高中生生涯与学科融合规划教育 生涯规划之化学章头课（第八章化学与可持续发展）

化学必修二第八章《化学与可持续发展》章头课路桥中学 陈晓勇实施背景中学阶段是认识自我的重要时期，生涯规划与高中生的身心发展是一致的，学生可以根据自己的具体情况设计自己的职业方向。高中生应尽早对人生有规划，可以使得学习目的更明确。学科渗透这不仅使得学生的职业专业性增强，利于学生有目的的选择职业和进一步深造，也利于学科教学的良性发展。作为一名化学教师，为贯彻落实学校所推行的学科与生涯渗透方案，我将人教版化学必修二第八章《化学与可持续发展》与环境保护工程师相结合，进行生涯规划教学。主要目标和定位1.结合《化学与可持续发展》的相关知识，通过职业体验，感受环境保护工程师的职业素养，认识到化学与实际生活的紧密联系，感受化学知识在真实场景中的应用，体会化学魅力；2.通过了解环境保护工程师的职业需要，以《环境保护与绿色化学》课时为例，通过自主设计“燃煤废气中二氧化硫气体吸收与处理的优化方案”进行职业体验，激发学生科学探究潜能的同时，鼓励学生不断求知探索。3.借助实验教学等方式传递科学实证观念，以环境保护工程师为媒介培养学生创新意识。主要教学过程环节一:创设情境，引入新课（5min）师：展示当天的路桥区空气质量报告。师：这是今天路桥区空气质量报告（此处课改为老师当地的空气质量报告），从图中我们可以看出今天的空气质量是优，我们生活的环境是非常好的。从图中我们还可以看出，空气中主要的污染物有哪些？生：PM2.5、PM10、O3、NO2、SO2等。师：你知道这些污染物是从哪里来的吗？生：工农业生产、矿产开发、化石燃料燃烧、汽车的大量使用，甚至居民日常的烧饭、炒菜等。师：20世纪中期以来，世界上许多国家相继走上了以工业化为主要特征的发展道路。随着生产力的极大提高和经济规模的不断扩大，支撑人类社会发展的自然资源和生态环境面临着巨大的压力，自然资源过度消耗、生态环境趋于恶化等问题日益突出。当前，走可持续发展道路已经得到国际社会的普遍认同。遵循这一发展模式，要解决资源、能源、材料、环境、健康和安全等人类所面临的重要问题，化学将面临新的机遇和挑战，同时，也将一如既往地发挥不可取代的重要作用。接下来的这段时间，我们将系统学习《化学与可持续发展》这一章。环节二：梳理内容，展现逻辑（5min）师：这一章的学习我们将会运用前面有关物质和化学反应的内容，请同学们翻阅下本章的大小标题，以小组为单位，罗列下本章需要了解的内容生：（小组活动在白纸上罗列本章的教学要点3min）师：刚才大家摘抄了不同的关键词，为了帮助同学们系统了解，老师这边对本章内容进行了梳理，请大家看ppt化学与可持续发展章节知识思维导图师：这一章的学习，同学们将一起围绕着“化学与可持续发展”这一核心主题展开，从自然资源开发利用、化学品合理使用和环境保护这三个相互联系的方面，认识、体会化学在可持续发展中的重要作用，提升同学们在科学态度与社会责任等方面的学科核心素养水平。各位同学在学习这一章内容之后，再来对这张思维导图进行补充、扩展，可以形成如下图所示的、内容更加丰富的思维导图，由此检验我们对本章节各知识块之间相互关系的理解，巩固我们的学习成果。环节三：【职业链接】环境保护工程师与环境监测职业链接环境保护工程师师：大气、水和土壤与人们的生活息息相关，保护环境是我们的共同责任。环境保护工程师的主要工作是预防和治理环境污染，包括对环境问题的调查研究、分析监测、管理监督和对环境污染的控制与治理等。例如，应用光谱分析、滴定分析等化学分析方法对环境中的污染物进行分析和鉴定；研究大气中PM10浓度、PM2.5浓度和臭氧浓度；测定土壤和水样品的成分，检测其中的农药残留和废弃物污染等。这些数据、分析和研究，既可作为向公众发布环境信息、提供生活服务的基础，也可为政府决策提出相应的环境保护和环境治理方案，为制定政策提供参考。环境保护工程师在一些研究单位和企业从事着与环境保护相关的工作，如规划和建造污水处理厂、城市资源再生系统，规划、设计居民区的给排水系统，监控和治理各类生产中“三废”的排放等。环境保护是一项关乎国计民生的事业，要想成为一名合格的环境保护工程师，必须要有高度的社会责隆感，并具备分析化学、环境化学、环境微生物学、环境监测、环境质量评价和环境工程等相关的知识。环境保护工程师在监测站点查看PM2.5监测设备运行情况活动一：参观污水处理厂（或者观看相关视频）师：常见的污水主要有：工业废水、生活污水、农田排水，以及大气中的污染物和地面垃圾经降雨淋洗流人水体的污水。污水往往含有复杂的成分，任意排放会导致土壤和水体的污染，必须经过多步处理才能达到排放标准。→→→未经处理的污水 → 格栅间 → 曝气沉沙池 → 初次沉淀池→→曝气池 → 二次沉淀池 → 可排放的水师：同学们知道吗？在污水处理厂中不溶于水的细小悬浮物（直径在1～100nm之间）是如何处理的？生：这类物质属于胶体，应该加入凝聚剂，让它聚集成较大颗粒沉淀下来。生：常见的混凝剂主要有硫酸亚铁、氯化铁、硫酸铝、聚合氯化铝、明矾等。师：那么溶解在水中的污染物又是如何处理的呢？比如废水呈碱性怎么办？废水中含有Hg2+怎么办？生：通常用化学试剂进行反应，将它转化成无毒无害的物质。在含Hg2+的废水中加入沉淀剂Na2S，可使Hg2+转变为HgS沉淀而除去。在碱性废水中可以加酸，调节其pH值。师：对溶解在水中的污染物，则要根据其化学性质采用中和法、氧化还原法和沉淀法等进行处理，这些都是环境保护工程师要分析研究的内容。活动二：了解绿色化学师：20世纪90年代初，化学家提出与传统的“治理污染”观念不同的“绿色化学”的观念，它要求任何一个与化学有关的活动（包括化学原料以及最终产品的使用、化学工程）对人类的健康和环境都应该是友好的。绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物。从科学观点看，绿色化学是化学科学基础内容和观念的更新；从环境观点看，它强调从源头上消除污染；从经济观点看，它提倡合理利用资源和能源，降低生产成本，这是符合可持续发展要求的。巴里·特罗斯特（BarryTrost）教授化学反应的“原子经济性”（atomeconomy）概念是绿色化学的核心内容之一，最早由美国斯坦福大学的特罗斯特教授提出。他针对传统上一般仅用经济性来衡量化学工艺是否可行的做法，明确指出应该用一种新的标准来评估化学工艺过程，即选择性和原子经济性。原子经济性考虑的是在化学反应中究竟有多少原料的原子进人到了产品之中，这一标准既要求尽可能地节约不可再生资源，又要求最大限度地减少废弃物排放。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”（zeroemission）。“原子经济性”的概念目前也被普遍承认。特罗斯特教授获得了1998年美国“总统绿色化学挑战奖”。美国“总统绿色化学挑战奖”绿色化学作为未来化学工业发展的方向和基础，越来越受到各国政府、企业和学术界的关注。例如，美国于1995年设立了“总统绿色化学挑战奖”，旨在奖励在创造性研究、开发和应用绿色化学基本原理方面取得杰出成就的个人、集体或组织。它共包括5个奖项：学术奖、中小企业奖、新合成路线奖、新工艺奖和安全化学品设计奖。在1998年出版的《绿色化学的理论与实践》一书是绿色化学的经典之作，其中详细阐述了绿色化学的定义、原则、评估方法及发展趋势。由英国皇家化学会主办的国际性杂志《绿色化学》于1999年创刊，其内容涉及清洁化工生产技术的多方面研究成果、综述和其他信息，并涵盖了国际上通过化学品的应用或加工来减轻对环境影响的学术研究活动。我国在绿色化学方面的研究也逐渐活跃。1995年，中国科学院组织了《绿色化学与技术——推进化工生产可持续发展的途径》院士咨询活动，对国内外绿色化学的现状与发展趋势进行了大量调研，并结合国内情况，提出了发展绿色化学与技术、减少和消灭环境污染源的七条建议。1997年，由国家自然科学基金委员会和中国石油化工集团公司联合资助的“九五”重大基础研究项目《环境友好石油化工催化化学与化学反应工程》正式启动。项目涉及我国石油化工的一些重要过程，即导向基础性研究、技术可行性的初步探索和技术可行与经济合理性的重点探索三个层次，开展采用无毒无害原料、催化剂和“原子经济”反应等新技术的探索研究，为解决现有生产工艺存在的环境问题奠定基础。2016年，石油和化学工业联合会发布了《石油和化学工业绿色发展行动计划（2016一2020）》，以推动我国石油和化学工业走创新驱动引领的绿色发展之路。师：你们有何收获？生：师：结合自身的感受探讨做环境保护工程师的优势有哪些？生：师：1、环境保护与可持续发展是未来化学工业发展的方向和基础，越来越受到人们的关注；2、“绿水青山就是金山银山”，近年来我国对环境保护的要求越来越高，受国家产业政策的支持，对环境保护工程师的需求也越来越大；3、国家十四五规划中要求“加快推动绿色低碳发展”“持续改善环境质量”“全面提高资源利用效率”，环境保护工程师的职业发展前景非常光明。师：如果大家要做一名优秀的环境保护工程师，大家在高中需要什么呢？【知识延伸1】与环境保护工程师相关的大学的信息高校专业高中选考科目武汉大学化学类化学,物理(2门科目选考1门可报考)浙江大学理科、工科试验班物理,化学(2门科目选考1门可报考)吉林大学化学类化学(1门科目均需选考）南京大学理科试验班(化学与生命科学类)物理,化学,生物(3门科目选考1门可报考)【知识延伸2】环境保护工程师专业课程所需具备的高中化学知识专业课程（部分）对应高中化学所学内容有机化学有机物结构特点典型有机物性质有机化学研究价值无机化学氧化还原反应电离与例子反应元素及其化合物物质性质及转化价值化学热力学原子结构与元素周期律化学键化学反应限度和快慢化学反应与能量转化化工设计化学促进可持续发展材料科学与人类健康自然资源和能源循环利用环境保护安全与规则环节四归纳总结，升华主题（5min）【章节回归贴近实际】师：资源开发利用与保护资源、保护环境，这是自然界中人类始终面临的、需要协调的问题。坚持可持续发展，树立“绿色化学"的观念为当前化学的应用与发展指明了方向，我们可以通过哪些方式更具体的为人类可持续发展，为构建人类命运共同体助力呢？生：树立“绿色化学”“原子经济”“循环经济"等观念，做到合理使用化学品，保护自然资源和环境，维护生态平衡。生：在化学品设计和生产中，从反应物到产物的全过程按照“原子经济”原则做到物尽其用；在化工行业规划和研究中，按照“循环经济”原则做到可持续发展。生：开发和利用自然资源，必须遵循减量化、再利用和再循环的原则，为子孙后代留下良好的生存空间和更加美好的未来。师：本章我们要在可持续发展的要求下，学习化学的应用特点和发展方向，思考在可持续发展这一条件下如何实现化学反应中物质和能量的转化，学会辩证、全面地看待人类和自然协调发展中遇到的各种问题，培养科学决策的意识、创新精神与实践能力。知识点尝试可以放在这部分环节三：引入职业，展现联系（10min）师：同学们知道吗？煤燃烧可提供能量，但同时也会产生二氧化硫等有害气体，假如你是环境保护工程师，你会如何处理煤燃烧产生的SO2？生：将SO2进行转化，遵循无害化、减量化和资源化的原则进行处理。师：我们应该从哪些角度来分析SO2的转化呢？生（经过讨论得出）：从“物质类别”视角分析：SO2属于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，可用碱、碱性氧化物或某些弱酸盐溶液吸收。从“元素价态”视角分析：SO2中硫元素为+4价，处于中间价态，因而既有氧化性，也有还原性，可用某些还原剂或氧化剂吸收。师：结合工业实际，选择SO2吸收剂还应考虑哪些条件？生（经过讨论得出）：廉价易得、效果显著、不产生新污染物。学生依据此原则将选择的吸收剂指向具体的物质——氢氧化钠、氢氧化钙、氧化钙、石灰石、氨水等。师：展示碱液法吸收流程。生：书写相关化学反应方程式，分析其中的利弊。经过讨论得出：该方法吸收充分，操作简单，实现了无害化处理。师：你能提出更好的吸收处理方法吗？请画出你的流程图。生：用氢氧化钙代替氢氧化钠，成本更低。师：非常好，这实际上就是工业生产上的石灰一石膏法吸收流程。生：书写相关化学反应方程式，分析其中的利弊。经过讨论得出：该方法原料便宜，处理成本低，最终产品硫酸钙（石膏），有广泛的用途，不仅实现了无害化处理，还实现了资源化处理。师：以上方法的缺点是什么呢？生：氢氧化钙溶解度小，可能吸收不完全。师：你能否提出更好的处理方法呢？在上述两种方法的基础上，请你设计一个改进的、能实现物料循环的“双碱法”烟气脱硫方案。生（经过讨论得出）：“双碱法”吸收流程。师：请你说说该流程有哪些优点？生：中间产物NaOH可循环利用，有利于降低成本（渗透资源再循环的原则）；副产物加工成有用物质石膏（环境友好产品）；污染物零排放（消除有害物质的产生）。师：除了以上这些方法，在实际工业生产中还有氨水法、亚硫酸钠富集法，请你谈谈这些流程有哪些优点？氨水法吸收二氧化硫亚硫酸钠法富集