黃愛民

[摘 要]

初步了解工業(yè)冶鋁過程，鞏固鋁及其化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關系，通過對人類冶鋁的歷史線索的探尋，努力開發(fā)其中蘊含的過程方法和科學態(tài)度及科學素養(yǎng)，促進學生認識發(fā)展及為探究學習奠定基礎。

[關鍵詞]

鋁冶煉簡史;認識發(fā)展;學案

2014年6月第6版的蘇教版《化學1》必修教材，將原本置于“鋁”和“鋁的常見化合物”之前的“從鋁土礦中提取鋁”調(diào)整到置于它們之后，這一調(diào)整解決了“從鋁土礦中提取鋁”置前學習時缺乏有關鋁及其化合物知識基礎的問題，既為學習“從鋁土礦中提取鋁”提供了方便，同時也為鋁及其化合物知識的應用提供了真實的情境;也就是說調(diào)整為“從鋁土礦中提取鋁”的探究學習奠定了知識基礎。

一、設計思考過程

新編排使原先教學設計中的一些內(nèi)容不再合適，如：以“讓學生體會鋁在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中應用”為立意所設計的各種導入，因在前面“鋁”的學習中已被用過而不宜再用;氧化鋁的兩性及氫氧化鋁與偏鋁酸鈉和鋁鹽的轉(zhuǎn)化關系無需再補充等;因此直觀的感覺是：內(nèi)容簡單，一課時的時間太充裕了。那么該如何面對新情況進行教學設計呢？有兩種取向：①新授“從鋁土礦中提取鋁”+“鋁”和“鋁的常見化合物”的復習②改變學習方式，通過深入的學習“從鋁土礦中提取鋁”，促進學生認識發(fā)展;筆者選擇了第二種取向。接下來問題便聚焦到：①學生學習“從鋁土礦中提取鋁”的知識基礎是怎樣的？此時學生己學過鈉、鎂、鐵、銅的冶煉，對金屬的還原劑法和電解法冶煉有了一定的認識，而鋁及其化合物的知識則是剛剛學過，這為理解由鋁土礦提取氧化鋁的化學過程提供了條件。②以“從鋁土礦中提取鋁”為載體可以在那些方面促進學生認識發(fā)展？知識方面，主要是在運用中深化對“鋁元素存在及鋁的化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關系”的認識;過程和方法方面，通過對鋁冶煉簡史學習，首先是可以加深對金屬冶煉方法的概括性認識，其次是可以加深對發(fā)明過程中邏輯思維與創(chuàng)新思維相輔相成關系的認識;情感態(tài)度價值觀方面，首先是可以通過科學家的具體行為加深對科學態(tài)度、科學素養(yǎng)的認識，其次是可以通過鋁冶煉方法進步對人類生活的改變及鋁回收，加深學生對化學學科價值的認識。③與這些促進學生認識發(fā)展目標相匹配的學習方式、學習過程是怎樣的？由于本節(jié)內(nèi)容中知識層面要求不高，主要是理解并表達工業(yè)流程中相應的化學反應，學生也有相應的知識基礎，故從知識層面講采用問題引導下的自主學習是可行的;對于要求學生通過對鋁冶煉簡史學習，達到在方法層面體會人類鋁冶煉方法二次進步歷程及其對人類生活的改變，是比較困難的，首先需要調(diào)用學生在金屬冶煉方面已有知識，做冶煉方法層面引導，其次還要補充與冶煉相關的氯化鋁、六氟合鋁酸鈉的性質(zhì)信息，為學生理解冶煉方法二次進步中的困境及其突破做好知識層面的支持;最后還需要設計一些問題啟發(fā)學生對提供的鋁冶煉簡史進行深入的思考;為了達成較為全面理解鋁冶煉簡史之目的，需要集思廣益，因此學習時宜采用自主閱讀、小組討論、交流展示的學習方式。

二、形成的學案

[學習目標]

①通過閱讀教材了解鋁元素在地殼中的含量、主要存在形式;

②通過分析鋁冶煉簡史材料，體會鋁冶煉方法進步的關鍵及其對人類生活的改變;

③運用己知的“鋁的化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關系”等知識，理解從鋁土礦提取鋁的化學原理。

[學習活動]

活動1：尋找樣例，由此及彼

1.鈉、鎂均用電解法冶煉，鐵、銅均用還原劑法冶煉，鋁冶煉該用何法？為什么？

（設計意圖：調(diào)用學生在金屬冶煉方面已有知識，做冶煉方法層面引導。學習方式：小組討論、交流展示）

2.地殼中鋁元素的含量如何？鋁元素以什么形式存在？

（設計意圖：使學生明確金屬冶煉的起點。學習方式：回憶、看課件，展示完成的學案）

活動2：閱讀鋁冶煉簡史，體會冶鋁方法進步的關鍵及對其人類生活的改變

（基于“想法與困境”和“對人類的貢獻”兩個問題的開放性，就整個簡史一次呈現(xiàn)全部討論會過于復雜，時間上也難以保證重點，故采用依格分步投影逐步研讀討論交流的方法，并在整個簡史學完時歸納小結）

活動3：運用已知，理解工業(yè)冶鋁的化學原理

通過前面的學習我們已知：①鋁元素是地殼中含量最多的金屬元素，占地殼總量的7.73%;鋁元素在地殼中的主要存在形式之一是鋁土礦，它的主要成分是Al2O3（注：有少量雜質(zhì)）;②借助冰晶石可以實現(xiàn)電解氧化鋁制鋁;因此工業(yè)冶鋁過程可分為兩大部分：獲得純度較高的氧化鋁和電解氧化鋁。請先在下面流程圖中將電解氧化鋁部分表示出來，然后再運用已知的“鋁的化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關系”等知識完成其余部分，并完成下面表格。

從鋁土礦中提取鋁的工藝流程圖

表：理解工業(yè)冶鋁的化學原理

[步驟＼&目的＼&化學反應方程式＼&溶解＼&得到______溶液＼&＼&過濾＼&除去____ ＼&＼&酸化＼&得到______沉淀＼&（易錯點是： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?）＼&過濾＼&得到純氫氧化鋁固體＼&＼&灼燒＼&得到高純度____＼&＼&電解＼&得到______＼&＼&]

活動4：綠色理念，鋁的再生

資料：再生鋁又稱二次鋁。廢鋁是目前廢物中最有價值的材料，現(xiàn)在世界每年從廢鋁回收的鋁量約為400萬噸，相當于每年鋁產(chǎn)量的25%左右。與以鋁土礦為起點相比，生產(chǎn)1噸再生鋁能耗僅為新鋁的2.6%，并節(jié)省10.5噸水，少用固體材料11噸，比電解鋁時少排放CO291%，少處理廢液、廢渣1.9噸。

看了以上資料，你想到什么？說出1點即可。

（預設：由于材料簡單，擬采用閱讀后提問的方式，最后歸納）

歸納小結

①冶鋁簡史中的化學路徑及反應

提出電解冶鋁的想法→用鉀、鈉與無水氯化鋁反應置換出鋁→用冰晶石助熔實現(xiàn)電解氧化鋁制鋁

②工業(yè)冶鋁的工藝流程與反應

鞏固練習

對比一下鎂和鋁的提取，看有沒有相似之處？

三、兩個遺存的問題

在教學設計及教學過程中也發(fā)現(xiàn)了一些難以把握和處理的問題，現(xiàn)摘要兩問，以求大家共同研究（1）對于復雜的化學史實，如何合理地簡化，使之成為適合中學生的學習素材？本課的采用的是提供信息幫助學生的方法，但信息給予有時可能會違背史實的時空順序，即當時的化學家們并不知道這些知識，這算不算是用史學習中的作偽？（2）真實的、復雜的化工生產(chǎn)過程中，往往隱含有大量中學生還不能理解的化學、化工過程，如本節(jié)教材“由鋁土礦中提取氧化鋁”，實際上只介紹主流工藝之一拜耳法，而另兩種主流工藝堿石灰燒結法、拜耳-燒結聯(lián)合法并未介紹，且就是拜耳法也回避了二氧化硅除去原理，實際上這樣的簡化曾使不少老師和學生對該工藝心存疑慮，甚至有教師據(jù)此認為該工藝沒有能除去二氧化硅，進而要求學生探究改進該工藝;其實對該工藝的簡省還帶來了其他一些問題，如：①誤認為之所以使用CO2而不用鹽酸（或硫酸）是因為后者為強酸，過量時會溶解氫氧化鋁②因雜質(zhì)不明，對為何先堿后酸而不先酸后堿無法進行全面的分析;由此看來怎樣合理的簡化化工生產(chǎn)過程？以及對教材中己經(jīng)簡化的化工生產(chǎn)過程如何使用？都是急需解決的問題。

[參 考 文 獻]

[1]王祖浩，吳星.高中化學教學參考書化學1（必修）[M].南京：江蘇教育出版社，2007.

[2]王祝堂，熊慧.拜耳法提取氧化鋁[J].輕合金加工技術，2013（11）.

[3]王祝堂，熊慧.燒結法與聯(lián)合法提取氧化鋁[J].輕合金加工技術，2014（2）.

[4]吳星，呂琳，張?zhí)烊?中學化學疑難辨析[M].南京：江蘇教育出版社，2012.