、火车、汽车、船舶、导弹制造业，使用了各种铝合金，如一架超音速飞机
由 70% 的铝合金构成，每枚导弹用铝量约占总量的 10%--15% ，国外已有铝制火车轨道，而一艘大型船舶用铅量达 2000 吨。
[ 教师讲解 ] 刚才看到这些图片，大家已了解了铝在高科技领域的广泛应用，除此之外，在我们身边，铝还有哪些应用呢 ?
[ 学生讨论回答 ] 铝制炊具、铝合金门窗、铝制导线、铝用于药品、食品包装，高质量的反射镜等。
[ 教师播放铝制日用品图 ]
[ 教师讲解 ] 是啊，铝在我们身边无处不在，具有广泛的应用。那么再请大家思考一下图中的一些应用主要利用了铝的哪些性质？
[ 板书 ] 一、铝的物理性质及用途：
[ 学生讨论回答 ] 飞机制造 ---- 铝的密度小
用作导线 ---- 良好的导电性
铝制炊具 ---- 良好的导热性
用作包装 ---- 良好的延展性
【学生在学习了 Na 、 Mg 的性质之后对金属的通性已有了一定认识，在这里可以使他们回顾旧知识，又可以使他们对性质决定用途的有更深的理解。学生讨论不完整时，教师可以适当的启发，师生互动】
（二）推进新课：
[ 教师讲解 ] 铝不仅可以促进科技发展日新月异，又和我们家家户户生活息息相关，它是大自然赐予人类的宝物。但是追溯到 19 世纪中叶，铝并不是象现在那样普遍存在。
[ 多媒体播放 ] （一）在国宴上，拿破仑三世使用一套珍藏的铝制餐具，而大臣们使用的是银制餐具。
（二）门捷列夫创建了元素周期表，受到英国皇家学会的表彰，奖品是一只铝制奖杯。
[ 教师 ] 这两个事例说明了什么？
[ 学生 ]19 世纪中叶铝是很昂贵的金属（甚至超过黄金）。
[ 教师 ] 为什么当时铝的价格和现在会有这么大的差别？
[ 学生 ] 铝的冶炼水平不同。
[ 教师 ] 是的，虽然铝在地壳中的含量非常丰富，占地壳总含量的 7.73% ，是地壳中含量最多
的金属元素，但它都以化合态存在，单质铝必须采用人工方法冶炼出来。这在 19 世纪是一个较难的问题，但现在随着科技的发展，人们已经熟练的掌握了冶炼铝较好的方法，并投入
大量生产使之服务于各个行业。那么我们现在是如何提取铝的呢？
【通过两组电脑图片的对比，使学生深刻体会到了科技改变了人的生活，激发学生热爱科学、崇尚科学并立志献身科学。然后教师很自然的提出设问“现在我们是如何提取铝？”引导学生进行探究思考】
[ 板书 ] 二、从铝土矿中冶炼铝
[ 多媒体播放 ] 铝的工艺流程。（或指导学生看课本 62 页图 3-2 ）
[ 教师 ] 从铝的工艺流程来看，炼铝的原料是地壳中含量较多的铝土矿，其主要成分是 Al 2 O 3 、杂质 Fe 2 O 3 、 SiO 2 等，我们可以把冶炼过程分成两个阶段。
[ 板书 ] （ 1 ）铝土矿 --→氧化铝（ 2 ）氧化铝 --→铝
[ 教师 ] 请同学们根据铝的工艺流程的两个阶段和以下几个问题一起来探究它的原理。（杂质 SiO 2 暂时忽略，围绕中间的操作过程和分离后的主产物进行探究）
（问题一）铝土矿中取出的氧化铝是金属氧化物，请推测其可能性质，并用所给药品进行验证。
[ 学生活动得出结论 ] 甲： Al 2 O 3 会和盐酸反应。验证：白色固体溶解，得无色溶液。
乙： Al 2 O 3 不会溶于水，也不和水反应。
【让学生回顾金属氧化物的性质】
（问题二）工艺流程中 NaOH 溶解铝土矿的目的是什么？
[ 学生讨论验证 ] 甲：实验 Fe 2 O 3 +NaO H→不反应（ Fe 2 O 3 成为残渣）
乙：实验 Al 2 O 3 +NaOH 现象：白色固体溶解，生成无色溶液。
（过滤后含铝的化合物进入滤液）
[教师提示]反应后的液体留下备用。
[教师]很好，大家根据前两个问题比较 Fe 2 O 3 、 Al 2 O 3 两种金属氧化物，也找出了它们的区别。
[ 多媒体播放 ] （教师总结比较后得出两性氧化物的定义）
Fe 2 O 3
Al 2 O 3
HCl
Fe 2 O 3 +6HCl ==2FeCl 3 +3H 2 O
Al 2 O 3 +6HCl ==2AlCl 3 +3H 2 O
NaOH
不反应
Al 2 O 3 +2NaO H==2NaAlO 2 +H 2 O
类别
碱性氧化物
两性氧化物
（强调 Al 2 O 3 是最重要的两性氧化物，大家要熟练掌握并学会书写化学方程式）
【通过学生思考、实验找出它们的区别，加深了对两性氧化物的概念的理解】
（问题三） NaOH 溶解铝土矿后，滤液中的主要成分是什么？
[ 学生 ] 主要成分是 NaOH （过量）， NaAlO 2 （ Fe 2 O 3 成为残渣）
（问题四）把滤液酸化的作用是什么？（启发学生用前面的备用的 NaAlO 2 溶液逐滴滴入 HCl 验证，看到明显现象就停止）
[ 学生 ] 中和过量的 NaOH 并和 NaAlO 2 反应，现象：有白色沉淀生成。
[教师]那白色沉淀是什么？（从流程中得知要由沉淀制得 Al 2 O 3 可推测出沉淀是铝的化合物）
[ 板书 ]NaAlO 2 +HCl+H 2 O==NaCl+Al(OH) 3 ↓
（问题五）流程中不是用 HCl ，而是通足量的 CO 2 酸化，反应后生成了什么？滤液的主要成分？
[ 学生 ] 甲：滤液的主要成分 Na 2 CO 3 ； 2NaAlO 2 +3H 2 O+CO 2 ==Na 2 CO 3 +2Al(OH) 3 ↓
乙：滤液的主要成分 NaHCO 3 ； NaAlO 2 +H 2 O+CO 2 ===Al(OH) 3 ↓＋ NaHCO 3
[教师]因为通足量的 CO 2 ， 所以产物应为 NaHCO 3 ，也可从 P63 问题解决得到提示。
（问题六）将过滤后的白色固体灼烧，发生什么反应？写出有关的化学方程式。
[ 学生 ]2Al(OH) 3 = Al 2 O 3 +3H 2 O
[ 教师 ] 分析了第一阶段，我们顺利提取了 Al 2 O 3 ，涉及反应请填入课本 P63 的“问题解决”。
【建议：教师在引导学生一步步探究时，可把每一步的主产物在阶段一下面逐一版书】
[ 板书 ](略)
[ 教师 ] 顺利提取了 Al 2 O 3 ，接下来怎么由氧化铝 --→铝？又是利用了什么原理？化合价是否发生变化？
[ 学生 ] 甲：发生了氧化还原反应，按流程提示用电解法制取。
[ 教师 ] 还有其他方法吗？
[ 学生 ] 乙：因为铝被还原，所以可以用较强还原剂来把铝还原出来。
丙：可以用加热法使其分解吗？
[ 教师 ] 大家已经分析出了 Al 2 O 3 --→ Al 必有化合价变化，是氧化还原反应，但能否用还原剂还原？此法可行吗？好不好？
[ 学生 ] 丁：据还原剂还原性〉还原产物，还原剂必须用很活泼金属才可以。
[ 教师 ] 是的， 19 世纪时，人们用钠熔融条件下还原出铝，但工艺复杂，钠本身也较难得到，当时铝很昂贵。而热分解法不适于制活泼金属，因为活泼金属氧化物很稳定，高温下也难分解。所以和钠、镁一样均采用电解法。
[ 板书 ] （ 2 ） Al 2 O 3 --→ Al
2Al 2 O 3 4 Al+3O 2 ↑
【指导学生阅读】化学史话
[ 教师 ] 早期用钠还原出铝，后来发展到用电解 Al 2 O 3 --→ Al ，但 Al 2 O 3 熔点高，熔化电解需大量的电能，所以铝的价格还很高，当时无法进行大量的化工生产，直到美国化学家霍尔发现冰晶石可以降低 Al 2 O 3 的熔点才使 Al 广泛投入生产，才使这种 19 世纪最昂贵的金属如“旧时王谢堂前燕，飞入平常百姓家”。但大家要知道，铝的需求是巨大的，而铝资源确是有限的，所以大家要从身边的小事做起，随手捡起到处乱扔的易拉罐。
【再次让学生感受科技造福人类，提高学生的环保意识。】
[ 教师 ] 了解了从铝土矿中冶炼铝的工艺流程，也探究了 Al 2 O 3 的一些性质，它是一种重要的氧化物，接下来我们在一起回顾一下它的性质。
（师生共同归纳）
[板书]三、氧化铝的性质：
1、物性：
2、化性：a.与酸反应： Al 2 O 3 +6HCl ==2AlCl 3 +3H 2 O
b.与碱反应： Al 2 O 3 +2NaO H==2NaAlO 2 +H 2 O
c.两性氧化物:
3、是电解质，熔融条件下可电解。
【氧化铝的性质是本节的重点，加深学生的理解】
四、案例评析：
本案例的设计从多媒体展示铝在高科技的应用，引导学生思考铝在生产生活中的其它应用，可使他们对铝及其化合物产生浓厚兴趣，教师不失时机的提出铝的来源不是现成的，而是从自然界中含量较多的铝土矿提取的。围绕工业提取铝的生产流程层层设疑，启发学生分析、思考、并实验验证自己的推断，这种提出假说再验证的方法是科研常见的方法，效果不错。
本节教材编写改变了以往从物性 ----化性----用途----制备的传统教学方法，而改用从制备流程中发现问题----寻找问题答案----获得知识。其目的是激发学生的探究欲，学会从多角度获取知识的方法，教学中应该把握好这种安排的目的。
在学生探究过程中我尽量采取边设问、边启发、边探究的方法。因为多数学生基础一般，若集中所有问题全盘抛出，学生很难按一定次序逐一探究而变得无所适从，那就可能使得探究课无法顺利进行。
本节课的主要活动在于学生探究提取铝的工艺，在探究时要求学生忽略杂质二氧化硅是基于学生还没有全面的二氧化硅和氢氧化铝的知识，若贸然介绍未免就有些喧宾夺主了，至于优化提取铝的工艺流程会在以后学习中再次提出，到时也相当于一次复习了。