黃愛(ài)民

[摘 要]

初步了解工業(yè)冶鋁過(guò)程，鞏固鋁及其化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關(guān)系，通過(guò)對(duì)人類(lèi)冶鋁的歷史線(xiàn)索的探尋，努力開(kāi)發(fā)其中蘊(yùn)含的過(guò)程方法和科學(xué)態(tài)度及科學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展及為探究學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]

鋁冶煉簡(jiǎn)史;認(rèn)識(shí)發(fā)展;學(xué)案

2014年6月第6版的蘇教版《化學(xué)1》必修教材，將原本置于“鋁”和“鋁的常見(jiàn)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(xué)習(xí)時(shí)缺乏有關(guān)鋁及其化合物知識(shí)基礎(chǔ)的問(wèn)題，既為學(xué)習(xí)“從鋁土礦中提取鋁”提供了方便，同時(shí)也為鋁及其化合物知識(shí)的應(yīng)用提供了真實(shí)的情境;也就是說(shuō)調(diào)整為“從鋁土礦中提取鋁”的探究學(xué)習(xí)奠定了知識(shí)基礎(chǔ)。

一、設(shè)計(jì)思考過(guò)程

新編排使原先教學(xué)設(shè)計(jì)中的一些內(nèi)容不再合適，如：以“讓學(xué)生體會(huì)鋁在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中應(yīng)用”為立意所設(shè)計(jì)的各種導(dǎo)入，因在前面“鋁”的學(xué)習(xí)中已被用過(guò)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(guān)系無(wú)需再補(bǔ)充等;因此直觀的感覺(jué)是：內(nèi)容簡(jiǎn)單，一課時(shí)的時(shí)間太充裕了。那么該如何面對(duì)新情況進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)呢？有兩種取向：①新授“從鋁土礦中提取鋁”+“鋁”和“鋁的常見(jiàn)化合物”的復(fù)習(xí)②改變學(xué)習(xí)方式，通過(guò)深入的學(xué)習(xí)“從鋁土礦中提取鋁”，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展;筆者選擇了第二種取向。接下來(lái)問(wèn)題便聚焦到：①學(xué)生學(xué)習(xí)“從鋁土礦中提取鋁”的知識(shí)基礎(chǔ)是怎樣的？此時(shí)學(xué)生己學(xué)過(guò)鈉、鎂、鐵、銅的冶煉，對(duì)金屬的還原劑法和電解法冶煉有了一定的認(rèn)識(shí)，而鋁及其化合物的知識(shí)則是剛剛學(xué)過(guò)，這為理解由鋁土礦提取氧化鋁的化學(xué)過(guò)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(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展？知識(shí)方面，主要是在運(yùn)用中深化對(duì)“鋁元素存在及鋁的化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關(guān)系”的認(rèn)識(shí);過(guò)程和方法方面，通過(guò)對(duì)鋁冶煉簡(jiǎn)史學(xué)習(xí)，首先是可以加深對(duì)金屬冶煉方法的概括性認(rèn)識(shí)，其次是可以加深對(duì)發(fā)明過(guò)程中邏輯思維與創(chuàng)新思維相輔相成關(guān)系的認(rèn)識(shí);情感態(tài)度價(jià)值觀方面，首先是可以通過(guò)科學(xué)家的具體行為加深對(duì)科學(xué)態(tài)度、科學(xué)素養(yǎng)的認(rèn)識(shí)，其次是可以通過(guò)鋁冶煉方法進(jìn)步對(duì)人類(lèi)生活的改變及鋁回收，加深學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科價(jià)值的認(rèn)識(shí)。③與這些促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展目標(biāo)相匹配的學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)過(guò)程是怎樣的？由于本節(jié)內(nèi)容中知識(shí)層面要求不高，主要是理解并表達(dá)工業(yè)流程中相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，學(xué)生也有相應(yīng)的知識(shí)基礎(chǔ)，故從知識(shí)層面講采用問(wèn)題引導(dǎo)下的自主學(xué)習(xí)是可行的;對(duì)于要求學(xué)生通過(guò)對(duì)鋁冶煉簡(jiǎn)史學(xué)習(xí)，達(dá)到在方法層面體會(huì)人類(lèi)鋁冶煉方法二次進(jìn)步歷程及其對(duì)人類(lèi)生活的改變，是比較困難的，首先需要調(diào)用學(xué)生在金屬冶煉方面已有知識(shí)，做冶煉方法層面引導(dǎo)，其次還要補(bǔ)充與冶煉相關(guān)的氯化鋁、六氟合鋁酸鈉的性質(zhì)信息，為學(xué)生理解冶煉方法二次進(jìn)步中的困境及其突破做好知識(shí)層面的支持;最后還需要設(shè)計(jì)一些問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生對(duì)提供的鋁冶煉簡(jiǎn)史進(jìn)行深入的思考;為了達(dá)成較為全面理解鋁冶煉簡(jiǎn)史之目的，需要集思廣益，因此學(xué)習(xí)時(shí)宜采用自主閱讀、小組討論、交流展示的學(xué)習(xí)方式。

二、形成的學(xué)案

[學(xué)習(xí)目標(biāo)]

①通過(guò)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(guò)分析鋁冶煉簡(jiǎn)史材料，體會(huì)鋁冶煉方法進(jìn)步的關(guān)鍵及其對(duì)人類(lèi)生活的改變;

③運(yùn)用己知的“鋁的化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關(guān)系”等知識(shí)，理解從鋁土礦提取鋁的化學(xué)原理。

[學(xué)習(xí)活動(dòng)]

活動(dòng)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(shè)計(jì)意圖：調(diào)用學(xué)生在金屬冶煉方面已有知識(shí)，做冶煉方法層面引導(dǎo)。學(xué)習(xí)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(shè)計(jì)意圖：使學(xué)生明確金屬冶煉的起點(diǎn)。學(xué)習(xí)方式：回憶、看課件，展示完成的學(xué)案）

活動(dòng)2：閱讀鋁冶煉簡(jiǎn)史，體會(huì)冶鋁方法進(jìn)步的關(guān)鍵及對(duì)其人類(lèi)生活的改變

（基于“想法與困境”和“對(duì)人類(lèi)的貢獻(xiàn)”兩個(gè)問(wèn)題的開(kāi)放性，就整個(gè)簡(jiǎn)史一次呈現(xiàn)全部討論會(huì)過(guò)于復(fù)雜，時(shí)間上也難以保證重點(diǎn)，故采用依格分步投影逐步研讀討論交流的方法，并在整個(gè)簡(jiǎn)史學(xué)完時(shí)歸納小結(jié)）

活動(dòng)3：運(yùn)用已知，理解工業(yè)冶鋁的化學(xué)原理

通過(guò)前面的學(xué)習(xí)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(shí)現(xiàn)電解氧化鋁制鋁;因此工業(yè)冶鋁過(guò)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(qǐng)先在下面流程圖中將電解氧化鋁部分表示出來(lái)，然后再運(yùn)用已知的“鋁的化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關(guān)系”等知識(shí)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(xué)原理

[步驟＼&目的＼&化學(xué)反應(yīng)方程式＼&溶解＼&得到______溶液＼&＼&過(guò)濾＼&除去____ ＼&＼&酸化＼&得到______沉淀＼&（易錯(cuò)點(diǎn)是： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?）＼&過(guò)濾＼&得到純氫氧化鋁固體＼&＼&灼燒＼&得到高純度____＼&＼&電解＼&得到______＼&＼&]

活動(dòng)4：綠色理念，鋁的再生

資料：再生鋁又稱(chēng)二次鋁。廢鋁是目前廢物中最有價(jià)值的材料，現(xiàn)在世界每年從廢鋁回收的鋁量約為400萬(wàn)噸，相當(dāng)于每年鋁產(chǎn)量的25%左右。與以鋁土礦為起點(diǎn)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(shí)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(shuō)出1點(diǎn)即可。

（預(yù)設(shè)：由于材料簡(jiǎn)單，擬采用閱讀后提問(wèn)的方式，最后歸納）

歸納小結(jié)

①冶鋁簡(jiǎn)史中的化學(xué)路徑及反應(yīng)

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

②工業(yè)冶鋁的工藝流程與反應(yīng)

鞏固練習(xí)

對(duì)比一下鎂和鋁的提取，看有沒(méi)有相似之處？

三、兩個(gè)遺存的問(wèn)題

在教學(xué)設(shè)計(jì)及教學(xué)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了一些難以把握和處理的問(wèn)題，現(xiàn)摘要兩問(wèn)，以求大家共同研究（1）對(duì)于復(fù)雜的化學(xué)史實(shí)，如何合理地簡(jiǎn)化，使之成為適合中學(xué)生的學(xué)習(xí)素材？本課的采用的是提供信息幫助學(xué)生的方法，但信息給予有時(shí)可能會(huì)違背史實(shí)的時(shí)空順序，即當(dāng)時(shí)的化學(xué)家們并不知道這些知識(shí)，這算不算是用史學(xué)習(xí)中的作偽？（2）真實(shí)的、復(fù)雜的化工生產(chǎn)過(guò)程中，往往隱含有大量中學(xué)生還不能理解的化學(xué)、化工過(guò)程，如本節(jié)教材“由鋁土礦中提取氧化鋁”，實(shí)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(jié)法、拜耳-燒結(jié)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(shí)際上這樣的簡(jiǎn)化曾使不少老師和學(xué)生對(duì)該工藝心存疑慮，甚至有教師據(jù)此認(rèn)為該工藝沒(méi)有能除去二氧化硅，進(jìn)而要求學(xué)生探究改進(jìn)該工藝;其實(shí)對(duì)該工藝的簡(jiǎn)省還帶來(lái)了其他一些問(wèn)題，如：①誤認(rèn)為之所以使用CO2而不用鹽酸（或硫酸）是因?yàn)楹笳邽閺?qiáng)酸，過(guò)量時(shí)會(huì)溶解氫氧化鋁②因雜質(zhì)不明，對(duì)為何先堿后酸而不先酸后堿無(wú)法進(jìn)行全面的分析;由此看來(lái)怎樣合理的簡(jiǎn)化化工生產(chǎn)過(guò)程？以及對(duì)教材中己經(jīng)簡(jiǎn)化的化工生產(chǎn)過(guò)程如何使用？都是急需解決的問(wèn)題。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]王祖浩，吳星.高中化學(xué)教學(xué)參考書(shū)化學(xué)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(shù)，2013（11）.

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

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