高中化学 专题4 化学是认识和创造物质的科学 第二单元 化学是社会可持续发展的基础教案 苏教版必修2.doc

化学是社会可持续发展的基础 一、教材分析（一）教材的地位和作用：本节课选自高中化学苏教版必修二专题四第二单元。本节教材内容包括以下两个方面：现代科学技术的发展离不开化学；解决环境问题需要化学科学。因本节课处于必修教材的最后一节，所以有着重要的总结作用。与必修部分的内容紧密相关，例如元素化合物性质、氧化还原反应、物质的合成与分离、化学反应过程中的能量变化等。同时这节课内容涉及先进科学技术材料与绿色化学知识，对于培养学生知识探求与环保意识的提升有着重要作用。（二）教学重点与难点：重点：化学在环境保护中的作用与绿色化学的思想内涵。难点：利用已有知识，以具体事例说明化学对现代科学技术的重要作用。（三）教学目标分析1知识与技能学习目标：（1）能举例说明化学为其他科学技术发展提供了物质基础，促进现代科技的发展； （2）认识人类活动，包括化学品的制造、应用对环境、社会带来的负面影响；（3）认同绿色化学对可持续发展的贡献，并初步形成绿色化学的理念。2过程与方法学习目标：（1）在学习过程中认识到哪些化学科学促进了现代科学技术发展；（2）通过学习认识到哪些化学生产会造成环境的破坏并知道如何克服这些负面影响。3情感态度与价值观学习目标：（1）能认识到化学是环境保护事业的强大支柱，了解绿色化学对可持续发展的意义；（2）认识化学是社会可持续发展的基础，增强社会责任感。二、学情分析本单元内容所涉及的知识覆盖面广，学生由于知识能力的限制，对现代科学技术的了解并不多，因此在课前鼓励学生上网搜索相关知识并进行适当的总结整理，同时在课堂教学中，鼓励学生之间的相互交流与讨论，抓住回答合理部分，及时给予肯定与鼓励，充分调动学生课堂的参与度。课堂实录【主题1】现代科学技术的发展离不开化学【展示】第一幅图片展示了我国神州五号飞船发射升空的场景，这和我们的化学学科有什么联系呢？【生】飞船的发射需要燃料【追问】燃料燃烧的过程中其能量的变化过程是怎样的？请你画出来并解释其含义。【生】能量的过程如图所示，首先燃料燃烧需要断裂化学键，吸收能量；之后形成化学键会释放能量，因此反应物的能量高于生成物。【追问】e1与e2的差值代表何种含义？你觉得在火箭上使用的高效燃料e1与e2的差值越大越好还是越小越好？【生】e1与e2的差值代表放出的热量的大小，因此差值越大越好。【师】我们可以利用化学反应过程中的能量变化来为人类的生产生活提供能量设计意图：通过高效燃料的探究从而回顾化学反应中的能量变化，温习燃料燃烧过程中能量的变化以及相关曲线的所代表含义。【过渡】第二幅图片展示了飞船在穿越大气层时与大气层剧烈摩擦从而导致一瞬间的发光发热，这又和我们的化学学科有什么联系呢？【生】火箭外壳需要耐高温的材料【追问】在专题一中我们学习过四大类型晶体，耐高温材料，首先考虑哪类晶体？【生】原子晶体【师】很好，比如si3n4这种特殊的耐高温陶瓷，能够保护飞船在穿越大气层时防止遭受破坏，因此利用化学反应过程中的物质变化来为人类的生产生活提供各种新的材料。提及材料就不得不介绍印刷电路板，它广泛地应用与各种电子设备中，比如手机电脑等。请你阅读书本中的观察与思考栏目，与同学交流一下：印刷电路板如何制作，它所采用的化学原理是什么？【交流与讨论】利用氧化还原反应2fe3+ + cu = 2fe2+ + cu2+；【师】何种物质作氧化剂，何种物质作还原剂？1mol该反应转移的电子的物质的量是多少？【生】三价铁作氧化剂，铜作还原剂，反应过程转移了2mol电子【师】如果印刷电路板的线路为我们今天的主题“可持续发展”，应该如何来制作？【生】首先取一块附有树脂绝缘板的铜板，除去表面的油污。【追问】必修一中我们学习过可以去除油污的是何种物质？【生】碳酸钠溶液【续答】之后用油漆描出“可持续发展”，然后放入三氯化铁溶液中，最后用适当的溶剂清洗去除油漆即可。设计意图：通过印刷电路板的设计过程，回顾元素化合物中铁的重要性质，同时讲解氧化还原反应中的氧化剂、还原剂以及电子转移，顺便穿插碳酸钠具有去油污这一重要性质。【过渡】化学为人类生产生活提供了丰富多彩的材料，那你们知道哪些新材料呢？【师生互动】展示光导纤维、超导合金、记忆合金以及纳米织物。h2cl2c光导纤维：主要成分为sio2，利用光的全反射的原理。其容量大、衰减小、抗干扰能力强。因此光导纤维传输的是光信号而非电信号，应用在医学中的胃窥镜。硅的单质也有重要应用，主要作为半导体材料，其制备流程：sio2 si（粗） sicl4 si（纯）设计意图：学生在这四大材料中，熟知光导纤维，因此能够先调动学生回答的积极性，接着从sio2转入单质si的制备，回顾元素化合物si的重要性质。超导合金：是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻为零和完全抗磁性的状态。由于超导的实现需要依赖较低的温度，所以还不能大面积使用，因此科学家一直在努力希望能够实现常温超导，其应用前景十分广泛。记忆合金：顾名思义，能够在一定的温度下记忆一定的形状，比如电视上刘谦表演的小魔术，虽然钥匙在观众手上，但能够变弯，主要是记忆合金的功劳。记忆合金的应用广泛，小到日常生活中的记忆眼镜、牙套，大到航空航天的卫星天线无不存在记忆合金的身影。纳米材料：指颗粒尺寸介于1-100nm之间的材料，具有特殊的物理化学性质。因为颗粒小，其比表面积巨大，所以在反应过程中更加充分，备受高校研究的追捧。生活中有用纳米材料制作的衣服，具有防水防尘的特殊效果，其市场前景广阔。设计意图：学生在课前通过自主学习了解了部分材料的性质与应用，通过分享与交流，进一步提高对化学新材料的认识，同时学生天马星空的想象也是一种创新精神，让学生大胆地表现自己的想法，给予肯定与支持，提高其化学学习与研究的兴趣。【过渡】通过化学反应的物质变化为我们提供新的材料，通过化学反应的能量变化为我们提供能源，比如在必修二专题二中我们学习的各种能源。如：化石燃料（煤、石油、天然气）；化学电源（干电池、氢氧燃料电池）；清洁能源（氢气、乙醇等）；生物质能（光合作用、沼气等）。这些能源中，最具开发前景的能源是？【生】氢能。【追问】氢能这里涉及两类，第一类是作为燃料直接燃烧，第二类是形成氢氧燃料电池，从能量的利用率角度考虑，形成原电池的效率更高，因为直接燃烧会浪费大量的热能，那么氢能的开发利用主要的瓶颈在哪里？【生】第一个是如何廉价制取氢气，第二个是如何安全的存储、运输氢气。【追问】那我们有哪些研究的方向呢？【生】考虑光解水，寻找合适的催化剂；研究开发储氢合金。设计意图：通过对比，更加深刻认识理解氢氧燃料电池，同时回顾氢气这一理想能源在制取、储存运输过程中的瓶颈及解决方向。【拓展】光合作用是植物的特权，但是近年来科学家发现了一些神奇的动物，也能进行光合作用，比如海蛞蝓，它能够窃取吞食的海藻基因，从而实现光合作用。所以我们可以假想，有朝一日，如果能够在人类身上实现光合作用，我们就能够彻底告别能源危机。【主题2】解决环境问题需要化学科学【过渡】当然，要注意到的是我们在利用资源的同时也产生了一系列的环境问题。如大气污染、水污染、固体废弃物污染等。例如印刷电路板工厂的废水主要含有fe2+与cu2+，如何进行处理回收利用？【生】加入过量的fe粉 加入naoh使离子沉淀，然后调节废水至中性达到排放标准【师】naoh nacl naoh设计意图：充分利用现有教学资源，结合印刷电路板的知识，处理其废水。第二种方式让学生逐步建立可循环利用的思想，为之后的绿色化学概念的提出作铺垫。同时回顾电解饱和食盐水这一重要知识点。【拓展】固体废弃物主要有白色污染，如塑料袋与一次性餐盒等，在自然界中长时间不能讲解，因此科学家就设计一种可降解的塑料。利用二氧化碳和环氧丙烷生成一种可降解的高聚物。不仅解决了白色污染，而且消耗了能产生温室效应的co2气体。【师】产生大气污染的来源有很多，从我国实际角度出发，主要有化石燃料的燃烧以及汽车尾气的大量排放。因此造成了一系列的大气污染，你知道的大气污染有哪些？【生】酸雨；温室效应；臭氧层空洞；雾霾等。【追问】引起这些环境问题的主要污染物有哪些？【生】酸雨主要由硫和氮的氧化物造成，因此分为硫酸型酸雨与硝酸型酸雨；温室效应主要co2与ch4引起；臭氧层空洞主要由氟氯烃引起；雾霾主要是可吸入颗粒物；【师】针对我们目前的实际，我们应该考虑对化石燃料与汽车尾气进行清洁化处理。比如说煤，我们之前学习过煤的综合利用，包括煤的气化、液化与煤的干馏。但是更多的情况下比如学校食堂是直接燃烧煤，会产生废弃so2，通过已学的知识，你觉得so2可以如何处理？【交流与讨论】so2作为典型的酸性氧化物，能与碱发生反应。因此有以下两种方式：石灰石石膏法so2 + ca(oh)2 = caso3 + h2o ；2caso3 + o2 = 2caso4（制石膏caso42h2o）氨水法 so2 + 2nh3 + h2o = (nh4)2so3 ；2(nh4)2so3+ o2 = 2(nh4)2so4so2能与某些盐发生反应。如亚硫酸钠：na2so3 + so2 + h2o = 2nahso3 ，生成的亚硫酸钠受热分解产生so2，将原本作为废气的so2回收利用，形成资源。so2具有还原性，能被氧化剂氧化。如h2o2：so2 + h2o2 = h2so4 充分利用原子。设计意图：so2作为必修一重要的硫的氧化物，因此在so2尾气吸收处理上，通过分析其化学性质寻求解决办法。同时介绍两种符合绿色化学思想的流程，让同学意识到有害的化学物质在合适的地方就是一种资源。催【师】汽车的尾气主要产生co与no，因此化学工作者就在研究一种高效的催化剂能够使这两种气体转化为无毒无害的气体，请写出其化学方程式。【生】2co + 2no = 2co2 + n2【追问】你还能想到哪些方法减少汽车尾气的排放呢？【生】开发新能源汽车，比如氢氧燃料电池车，使用清洁的能源，比如乙醇、甲醇汽油，燃烧过程更加充分。【拓展】同样地，化学工作者也在思考，能不能在利用资源的时候不产生污染，因此他们提出了绿色化学的思想，绿色化学指的是利用化学原理从源头上消除污染，期望在化学反应和化学工业过程中充分利用参与反应的原料，使所有物质原料、中间产物都在内部循环、利用，实现零排放。那么这节课我们之前所学习的一些流程中哪些你觉得符合绿色化学的思想？【生】印刷电路板沉淀剂的循环利用；氢氧燃料电池；so2用na2so3或h2o2的处理【师】很好，那么请你对书本问题解决中有机玻璃合成的两条路线经行评价，你觉得哪一条路线更加符合绿色化学的理念？【问题解决】后者，没有用氢氰酸极毒物，反应一步完成，原子利用率高，没有其他生成物。【总结讨论】那么通过今天的课程学习，请你从新材料、新能源、绿色化学的角度为我们的校企合作伙伴吉利集团推荐其未来汽车设计的发展方向。记忆合金能使汽车碰撞后自行恢复原来的形状；超导合金减少电能的浪费；纳米涂层防水防尘做到免清洗；使用太阳能电池驱动；使用氢氧燃料电池作能源；设计合理结构保护驾乘人员等。板书设计： 化学是社会可持续发展的基础 能量 材料 印刷电路板： 2fe3+ + cu = 2fe2+ + cu2+ 化学反应 so2处理： na2so3 + so2