王小文 徐 惠 陳 凱

（1 南京曉莊學(xué)院教師教育學(xué)院 江蘇 南京 211171；2 江蘇省蘇州中學(xué) 江蘇 蘇州 215007）

一、教學(xué)設(shè)計(jì)分析

本節(jié)內(nèi)容選自蘇教版高中化學(xué)必修1 專(zhuān)題2 第二單元，包括鎂的提取和應(yīng)用、鎂的性質(zhì)兩部分內(nèi)容，本設(shè)計(jì)將鎂的性質(zhì)貫穿于鎂的提取及應(yīng)用中。 本節(jié)內(nèi)容在教材中的篇幅雖然比較短，但是與生產(chǎn)生活緊密聯(lián)系，值得從工業(yè)價(jià)值中挖掘其對(duì)人類(lèi)文明的發(fā)展意義；但作為高中階段典型的金屬制備方法更值得去關(guān)注其中的學(xué)科觀(guān)念和學(xué)科知識(shí)。

該單元位于“從海水中獲得的化學(xué)物質(zhì)”章節(jié)，意在從海水中以化合態(tài)普遍存在的豐富元素中轉(zhuǎn)化出有用的單質(zhì)或其它化合物，第一單元中已經(jīng)從非金屬及其化合物的角度了解了海水中提取的氯、溴、碘等鹵素及其化合物，而本單元?jiǎng)t需要從金屬及其化合物角度考慮鎂的提取；學(xué)生在第一單元學(xué)到電解飽和食鹽水制取氯氣的方法，對(duì)于本單元鎂提取的原理補(bǔ)充了新的角度，同時(shí)海水中提取溴和碘的富集思路可以類(lèi)比遷移到鎂的提取；當(dāng)然氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)作為理論基礎(chǔ)，需要在鎂提取的過(guò)程分析中應(yīng)用。 對(duì)于高一學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們的思維從經(jīng)驗(yàn)型邏輯思維逐步向抽象思維轉(zhuǎn)化，但對(duì)本節(jié)內(nèi)容滲透的變化觀(guān)不易體會(huì)和建構(gòu)，需要教師的引導(dǎo)。 不過(guò)我們不準(zhǔn)備局限在海水作為提取鎂的原料，而是以更加開(kāi)闊的視野去關(guān)注鎂元素的轉(zhuǎn)化。 其實(shí)學(xué)生對(duì)鎂單質(zhì)的性質(zhì)并不陌生，在初三就已經(jīng)知道鎂與氧氣、酸的化學(xué)反應(yīng)，并且和鐵可以類(lèi)比； 但是鎂作為比鐵更為活潑的金屬，是否可以遷移煉鐵的反應(yīng)呢？ 我想這就是學(xué)生普遍存在的前概念，應(yīng)該在教學(xué)中防止學(xué)生在此進(jìn)行錯(cuò)誤的遷移。 在選擇不同原理和原料時(shí)，通過(guò)類(lèi)比討論有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)到物質(zhì)轉(zhuǎn)變的多樣化途徑，也有利于體驗(yàn)科學(xué)為本、經(jīng)濟(jì)節(jié)約的化學(xué)應(yīng)用觀(guān)念。

在此設(shè)計(jì)中，我們呈現(xiàn)出鎂元素存在于不同形態(tài)的物質(zhì)中，學(xué)生可以體驗(yàn)物質(zhì)的多樣性；剖析鎂的提取原理時(shí)， 從不同角度了解高價(jià)態(tài)鎂到單質(zhì)鎂的變化，逐步建構(gòu)變化觀(guān)。 當(dāng)學(xué)生把關(guān)注轉(zhuǎn)化關(guān)系內(nèi)化為一種思想，把從價(jià)態(tài)和物質(zhì)類(lèi)別變化的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)和反應(yīng)內(nèi)化為一種思想和方法時(shí)，學(xué)生就找到了高中階段學(xué)習(xí)元素化合物的一般方法［1］。 在鎂的真正提取過(guò)程中，結(jié)合實(shí)際技術(shù)應(yīng)用，綜合考慮原料選擇和除雜問(wèn)題，提升學(xué)生全面思考問(wèn)題的能力的同時(shí)，讓他們了解化工生產(chǎn)流程，體會(huì)化學(xué)知識(shí)對(duì)開(kāi)發(fā)自然資源的重要作用。

另外，本設(shè)計(jì)還試圖融入化學(xué)史和科技新聞。 回顧化學(xué)史有利于培養(yǎng)科學(xué)思維方式，體驗(yàn)科學(xué)家的智慧和魅力；而分析、評(píng)價(jià)科技新聞則有利于引領(lǐng)學(xué)生學(xué)以致用，將化學(xué)視角投向化學(xué)知識(shí)對(duì)于社會(huì)的應(yīng)用價(jià)值，也體現(xiàn)化學(xué)學(xué)習(xí)與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展性。

二、教學(xué)目標(biāo)

［知識(shí)與技能］

1. 通過(guò)探索海水中鎂提取的一般步驟，掌握從海水中提取鎂的一般步驟和原理。

2.了解鎂在日常生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

3.通過(guò)以氧化還原反應(yīng)分析制取鎂的原理，學(xué)生了解制備單質(zhì)鎂的原理。

［過(guò)程與方法］

1.通過(guò)類(lèi)比方法剖析從海水中提取鎂的一般步驟和原理，了解從自然界中獲得物質(zhì)的途徑，感受化學(xué)的魅力。

［情感、態(tài)度與價(jià)值觀(guān)］

1. 以鎂的工業(yè)制取為載體， 了解化學(xué)與社會(huì)、生活、生產(chǎn)的密切聯(lián)系，建構(gòu)化學(xué)價(jià)值觀(guān)。

2.從具體的物質(zhì)反應(yīng)學(xué)習(xí)入手，逐步建構(gòu)多樣的化學(xué)變化觀(guān)念。

三、教學(xué)過(guò)程

第一階段：基于學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)鎂在自然界的

存在及用途。

［提出問(wèn)題］談?wù)勀銈儗?duì)鎂有哪些認(rèn)識(shí)？

［學(xué)生活動(dòng)］暢所欲言，表述已有學(xué)習(xí)中對(duì)鎂的了解。

［情景素材］ 全球直接利用海水作為工業(yè)冷卻水總量每年約6000 億立方米左右， 替代了大量淡水資源， 海水淡化后排出的濃海水又是質(zhì)優(yōu)的化學(xué)資源，全世界每年從海洋中提取鎂及氧化鎂260 多萬(wàn)噸，到2015 年全國(guó)的海水淡化規(guī)模將達(dá)到每天220 萬(wàn)～260萬(wàn)立方米， 若將副產(chǎn)的濃海水資源的80%加以利用，250 萬(wàn)噸鎂鹽材料，科學(xué)家估算，海水當(dāng)中的氧化鎂至少夠全世界消耗30 萬(wàn)年。

［情景提問(wèn)］

1. 以上這些數(shù)據(jù)能說(shuō)明什么？

2. 人類(lèi)社會(huì)在4000 多年前就已經(jīng)進(jìn)入了銅器時(shí)代，在2000 多年前進(jìn)入了鐵器時(shí)代，為什么再近200年人們才發(fā)現(xiàn)鎂呢？

3. 金屬鎂單質(zhì)有什么用？

［學(xué)生活動(dòng)］討論

［情景素材］據(jù)英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》報(bào)道，日前有歐美科學(xué)家正在拓寬他們的新能源思維，將目光鎖定在一種此前從未被關(guān)注的物質(zhì)之上——金屬鎂，認(rèn)為它有可能成為新能源的一種替代品。 而美國(guó)加州理工大學(xué)的安德魯·肯德勒則另辟蹊徑， 利用鎂燃料和液體反應(yīng)生成氫氣，后者可作為燃料電池的能源，反應(yīng)生成的氧化鎂則是一種相對(duì)無(wú)害的物質(zhì)。

（設(shè)計(jì)意圖：將情境和問(wèn)題拋給學(xué)生思考和討論，引領(lǐng)他們?cè)陉P(guān)注自然界中不同形態(tài)的鎂時(shí)，自己意識(shí)到制取鎂的意義，激發(fā)學(xué)習(xí)本課的熱情）

［過(guò)渡］自然界中鎂多以化合態(tài)存在，如何才能制取單質(zhì)鎂呢？

第二階段：氧化還原反應(yīng)規(guī)律的運(yùn)用—探究從鎂的化合態(tài)中提取游離態(tài)鎂的原理及可能的途徑。［5］

［情景素材］追尋歷史

1. 1808 年， 英國(guó)人戴維使鉀蒸汽通過(guò)熱的白鎂氧（即氧化鎂）并用汞提取被還原的鎂。 他還用汞做陰極電解了硫酸鎂、苦土（氧化鎂），首先發(fā)現(xiàn)了鎂。［2］

2. 1828 年， 法國(guó)科學(xué)家布西用金屬鉀熔融無(wú)水氯化鎂，第一次得到了真正純的鎂。［3］

［提出問(wèn)題］從以上提供的信息分析，先人們?cè)谥奇V的方法中包含了哪些化學(xué)原理？

［學(xué)生活動(dòng)］討論交流

［教師評(píng)價(jià)］在化學(xué)史上，電池的發(fā)明為元素的發(fā)現(xiàn)提供了便利，一直以來(lái)人們最先發(fā)現(xiàn)的都是一些比較穩(wěn)定的物質(zhì)，比如鐵和銅，活潑金屬的發(fā)現(xiàn)則得益于電池的發(fā)明，戴維利用電池發(fā)現(xiàn)了鎂、鈣、鍶、鋇等活潑金屬，在金屬活動(dòng)性順序表中，鎂緊隨鈉之后，比較活潑，用活潑性金屬還原比較困難，所以電解法為鎂制備的首選方法。

［提出問(wèn)題］先人在獲取鎂單質(zhì)時(shí)受到當(dāng)時(shí)條件的限制，不能大規(guī)模的生產(chǎn)金屬鎂，那么在科技日新月異的今天，我們可以通過(guò)哪些原理方法制取單質(zhì)鎂？ 請(qǐng)同學(xué)們思考初中時(shí)我們見(jiàn)識(shí)過(guò)哪些制備金屬單質(zhì)的方法，類(lèi)比得出制備單質(zhì)鎂的方法，寫(xiě)出類(lèi)比依據(jù)。

［討論交流］整理得出如下方法：

［教師引導(dǎo)］從以上整理的這些方案中，你覺(jué)得得到單質(zhì)鎂的過(guò)程有什么共同的特點(diǎn)？

（設(shè)計(jì)意圖：采用類(lèi)比總結(jié)，分析四種不同的金屬單質(zhì)制備方案并分析它們的共性，引領(lǐng)學(xué)生從化合物中鎂的常見(jiàn)價(jià)態(tài)分析轉(zhuǎn)變成鎂單質(zhì)的核心思路，在氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用分析中逐步強(qiáng)化化學(xué)變化觀(guān)）

［提出問(wèn)題］方案1，2Na＋2H2O＝H2＋2NaOH，鎂在金屬活動(dòng)性順序表中僅次于鈉， 它們都是活潑性金屬，按照這樣的推理，鎂和水也會(huì)反應(yīng)生成氫氣和氫氧化鎂，這不是與方案1 矛盾了嗎？ 你能說(shuō)說(shuō)你是怎么思考的嗎？ 如何驗(yàn)證？

［教師實(shí)驗(yàn)］將打磨過(guò)的鎂條投入熱水中，滴加2滴酚酞。

［提出問(wèn)題］ 類(lèi)比鈉和水的反應(yīng)我們知道這種氣泡是氫氣，酚酞變紅是因?yàn)橛蠴H－生成，根據(jù)推測(cè)還應(yīng)該有氫氧化鎂白色固體產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)卻沒(méi)有這樣的現(xiàn)象，這是為什么？

［引導(dǎo)提問(wèn)］為什么氫氣能還原氧化銅，偏偏不能還原氧化鎂呢？ 你能從氧化還原的角度解釋嗎？

［情境問(wèn)題］方案2 中CO 是常見(jiàn)的還原劑，而且CO 和Fe2O3反應(yīng)原理也是高爐煉鐵的重要原理，如果CO 也能夠還原出氧化鎂中的單質(zhì)鎂， 寫(xiě)出可能的反應(yīng)方程式。

［新聞鏈接］ 從民網(wǎng)天津視窗2011 年9 月30 日電：28 日22∶00 左右，在天津市北辰區(qū)雙口鎮(zhèn)線(xiàn)河村，一生產(chǎn)鎂合金的工廠(chǎng)在加工鎂錠時(shí)， 不慎將鎂引燃，好心的路人想用泡沫滅火劑幫助滅火卻被消防員拒絕。［4］

［資料卡片］泡沫滅火劑工作時(shí)產(chǎn)生二氧化碳。

［提出問(wèn)題］ 為什么消防員拒絕用泡沫滅火器滅火，難道是二氧化碳可以支持鎂的燃燒？

［演示實(shí)驗(yàn)］ 在充滿(mǎn)二氧化碳的集氣瓶上蓋上鐵絲網(wǎng)，將鎂條在鐵絲網(wǎng)上戳進(jìn)集氣瓶中

［提出問(wèn)題］

1.有什么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？

2.生成物中除了有氧化鎂，另一種產(chǎn)物是什么？能不能是氧氣？ 請(qǐng)從元素以及氧化還原的角度分析。

［提出問(wèn)題］ 鎂跟二氧化碳的反應(yīng)與我們的預(yù)測(cè)相矛盾，如何解釋?zhuān)?/p>

［交流討論］ 反應(yīng)都是朝著更加穩(wěn)定的方向進(jìn)行的。

［教師講述］ 在初中我們還接觸過(guò)一種還原劑焦炭，氧化鎂和碳的確是可以發(fā)生發(fā)應(yīng)的，碳來(lái)源很豐富，燃燒還能提供熱量，可是工業(yè)上一般不采用這工藝，為什么呢，談?wù)勀愕目捶ā?/p>

［提出問(wèn)題］方案3，可以用硫酸鎂溶液和金屬鈉制取鎂嗎？

［教師引導(dǎo)］假設(shè)現(xiàn)在把溶液里的水全部蒸發(fā)掉，就用硫酸鎂固體和金屬鈉反應(yīng)，你試想這樣的效果好嗎？ 有什么方法可以改進(jìn)？

［教師總結(jié)］ 金屬鈉熔融硫酸鎂制取鎂的方法和科學(xué)家布西制取鎂的思路是一樣的，但不能用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

［教師講述］ 方案4 是拉瓦錫發(fā)現(xiàn)氧氣的經(jīng)典反應(yīng)，按理只要給足夠的能量讓鎂和氧分開(kāi)就行，可單是加熱還是不能提供反應(yīng)所需要的能量，那我們可以模仿戴維電解氧化鎂。 那為什么這種方法仍然不能滿(mǎn)足要求呢？

［學(xué)生猜測(cè)］可能消耗大量電能，不劃算。

［引導(dǎo)追問(wèn)］如果真的像同學(xué)們猜的那樣，電解氧化鎂需要消耗很多的電能，這又說(shuō)明什么？

［多媒體呈現(xiàn)］

表1 不同物質(zhì)的熔點(diǎn)［5］

［提出問(wèn)題］因?yàn)檠趸V的熔點(diǎn)高，電解消耗電能大，不經(jīng)濟(jì)，那是否可以找熔點(diǎn)較小的物質(zhì)電解呢，哪個(gè)比較合適？

［提出質(zhì)疑］ 如果電解熔融MgCl2可以得到金屬鎂和氯氣，可是我們之前就知道鐵和氯氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)可以得到三氯化鐵，那生成的鎂和氯氣不就也能繼續(xù)反應(yīng)生成氯化鎂了嗎？

［教師總結(jié)］ 這些方案的共同點(diǎn)都是鎂從高價(jià)變到低價(jià)，被還原，我們需要從氧化還原的角度去分析它們之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

（設(shè)計(jì)意圖： 一開(kāi)始結(jié)合人類(lèi)探索鎂及其變化的歷史，學(xué)生總結(jié)先人們制取鎂時(shí)的探究思想，促進(jìn)學(xué)生形成科學(xué)的探究精神和世界觀(guān)。 通過(guò)類(lèi)比的方式總結(jié)出4 種不同的制取方案，并從不同角度分析4 種制方案的優(yōu)劣，讓學(xué)生意識(shí)到物質(zhì)變化的多途徑，并緊扣從高價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化為低價(jià)態(tài)這一變化的過(guò)程，學(xué)生體會(huì)其中的變化觀(guān)，同時(shí)也可以增強(qiáng)學(xué)生知識(shí)遷移能力。 ）

［過(guò)渡］ 剛剛我們只是探討得出了制備金屬鎂的原理，在實(shí)際的生產(chǎn)生活中需求大量的鎂，而自然界又不可能提供如此多的現(xiàn)存的氯化鎂，在工業(yè)上是如何大量獲取鎂的呢？

第三階段：現(xiàn)代的生產(chǎn)—引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)探究海水中提取鎂的思考過(guò)程和方法。

［提出問(wèn)題］1.從元素角度看，哪些物質(zhì)可以作為生產(chǎn)鎂的原料呢？

2. 海水中有哪些離子，如何才能將鎂離子與他們區(qū)分開(kāi)來(lái)？

3.海水中有如此多的離子，而我們只需要Mg2＋，有何種方法可以分離出Mg2＋呢，需要把雜質(zhì)逐一除去嗎？

［多媒體呈現(xiàn)］

表2 20℃時(shí)不同物質(zhì)在水中的溶解度［6］

表3 幾種堿在某年的市場(chǎng)價(jià)［7］

［提出問(wèn)題］氫氧化鈣的溶解度小，即使是飽和的氫氧化鈣其濃度仍然很低，沉淀效果不好，如何克服這一問(wèn)題呢？

［教師引導(dǎo)］學(xué)生觀(guān)看從海水中提取鎂的流程圖

［提出問(wèn)題］ 海水中的鎂離子經(jīng)過(guò)許多變化最終轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀兯枰膯钨|(zhì)鎂， 在這些變化過(guò)程中，什么元素一直圍繞在我們的眼前??？ 這對(duì)我們?nèi)蘸筇崛∑渌镔|(zhì)有何指導(dǎo)意義？

［引導(dǎo)提問(wèn)］課本圖中顯示，以貝殼為原料煅燒生產(chǎn)生石灰最后制得石灰乳， 看著是綜合利用了資源，請(qǐng)同學(xué)們從貝殼的來(lái)源以及成本角度思考，這樣的方式真的經(jīng)濟(jì)嗎？

［資料提供］貝殼來(lái)源有限，用在經(jīng)濟(jì)效益更好的其它地方，如制作工藝品；過(guò)去用貝殼生產(chǎn)熟石灰是受限于運(yùn)輸和石灰資源，當(dāng)前直接購(gòu)買(mǎi)內(nèi)地生產(chǎn)的熟石灰成本反而更低。［8］

［提出問(wèn)題］那么你們?cè)谥坝袥](méi)有遇到過(guò)同樣是以海水為原料來(lái)提取的物質(zhì)？ 提取時(shí)做了哪些事情？

［多媒體呈現(xiàn)］海水中提取碘的流程圖

［提出問(wèn)題］1.碘在海水當(dāng)中總儲(chǔ)量很大，為何不直接由海水提取碘，而選用一些海產(chǎn)品呢？

2. 鎂在海水中的濃度為1.28g／L， 比碘離子在海水中的濃度大，還需要富集嗎？

［演示實(shí)驗(yàn)］向已準(zhǔn)備好的海水中加入氫氧化鈣。

［提出問(wèn)題］實(shí)驗(yàn)證明，海水中鎂離子的濃度低，直接加入氫氧化鈣沉淀效果不好，那如何富集海水中的鎂呢？ 海水中會(huì)不會(huì)也有一些海產(chǎn)品會(huì)富集鎂離子呢，就像海帶富集碘一樣？

［提出問(wèn)題］ 海水中的MgCl2蒸發(fā)濃縮后引入沉淀池生成了Mg（OH）2，再通入鹽酸中和不就又生成了MgCl2嘛，不都是MgCl2嘛，為什么還要經(jīng)過(guò)這么繁瑣的過(guò)程呢？

［教師講述］ 制得的MgCl2蒸發(fā)結(jié)晶時(shí)得到MgCl2·6H2O，再在氯化氫氛圍中加熱晶體就能獲得無(wú)水氯化鎂。

［提出問(wèn)題］電解產(chǎn)生的副產(chǎn)物氯氣怎么處理？

（設(shè)計(jì)意圖： 基于國(guó)際科學(xué)教育改革的STEM 理念關(guān)注科學(xué)與工程、技術(shù)的結(jié)合，從原料選取、原理應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)節(jié)約、生態(tài)環(huán)境等各角度引導(dǎo)學(xué)生思考鎂提取的實(shí)際工藝流程， 體現(xiàn)化學(xué)知識(shí)應(yīng)用在工藝技術(shù)；同時(shí)在這部分中讓學(xué)生類(lèi)比已有的知識(shí)總結(jié)出海水中提取鎂的流程，提高他們知識(shí)遷移的能力。 ）

第四階段：新視野—提取鎂的新工藝

［情景素材］電解法制取鎂耗能巨大，生產(chǎn)1 公斤的鎂大約要消耗10 公斤的煤， 還會(huì)排出大量的溫室氣體，科學(xué)家們致力于尋求更加有效的方法。 日前有歐美科學(xué)家正在拓寬他們的新能源思維，將目光鎖定在一種此前從未被關(guān)注的物質(zhì)之上——金屬鎂，認(rèn)為它有可能成為新能源的一種替代品， 鎂的活性非常大，并且蘊(yùn)含巨大能量。

［提供資料］鎂注射循環(huán)：利用高強(qiáng)度太陽(yáng)能產(chǎn)生激光，以極高的溫度燃燒海水，從中提取出氧化鎂。

［提出問(wèn)題］1. 鎂注射循環(huán)法獲得的是氧化鎂，如何實(shí)現(xiàn)從氧化鎂到單質(zhì)鎂的轉(zhuǎn)變？

2. 這一工藝十全十美嗎？

（設(shè)計(jì)意圖：介紹提取鎂的最新工藝，既能讓學(xué)生體會(huì)鎂的不同提取途徑， 進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的變化觀(guān)；同時(shí)能拉近學(xué)生與現(xiàn)代科技的距離， 開(kāi)闊學(xué)生的視野，拓展學(xué)生看待學(xué)科前沿的視角，以培養(yǎng)學(xué)生辯證思維，有利于化學(xué)價(jià)值觀(guān)的建構(gòu)。 ）

［1］ 北京市第十五中學(xué)化學(xué)組.基于學(xué)科觀(guān)念及方法構(gòu)建的元素化合物單元教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)效性研究［J］.化學(xué)教育，2010，（增刊Ⅱ）：342

［2］ ［3］谷瑩瑩.品味化學(xué)課堂教學(xué)的“五度”—以蘇教版必修1“鎂的提取及應(yīng)用” 為例 ［J］. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2011，（8）：8

［4］ 張禮聰.“鎂的提取及應(yīng)用”的對(duì)話(huà)式教學(xué)［J］.化學(xué)教學(xué)，2012，（3）：41

［5］ 劉革平，龔繼新.化學(xué)新課程該如何教—展示課“鎂的提取”的教學(xué)評(píng)析［J］.化學(xué)教育，2010，（8）：22

［6］ ［7］莊德剛.教是為了不教—新課程下“鎂的提取及應(yīng)用”課堂實(shí)錄與教學(xué)反思［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2010，（10）：26

［8］ 陳獻(xiàn)忠.“鎂的提取及應(yīng)用”備課中若干問(wèn)題探索［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2010，（10）：42