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(guān)系，通過對人類冶鋁的歷史線索的探尋，努力開發(fā)其中蘊(yùn)含的過程方法和科學(xué)態(tài)度及科學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識發(fā)展及為探究學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]

鋁冶煉簡史;認(rèn)識發(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)時缺乏有關(guān)鋁及其化合物知識基礎(chǔ)的問題，既為學(xué)習(xí)“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(yīng)用提供了真實(shí)的情境;也就是說調(diào)整為“從鋁土礦中提取鋁”的探究學(xué)習(xí)奠定了知識基礎(chǔ)。

一、設(shè)計思考過程

新編排使原先教學(xué)設(shè)計中的一些內(nèi)容不再合適，如：以“讓學(xué)生體會鋁在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中應(yīng)用”為立意所設(shè)計的各種導(dǎo)入，因在前面“鋁”的學(xué)習(xí)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(guān)系無需再補(bǔ)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(jìn)行教學(xué)設(shè)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(fù)習(xí)②改變學(xué)習(xí)方式，通過深入的學(xué)習(xí)“從鋁土礦中提取鋁”，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)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(xué)生學(xué)習(xí)“從鋁土礦中提取鋁”的知識基礎(chǔ)是怎樣的？此時學(xué)生己學(xué)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(rèn)識，而鋁及其化合物的知識則是剛剛學(xué)過，這為理解由鋁土礦提取氧化鋁的化學(xué)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(jìn)學(xué)生認(rèn)識發(fā)展？知識方面，主要是在運(yùn)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(guān)系”的認(rèn)識;過程和方法方面，通過對鋁冶煉簡史學(xué)習(xí)，首先是可以加深對金屬冶煉方法的概括性認(rèn)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(guān)系的認(rèn)識;情感態(tài)度價值觀方面，首先是可以通過科學(xué)家的具體行為加深對科學(xué)態(tài)度、科學(xué)素養(yǎng)的認(rèn)識，其次是可以通過鋁冶煉方法進(jìn)步對人類生活的改變及鋁回收，加深學(xué)生對化學(xué)學(xué)科價值的認(rèn)識。③與這些促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識發(fā)展目標(biāo)相匹配的學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)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(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)的知識基礎(chǔ)，故從知識層面講采用問題引導(dǎo)下的自主學(xué)習(xí)是可行的;對于要求學(xué)生通過對鋁冶煉簡史學(xué)習(xí)，達(dá)到在方法層面體會人類鋁冶煉方法二次進(jìn)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(xué)生在金屬冶煉方面已有知識，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層面的支持;最后還需要設(shè)計一些問題啟發(fā)學(xué)生對提供的鋁冶煉簡史進(jìn)行深入的思考;為了達(dá)成較為全面理解鋁冶煉簡史之目的，需要集思廣益，因此學(xué)習(xí)時宜采用自主閱讀、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(jìn)步的關(guān)鍵及其對人類生活的改變;

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，理解從鋁土礦提取鋁的化學(xué)原理。

[學(xué)習(xí)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(shè)計意圖：調(diào)用學(xué)生在金屬冶煉方面已有知識，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2：閱讀鋁冶煉簡史，體會冶鋁方法進(jìn)步的關(guān)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(xiàn)”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(fù)雜，時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，并在整個簡史學(xué)完時歸納小結(jié)）

活動3：運(yùn)用已知，理解工業(yè)冶鋁的化學(xué)原理

通過前面的學(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(yùn)用已知的“鋁的化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關(guān)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(xué)原理

[步驟＼&目的＼&化學(xué)反應(yīng)方程式＼&溶解＼&得到______溶液＼&＼&過濾＼&除去____ ＼&＼&酸化＼&得到______沉淀＼&（易錯點(diǎn)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(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(diǎn)即可。

（預(yù)設(shè)：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(jié)

①冶鋁簡史中的化學(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(xué)設(shè)計及教學(xué)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(fù)雜的化學(xué)史實(shí)，如何合理地簡化，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，但信息給予有時可能會違背史實(shí)的時空順序，即當(dāng)時的化學(xué)家們并不知道這些知識，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)際上這樣的簡化曾使不少老師和學(xué)生對該工藝心存疑慮，甚至有教師據(jù)此認(rèn)為該工藝沒有能除去二氧化硅，進(jìn)而要求學(xué)生探究改進(jìn)該工藝;其實(shí)對該工藝的簡省還帶來了其他一些問題，如：①誤認(rèn)為之所以使用CO2而不用鹽酸（或硫酸）是因為后者為強(qiáng)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(jìn)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(xiàn)]

[1]王祖浩，吳星.高中化學(xué)教學(xué)參考書化學(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.