高中化学：教学设计：空气质量的改善

高中化学选修化学与生活

1.1空气质量的改善教学设计

•专题1洁净安全的生存环境

本专题以创造人类生存所需的洁净安全的环境为主线，介绍了空气质量的改

善、水资源的合理利用、生活垃圾的分类处理、化学品的安全使用等与生活关系

密切的内容。通过本单元的学习，学生不仅可以掌握一些基本的化学原理，理解

科学方法，发展各种能力，还可以加深对人类所面临的环境问题的认识，树立保

护环境的意识。

本专题主要以生活为线索安排学习内容，同时注意渗透一些基本的化学原

理，如明矶净水、硬水的软化、洗衣粉的去污原理、消毒剂的作用原理、平衡移

动原理等。这些内容充分体现了化学知识在解决生活问题中的重要作用，可以促

使学生认识到学习化学的重要意义，激发学生学习化学的兴趣。

由于有关环境保护的内容充分体现了科学与社会的关系，因此一直是各类教

材、参考书、报刊杂志的重点内容，可以说，学生在这方面已经有了比较丰富的

知识。为了发挥学生已有知识的作用，本单元在多处设置了“你知道吗”、“交流

与讨论”等栏目，通过精心设计的问题，引导学生回顾已有知识，并应用知识分

析和解决问题。

由于关于环境保护的内容十分广泛，在本单元中无法一一加以说明，因此，

编者除了精选与生活关系特别密切的内容加以介绍之外，在多处设置了“调查研

究”栏目，引导学生通过查阅资料、走访环保部门、浏览网站等多种方式进行学

习，在拓宽学生的知识面的同时，促使学生在活动中发展多种能力。

为了促使学生关注身边的环境问题，培养解决问题的能力，本专题还特地设

置了“各抒己见”、“请你决策”等栏目。在这些栏目中提供了一些相对比较开放的

问题，引导学生进行讨论，积极发表自己的观点，培养学生的社会责任感。

止匕外，为了充分体现化学学科以实验为基础的特点，发挥化学实验在激发学

生学习兴趣、发展学生探究能力方面的作用，本单元多处设置了“活动与探究”

栏目，让学生通过一些基本的活动，如测定水体的pH、废塑料的裂解、过氧乙

酸与乙酸的性质比较等，亲身体验解决环境问题的方法。

第一单元空气质量的改善

一、学习目标

1.知道空气污染指数是衡量空气质量的重要指标，了解空气污染指数的确

定方法，知道大气污染物的主要种类。

2.了解温室效应原理和主要的温室气体，知道地球表面气温上升的主要原

因，知道遏制温室效应加剧的主要措施。

3.掌握燃煤脱硫的化学原理，了解汽车尾气的净化方法和静电除尘原理，

通过查阅资料,知道居室内主要的空气污染物，了解居室内空气污染的防治措施。

4.通过有关大气污染知识的学习，增强环境保护意识，培养社会责任感。

二、课时建议

空气质量报告1课时

温室效应1课时

治理大气污染1

课时让居室空气更清新1课时

三、内容分析本单元知识结构如下：

'二氧化硫

［影响空气质量的主要污染物二氧化氮

1【可吸入颗粒物

空气质量的评价＜

空气污染指数

空气质量报告

I空气质量等级

'产生原因

温室效应《温室效应加剧的主要危害

〔减少温室气体排放的措施

空气质量《

'硫的氧化物

大气污染物的来源及减少的途径।氮的氧化物

，可吸入颗粒物

'装修材料中的污染物一甲醛、苯等

〔减少居室污染物的产生1燃料燃烧产生的气体一一氧化碳等

、烹调时产生的油烟

空气质量的好坏与人们的生活息息相关，因此，了解大气污染的相关知识是

对高中学生的基本要求。本单元不仅要使学生了解空气污染指数、空气污染物及

其控制、温室效应和居室空气污染等知识，还要促使学生认识到保护环境对人类

生存和社会的可持续发展的重要性。

随着全国部分省市媒体定时报道各地区的空气质量情况，学生对空气质量报

告包含的主要内容并不陌生，但大部分学生对空气质量报告中的首要污染物、空

气污染指数如何确定、空气质量的不同等级对人体健康的影响等内容缺乏了解。

因此，教材在“空气质量报告”部分以帮助学生学习空气质量报告中的相关内容和

核心概念为主，首先以列表的形式向学生介绍“空气质量报告”中空气污染指数和

空气质量等级的对应关系，在此基础上引出了空气污染指数和首要污染物的确定

方法，并通过“交流与讨论”栏目组织学生针对各主要大气污染物对空气质量的影

响进行讨论，以加深学生对空气质量报告的认识。

酸雨、光化学烟雾、臭氧层空洞、温室效应都是当前不可忽视的环境问题。

教材选取温室效应作为教学内容，通过介绍温室效应原理和说明温室效应对地球

上生物生存的积极意义，以帮助学生辩证地认识温室效应对人类生存和环境发展

的作用。教材中的温室效应简易实验为演示实验，在引导学生进行观察和讨论的

同时，可以使学生对温室效应产生直观印象，发现温室气体和温室效应的关系。

“治理大气污染”部分针对空气质量报告中所提及的三大污染物——二氧化

硫、二氧化氮和可吸入颗粒物，介绍了减少大气污染物排放的主要措施：燃煤脱

硫、汽车尾气催化净化和静电除尘。教材采用图文结合的形式，详细介绍了各种

方法的工作原理，并设计了丰富的栏目活动，让学生在各种问题情景中思考治理

大气污染的方法，培养学生解决问题的能力和社会责任感，激发学生运用化学知

识解决实际问题的兴趣。

居室空气污染已成为影响人们身体健康的主要环境问题之一。为了让学生认

识到居室空气污染的危害性，教材首先设置“调查研究”栏目，让学生通过调查活

动了解居室空气污染物的来源及其危害；并以装修材料污染和厨房污染为主要内

容，重点介绍了居室中挥发性有机物甲醛的性质和危害，并通过组织学生进行居

室中甲醛含量的测定，加强学生对甲醛性质的认识。同时，通过实践活动，学生

可以真切感受到居室中甲醛等有毒气体的存在，提高环境保护意识。最后通过正

文和“生活向导”栏目向学生介绍各种保持居室空气清新的方法，以帮助学生学以

致用，用化学知识指导日常生活。

四、教学设计建议

《普通高中化学课程标准(实验)》对本单元提出了如下要求与建议：

(1)知道主要大气污染物，能说出减少大气污染物的原理与方法。

(2)知道主要的居室空气污染物，了解其对人体的危害。

由此可见，本单元的认知性学习目标大部分在“了解”和“知道”的层次上。在

进行本单元的教学设计时，应大力关注体验性教学目标，即要求学生在掌握一定

的大气污染和居室内空气污染的知识的同时，形成环境保护意识和环境卫生意

识，使他们在日常生活和未来的职业生涯中自觉履行在课堂上学到的环境保护和

环境卫生规则。

1.教学设计思路

在进行本单元的教学设计时，不能将重点只停留在对教材中化学知识点的挖

掘上，仅仅强调几种大气污染物的化学性质的掌握，而忽视了对学生进行环境教

育，这是有违教材初衷的；只将本单元设计成科学普及课，泛泛而谈大气污染和

居室内空气污染，不分轻重，也是不可取的。《化学与生活》课程的特点之一就

是在生活的场景中讲化学，这就决定了本单元教学设计的特点。总的来讲，在本

单元教学设计中，应使学生在知晓大气污染和居室内空气污染事实的前提下，在

适当的问题情景中呈现相关的化学知识。

(1)合理的问题情景可激发学生的好奇心，引发学生的求知欲。教师应充分

利用已有的教学资源，灵活地运用各种教学媒体，将问题生动形象地呈现在学生

面前。在进行“空气质量报告”的教学时，可通过“创设问题情景——学生自主学

习——教师总结”的程序来组织。首先给学生展示一段从媒体节目中剪辑而来的

空气质量报告的录音或录像资料，然后提出以下问题：大家经常在天气预报中听

到“空气污染指数”、“空气质量等级”和“首要污染物”等术语，你知道它们的含义

吗?你知道大气的主要污染物是哪些物质吗?接着指导学生阅读教材中的相关内

容，最后教师进行必要的讲解、总结和归纳。

(2)在进行温室效应的教学时，应充分利用教材中简易的温室效应的验证性

实验，引导学生通过观察实验现象，了解C02作为温室气体对全球气候产生的

影响。同时注意引导学生辩证地思考问题：地球上生物的生存离不开温室效应，

但温室效应的加剧使地球表面气温升高，从而导致一系列威胁人类生存的环境问

题的出现，从而培养学生辩证、客观地看问题的科学态度。然后通过交流和讨论

得出遏制温室效应加剧的方法，最后让学生通过网络及其他途径了解有关C02

气体排放量增加和地球上森林总面积减少的有关资料。

(3)由于学生学习大气污染的防治需要以几种大气污染物的物理、化学性质

等化学知识作铺垫，因此，在进行这部分知识的教学前，应引导学生回忆必修课

程《化学2》中已学的有关SOz和N02的化学性质，为学习酸雨的形成和治理

提供知识准备。同时，在课堂教学中应充分发挥学生的主动性，可让他们利用网

络、图书馆等课程资源查找有关燃煤脱硫、汽车尾气的净化和静电除尘的资料，

然后教师再结合教材内容作适当的整理、归纳。

(4)居室空气污染问题已经越来越受到人们的广泛关注，这部分内容在报纸、

广播、电视、网络等媒体中出现得较频繁，学生接触得也较多。因此，教学设计

要充分利用学生对该部分内容较深的感性认识。例如，知识内容的引入可采取“调

查研究”活动的方式：让学生查阅资料，了解居室内主要的空气污染物及其来源。

教材中以最常见的甲醛为例对居室中的空气污染物进行介绍，需要注意的是，在

介绍有关甲醛的知识时，重点应是其毒性和在合成材料中的广泛应用，不宜发散。

2.教学设计片断

片断1空气质量报告

【教师活动】课前展示一份近期的全国城市空气质量报告，并布置如下预习

题：

1.公布空气质量报告有什么意义？

2.空气质量报告由哪几部分组成?相互之间关系如何？

3.影响我国空气质量的主要污染物有哪些?它们对空气质量分别有什么影

响？

【学生活动】分析空气质量报告，查阅资料，完成预习题。

【教师活动】引入新课：国家每日均公布各地的空气质量报告，大家知道其

中的原因吗？

【学生活动】讨论、总结：目前我国的空气污染越来越严重，定期公布各地

的空气质量报告，不仅可以提高公众对空气质量乃至环境质量的关注程度，还可

以促使各地环保部门及时掌握当地的空气质量状况，以便及时采取相应的措施。

【教师活动】提问：空气质量报告由哪几部分组成?相互关系如何？

【学生活动】总结：空气质量报告由空气污染指数、空气质量等级、首要污

染物等内容组成，其中空气污染指数和空气质量等级存在如下关系:

空气污染指数0-5051~100101—150

空气质量等级优良轻微污染

【教师活动】转引：请大家阅读教材第3页“检索咨询”，理解空气污染指数

的确定方法。

【学生活动】阅读、总结空气污染指数的确定方法：

先确定各种污染物的污染指数，然后选取空气污染指数最大的污染物为首要

污染物，首要污染物的污染指数即为空气污染指数。

【教师活动】提问：根据对空气质量报告的分析，大家认为我国的整体空气

质量处于一个什么样的状况?主要污染物有哪些？

【学生活动】总结：我国大部分地区的空气质量为良，部分地区的空气质量

为优，只有极少数地区为轻微污染，从整体上来说，我国空气受到的污染不太严

重。从首要污染物来看，影响我国空气质量的主要污染物为可吸入颗粒物及二氧

化硫，只有少部分地区的主要污染物为二氧化氮。

【教师活动】提问：那么这些污染物对空气质量分别会造成什么样的影响呢?

【学生活动】讨论、小结：

1.二氧化硫对大气质量的影响、

二氧化硫对大气的污染主要在于形成酸雨。酸雨的危害很大，它会腐蚀建筑

物及金属设备；会破坏农作物及树木的生长;进入水体后会影响水生生物的生长，

导致鱼类死亡；还会引起土壤酸化，导致养分流失；也会危害人体的健康。

2.二氧化氮对大气质量的影响

二氧化氮除了形成酸雨外，还是引起光化学烟雾的主要物质，另外，二氧化

氮还会破坏臭氧层，导致臭氧层吸收紫外线的能力下降。

3.可吸入颗粒物对大气质量的影响

可吸入颗粒物中含有一些重金属离子，人体吸入后可能导致中毒，而这些离

子进入自然界后，经过逐级富集，也会进入人体，对人体健康产生危害。

【教师活动】总结：正由于这三种物质会造成大气污染，所以我们必须努力

减少这些物质的排放，并对已排放的污染物进行治理，下一节课我们将重点讨论

这个问题。

片断2治理大气污染

活动内容

展示图片：某著名大理石雕像腐蚀前与腐蚀后的照片。

教师活动提出问题：该雕像在近几十年间的腐蚀程度远远超过前几百年，你知

道其中的原因吗？

总结：这是由于大气受到了S02、N02等酸性气体的污染，致使雨水的

学生活动酸度增加，与大理石发生化学反应，导致大理石被腐蚀。

讲解：酸雨可分为硫酸型酸雨及硝酸型酸雨，我国的酸雨主要是硫酸

教师活动型酸雨。请大家完成教材第5页的“问题解决”，以加深对酸雨形成过程

的认识。

分析酸雨的形成过程，书写相关化学方程式：

1.硫酸型酸雨的形成

(l)2SO2+O2=2S03SO3+H2OH2s04

(2)S02+H20=H2S032H2so3+Ch=2H2s。4

学生活动2.硝酸型酸雨的形成

2NO+O2=2NO23NO2+H2O2HNO3+NO

讲解：要肪止酸雨的产生，最直接的方法是阻止SO2及氮氧化物排放

教师活动到空气中。以下提供几种治理方法，请大家根据原理写出反应的化学方

程式。

1.回收SO2的方法较多，常见的有石灰石法及氨水法等。

活动内容

石灰石脱硫的原理如下：石灰石在高温下发生分解，生成的氧化钙和

二氧化硫反应生成亚硫酸钙，亚硫酸钙和氧气反应生成硫酸钙，硫酸钙

可用来生产副产品石膏。

教师活动氨水法脱硫的原理如下：氨水和二氧化硫发生反应，生成亚硫酸镂，

亚硫酸镂和氧气反应生成硫酸镀，硫酸镂可用作氮肥。

2.汽车尾气中含有NO及CO,若直接排放会严重污染空气，因此，

在许多汽车的尾部常装有尾气净化装置，通过使用催化剂，促使NO和

CO反应生成无害的N2和CO2o

学生活动书写上述反应的化学方程式。

1.石灰石脱硫：

CaCCh酗CaO+CO2TCaO+S02=CaS032CaS03+02=2CaS04

氨水脱硫：2NH3+S02+H20=(NH4)2S032(NH4)2S03+02=2(NH4)2SO4

2.汽车尾气净化：2NO+2co皿N2+2CO2

提出问题：在我们进行化学实验时，必须要考虑到环境保护。请大家

教师活动思考：若在实验中有S02气体排出，我们可以采用什么方法加以处理？

学生活动讨论、小结：根据S02的性质，可以用不同的方法加以处理。

（1）SO2作为一种酸性氧化物，能与碱液发生反应，因此可用碱液（如

NaOH溶液）吸收；

（2）S02具有较强的还原性，可用氧化剂（如酸性KMnO4溶液）将SCh氧

化。

教师活动转引：在我国，可吸入颗粒物也是一种主要的大气污染物，而可吸入

颗粒物包括自然界的沙尘以及工厂排出的烟尘。请大家思考：应分别采

取什么措施加以处理？

学生活动对于沙尘，解决的关键是防止土壤的沙漠化，主要应采取植树造林的

方法；而对于工厂的烟尘，必须采取相应措施以减少排放。

总结：目前主要采用静电除尘法除去悬浮颗粒物（烟尘）。静电除尘的

教师活动原理如教材图1—6所示。由于悬浮颗粒物带电荷，因此，在电场作用

下会发生定向移动，最终会吸附在器壁上。经过集中处理后，其中的有

效成分可进一步投入使用。

除了目前已列入空气质量报告的三种物质之外，氟氯煌也是一种常见

教师活动的大气污染物，是造成臭氧层空洞的主要物质。请大家课后查阅资料，

总结氟氯燃破坏臭氧层的原理以及应采取的相应措施。

五、疑难问题讨论

1.空气污染指数是如何确定的？

空气污染指数是一种表示空气质量的重要方法，在我国重点城市的空气质量播

报中都有空气污染指数这一项。在我国，计入空气污染指数的污染物有S02、NOx

和PM10(可吸入颗粒物)。空气污染指数在。〜500之间，其计算方法如下：

(1)空气污染物的分指数计算

采用某种污染物⑴浓度的实测值Ci和其分指数li构成的分段线性方程计算。

假设某污染物在其转折点J处的分指数为li,转折点和其相应的污染物浓度值见

下表。

空气污染指数分级浓度最大值

空气污染指数污染物浓度最大值3)

APIPMioSO2NOx

5001.0002.6200.940

4000.8752.1000.750

3000.6251.6000.565

2000.5000.2500.150

iOO0.3000.1500.100

500.1200.0500.050

如果i类污染物的浓度Ci满足：CijWCiWCij+1,其相应的分指数li可用下式求出:

L=/名)(―一I”)+儿

15+1—5，

式中，Ci为实测污染物浓度，Cij、Cij+1和Iij、Iij+L分别为规定的转折点处污

染物浓度和污染分指数值，可查上表得出。

(2)空气污染指数的确定

分指数中最大的即为空气污染指数，对应的污染物为首要污染物。

(3)计算实例

某城市的NO2、S02和PMio的实测浓度都是0.35mg-rn-3,求该城市的空气

污染指数并判断首要污染物。

解：Nth的实测浓度Ci为0.35mg-m*3,介于0.15〜0.565mg-m之间，

其分指数为123=200,134=3000由公式可得到：

1(NO?)=7殍一84(人-1,)+1,

(5+i—5)

=^^(3°0-2。。)+2。。

=248

因此N02的污染指数为248；同理，可求出S02和PMio的分指数值分别为

207和125。N02的污染指数为248,最大，因此空气污染指数API=248,N02

为首要污染物。

2.产生温室效应的温室气体有哪些?它们是如何产生的？

工业革命以后，特别是20世纪50年代后，由于化石燃料、化学氮肥和氢氟

氯煌等卤代烷的大量使用，人为产生的温室气体的排放量不断增加，打破了天然

温室气体的平衡，加剧了温室效应。下面介绍几种主要的温室气体及其变化情况:

(1)二氧化碳(C02)

在工业革命前的几千年时间里，大气中C02的体积分数的平均值约为

2.80x106但工业革命后，由于煤炭、石油等化石燃料的用量剧增以及地球上森

林遭到大规模的破坏，地球生态圈中碳循环的平衡被破坏，大气中C02的平均浓

度不断升高。如果按照目前C02排放量的增长速度，到2040年大气中C02的体

积分数将达到550x106o

(2)甲烷(CH4)

CHO是大气中含量丰富的一种有机气体，它的来源主要有两种：自然源和

人为源。前者主要包括天然沼泽、湿地、河流、湖泊、海洋、热带森林等；后者

主要包括天然气泄漏、石油与煤的开采、热带生物质燃烧、城市垃圾处理等。目

前，全球每年CH4气体的排放量为5.35x108t,其中自然源为1.60xl08t,人为

源为3.75xl08to

(3)N2O工业革命前，大气中N2O的体积分数约为0.275x10—6,而目前约

为0.312x10飞。人为产生N2O的来源主要是生物质与化石燃料的燃烧、己二酸

与硝酸的生产、农田生态系统。

(4)HFCs和PFCs

HFCs(氢氟氯煌)是代替CFCs(氟利昂)作制冷剂、发泡剂等使用的一种卤代

烧，能产生很强的温室效应，主要来自工业生产领域；PFCs主要指CF4、C2F6

和C4FIO。等三种全氟代烷，其主要来源是铝的冶炼过程。

3.常见污染物对空气质量的影响

（1）二氧化硫对空气质量的影响

二氧化硫是危害空气质量的主要物质之一，排放的二氧化硫在大气中与水、

氧气反应形成各种酸性化合物，这些物质以两种方法沉降到地面：湿式（例如雨、

雹和雾）或者干式（例如气体和粒子）。

这些酸性化合物到达地面后，会导致地表水体酸化。很多河流由于酸度的上

升，使水生生物尤其是鱼类受到影响，当水体的pH小于5时，大部分水生生物

就会绝迹。

这些酸性化合物除了会直接毁坏树木和庄稼之外，还会破坏树木和庄稼赖以

生长的根基——土壤。当它们进入土壤后，会使土壤酸化，当土壤的pH小于适

宜植物生长的pH范围时，会导致树木和庄稼的死亡。

酸性化合物还会腐蚀地面的物体。例如，它们可以和建筑物中的某些结构（如

金属、大理石等）发生反应，导致建筑物毁坏。酸性化合物的沉降还会对汽车等

金属构造物进行腐蚀，造成了这些物体的社会价值严重降低，并导致维修费用大

大增加。

二氧化硫与悬浮颗粒物作用还会形成硫酸盐气溶胶，可以在大气中传播很远

的距离。硫酸盐气溶胶一旦被人体吸入，就会对人类的健康造成危害，导致哮喘

和支气管炎等的发病率上升。

（2）氮氧化物对空气质量的影响

氮氧化物包括一氧化氮、二氧化氮等。氮氧化物对空气质量的影响主要表现

为直接危害人体健康、形成酸雨、破坏臭氧层以及形成光化学烟雾等。

氮氧化物对呼吸器官有刺激作用。由于氮氧化物较难溶于水，因而能侵入呼

吸道深部细支气管及肺泡，并缓慢地溶于肺泡表面的水分中，形成亚硝酸、硝酸,

对肺组织产生强烈的刺激及腐蚀作用，引起肺水肿。亚硝酸盐进入血液后，与血

红蛋白结合生成高铁血红蛋白，引起组织缺氧。在一般情况下，当污染物以二氧

化氮为主时，对肺的损害比较明显，二氧化氮与支气管哮喘的发病也有一定的关

系.；当污染物以一氧化氮为主时，高铁血红蛋白症和中枢神经系统损害比较明

显。

当氮氧化物进入大气，经强烈的太阳紫外线照射后，会与空气中的氧气发生

一系列的光化学反应，生成臭氧及其他多种复杂的化合物，形成一种毒性很大的

浅蓝色烟雾，即光化学烟雾。光化学烟雾有强烈的刺激作用，能使人眼睛红肿，

喉咙疼痛，严重者会出现呼吸困难、视力衰退、头晕目眩、手足抽搐等症状。

(3)可吸入颗粒物对空气质量的影响

可吸入颗粒物对人体健康有严重危害，主要体现在两个方面：一是将细小的

颗粒物吸入肺内可产生刺激作用，出现黏液，从而引起肺部疾患。当有些心脏病

患者呼吸困难时，可导致心脏损害，严重者还有生命危险。二是微粒上附着的许

多有害物质(如重金属盐、多环芳煌等)，吸入肺内会影响身体健康。微粒越小，

所含的多环芳煌和杂环化合物越多，危害也就越大，甚至可导致肺癌等疾患。最

易受悬浮颗粒物影响的人群包括慢性肺病及心脏病、感冒或哮喘病患者，老年人

及儿童。

4.常见居室污染物的来源及危害

室内空气污染物从来源来看，可分为化学性污染物、生物性污染物及放射性

污染物。常见的污染物有甲醛、苯系物等有机物，氢等放射性污染物，碳氧化物，

氮氧化物，可吸入颗粒物等。

(1)甲醛

甲醛主要来源于人造木板、