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篇1

關鍵詞：提取鋁的工業流程；能量變化；電價優惠；節能減排；教學設計

文章編號：1005-6629（2013）3-0034-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 教學設計思想

本課是蘇教版《必修1》專題3第一單元“從鋁土礦中提取鋁”。由于電解鋁是已知工業品生產中耗電量最大的，電力成本占到生產成本的30%～40%，國家的電價優惠是電解鋁工業發展的基礎，所以一定要讓學生充分認識該工業高耗能的特征，于是能量的綜合利用成為設計本課的一個初衷，也是貫穿課堂的主線之一。通過專題2中鎂的提取流程的學習，學生已經對工業流程的分析有了初步的認識，如何在此基礎上進一步提高學生對工業流程分析和設計的能力是筆者考慮的另外一個角度，同時為后續鐵、銅的獲取的學習埋下伏筆。于是就把解讀流程、改進流程、創新流程作為了本課的另外一條主線。

2 教學目標

（1）知識與技能：了解鋁元素的存在、含量及鋁的用途；理解從鋁土礦中提取鋁的化學原理；學會用化學流程圖表示和描述工藝操作及物質變化的過程。

（2）過程與方法：解讀鋁土礦制備鋁的工藝流程，培養自主學習的能力；通過對流程的完善，學會分析化工流程的一般方法；通過對新流程的設計，培養學生創新思維，提升問題探究的能力；通過實驗驗證物質的性質，提高實驗操作能力。

（3）情感態度與價值觀：通過方案解讀、驗證、改進、創新等活動培養探究的科學精神和嚴謹的科學態度；從煉鋁方法的發展，體驗化學科學的發展對人類生活的影響；通過對最大耗能工業的分析，引導學生關注社會熱點，對與化學相關的生產生活問題做出合理分析。

3 教學設計及流程

3.1 教學流程

3.2 自主學習

（1）通過查找相關資料，了解鋁及其合金的用途、鋁的冶煉發展史。

（2）知識準備：金屬鈉和鎂的冶煉方法、鎂的提取的化工流程。

3.3 課堂教學

3.3.1 鋁的存在、含量、用途

[引課]鋁的存在、含量、用途。

2010年12月21日1 kg鋁和黃金的期貨價格分別為16.2元、29.6萬元；1kg鋁的價格從1854年的1200盧布變化到了19世紀的1盧布。

[設問]既然鋁元素在地殼中含量大，為什么19世紀中葉以前金屬鋁貴過黃金？19世紀末又發生了什么？

[介紹]霍爾發現電解鋁的過程。

設計意圖：用地殼中鋁元素的豐富、現實的便宜與曾經的昂貴造成認知沖突，引發學生思考，為尋找鋁冶煉的難處做好伏筆，同時也體會化學的發展對人類生產、生活發展的作用。

3.3.2 從鋁土礦中提取鋁的“流程解讀”

[過渡]雖然霍爾推動了電解鋁工業的發展，但是至今電解鋁工業還是有一個很大的缺憾：高耗能。電解鋁是典型的高耗能工業，在所有工業產品中耗電量最大。所以我們今天從提煉鋁的物質變化中去了解其耗能大戶的特點。

[問題情境1]電解鋁在所有工業產品中耗電量最大，每生產1噸鋁的耗電量就高達1.5萬度。自2010年6月1日起，國家繼續明確對大型電解鋁企業實行優惠電價0.3元/度。每噸鋁的總生產成本是15000元左右。

[學生活動1]算一算：耗電成本約占鋁生產成本的比例。

[提問]電能消耗一般占成本的30%～40%，那么這些電能都消耗在了哪些環節？請大家閱讀下圖（蘇教版《必修1》P64），先了解一下從鋁土礦中制備鋁的工藝流程。

[學生活動2]學生閱讀，提出困惑，指導解決。

設計意圖：讀懂整個流程，提出疑問。

[過渡]流程中有兩個反應沒有學過，請你按下表中的操作驗證一下。

[學生活動3]學生分組實驗；學生匯報。

設計意圖：驗證反應，并感受兩個反應熱量變化不大，為下一步能量綜合分析做準備。

[學生活動4]根據課本介紹和實驗現象，寫出相關化學方程式，展示、點評。

[提問]認識了流程中的物質變化，下面請大家分析一下流程中的能量變化，看看哪一步耗能最大？

[學生活動5]找一找：學生討論、學生分析。

設計意圖：掌握流程中的能量變化和物質變化，為下一步流程中能量和物質綜合利用的分析做準備。

[小結]能量分析：第一步礦石的粉碎需電能；第二步鼓入CO2需電能；第三步反應加熱需熱能；第四步加熱需熱能，電解需電能。

設計意圖：使學生對整個流程中的能量消耗有一個全面的認識。

[總結]一、從鋁土礦中提取鋁的工藝流程

（1）流程：兩個階段（提純和冶煉）。

（2）反應原理：四個反應。

（3）能量分析：電解氧化鋁步耗能最大氧化鋁熔點高加冰晶石可降低熔點。

設計意圖：使學生對流程形成一個完整的認識。

3.3.3 從鋁土礦中提取鋁的“流程改進”

[過渡]我們了解了提取鋁的物質變化、能耗情況后發現，幸虧霍爾引入了冰晶石，否則能耗還更大，但即使是這樣，如果不是國家給的優惠電價，電解鋁行業仍是無法生存的，特別是中小企業。

[問題情境2]到2010年，我國萬元國內生產總值能耗由2005年的1.22噸標準煤下降到1噸標準煤以下，降低20%左右，已完成了十一五規劃的節能目標。自2010年6月1日起，國家明確對淘汰類和限制類企業，取消優惠電價，實行1.0元/度。據第一財經日報2010年10月27日消息：電解鋁行業受沖擊最大，各地鋁廠在過去的五年中紛紛開展了配套流程升級換代。

[學生活動1]算一算：取消優惠電價，耗能約占鋁生產成本的比例。

[提問]如果你是鋁廠工程師，對這套經典流程可以做哪些改進？

[學生活動2]改一改：能量的綜合利用（學生討論、匯報方案）；物質的綜合利用（學生討論、匯報方案）。

[點評]主要是第三、四步的廢熱可以回收利用，轉化為電能；把一些物質作為副產品或者是建構物質循環。

設計意圖：取消優惠電價后電價成本已經占成本的100%，進一步讓學生感受其耗能大戶的特點，同時引導學生對現有流程從物質和能量綜合利用兩個角度進行分析，提高學生的分析問題能力。

[總結]二、工業流程常見的綜合利用：能量的綜合利用節能；物質的綜合利用減排。

設計意圖：在方法層面提升學生的認識。

3.3.4 從鋁土礦中提取鋁的“流程創新”

[過渡]但是國家對高耗能工業的忍耐是有限的，已經對徹底取消高耗能企業電價優惠給出了時間表。很多有實力的企業紛紛加大對提取鋁的新方式的研究。

[問題情境3]隨著資源價格越來越高，特別是低碳生產與生活的追求，高耗能的提取鋁的方式越來越顯出它的弊端。我國“十二五”規劃中節能減排的決心更為凸顯，國家十一五期間已經加快了電解鋁行業的關停并轉，光是2010年前七個月就已淘汰落后產能電解鋁企業達到17家。很多有實力的企業紛紛加大了對提取鋁的新方式的研究。假如你是一位科研人員，請你思考設計一些從鋁土礦中提取鋁的新思路或者提出一些新的研究方向。（可以用物質轉化流程表示）

[學生活動]設計方案、匯報方案、評價方案。

設計意圖：運用本課剛學的流程分析和綜合利用分析的一般方法設計新的思路，培養學生綜合創新的能力。

[引導準備]可從礦石中提純、冶煉兩個方面去思考；冶煉方法選擇可類比學過的金屬冶煉；提供學生需要的含鋁物質的性質。

設計意圖：通過分析、設計、評價激發學生學習更多鋁及其化合物性質的激情，為本單元后兩課時的學習做準備。

[總結]三、設計提取金屬的工業流程的一般思路：冶煉方法選擇（依據金屬活動性）物質提純（依據物質性質）綜合分析（從物質和能量綜合利用兩個角度）。

設計意圖：提升學生對分析和設計金屬提取工業流程的方法的認識。

3.3.5 課堂總結

從鋁土礦中提取鋁的工業流程；提取金屬工業流程設計的一般思路。

設計意圖：從知識和方法兩個方面對課堂進行總結，進一步完善學生對提取金屬鋁的工業流程的認識。

4 教學反思

4.1 課堂回顧

課堂上學生積極主動，思維活躍，參與度很高，學生的表現讓筆者明顯感受到三維目標基本達成，他們學到了從鋁土礦提取鋁的知識，通過解讀流程、改進流程、創新流程切實提升了閱讀、分析、設計工業流程的能力，能量綜合利用這一主線強化了他們珍惜資源、愛護環境、合理使用化學物質的觀念，順利地把學生的視線引向了與化學有關的社會問題、國家政策，初步形成了主動參與社會決策的意識；教學設計得以順利實施，提取鋁及其化學工藝流程圖這一重點充分突出，化工流程的分析和設計這一難點得以有效突破；整節課比較流暢、緊湊，但是時間偏緊，拖堂三分鐘。

4.2 原因分析

4.2.1 成功之處分析

選擇化學史和生產生活實際引入使學生興趣盎然；抓住鋁冶煉工業是耗電大戶的特點、高耗能工業的國家政策展開課堂的教學，學生感到非常特別、新穎；流程學習因為有了鹵素、鎂的提取的基礎，學生具備了―定的流程分析能力。

4.2.2 不足之處分析

本課最大的不足是時間緊，究其原因，首先是引課時在鋁的用途、含量處用時過多，這些內容是為了激發興趣、引發沖突，但是難度不大，用時6分鐘偏多；其次流程解讀板塊中增加了兩個學生驗證性分組實驗，兩個實驗是為了驗證流程中涉及的兩個新學反應，為后續分析、改進作鋪墊，但讓學生分組實驗、匯報、分析，用時過多；再有就是第三板塊創新流程要求比較高，以學生的基礎，需要更多時間思考。

4.2.3 改進思考

（1）第一個不足的改進方案：既然鋁的用途、含量學習起來比較容易，可以更多地放在自主學習中，讓學生在課前完成，課堂上的引課用2～3分鐘即可。

（2）第二個不足的改進方案：由課程標準和教材安排來看，沒有這兩個實驗的安排，可見本課重點是側重在工業流程的學習，所以上完之后筆者有以下兩個改進思路：

①兩個新學反應的物質變化和能量變化以信息形式告知學生。

②改學生分組驗證實驗為教師課堂演示，對于溫度變化可以采用DIS系統進行數據采集，通過投影清晰顯示，教學效果也應不錯。

（3）第三個不足的改進方案：