高中化学高一必修一《二氧化硫的性质与环境影响》教学设计

高中化学高一必修一《二氧化硫的性质与环境影响》教学设计一、教学内容分析（一）课程标准解读课程标准是教学活动的核心依据，针对高中化学高一必修一《二氧化硫的性质与环境影响》章节，从以下四个维度进行精准解读：知识与技能：掌握二氧化硫（SO₂）的物理性质、化学性质（酸性氧化物通性、氧化还原性、漂白性），熟练书写相关化学方程式与离子方程式；具备SO₂相关实验的规范操作能力、实验现象分析能力及数据处理能力；能运用所学知识解释酸雨形成、大气污染治理等实际问题。过程与方法：通过“实验探究—现象分析—结论推导”的科学探究流程，培养学生的逻辑推理能力与批判性思维；借助对比分析（如SO₂与CO₂性质对比）、归纳总结等方法，构建无机物性质的认知模型。情感·态度·价值观：通过认识SO₂对环境的双重影响（污染物与工业原料），树立“绿色化学”理念与可持续发展意识；培养严谨求实的科学态度与社会责任感。核心素养：落实“宏观辨识与微观探析”（从宏观现象推导SO₂微观结构与性质）、“科学探究与创新意识”（设计验证SO₂性质的实验方案）、“社会责任与科学精神”（基于化学知识解决环境问题）的化学核心素养。（二）学情分析已有基础：学生已掌握氧气、二氧化碳等气体的性质，理解酸性氧化物的通性、氧化还原反应的基本概念，具备基础的实验操作技能（如气体制备、溶液配制）。认知特点：高一学生抽象思维处于发展阶段，对实验探究兴趣浓厚，但对复杂氧化还原反应的本质（价态变化）理解存在困难，对“物质性质与用途、环境影响”的关联认知不够系统。潜在困难：SO₂漂白性与氧化性、还原性的辨析；酸雨形成的多步反应机制；化学方程式中条件（如催化剂、温度）的规范书写；实验设计中变量控制的合理性分析。二、教学目标知识目标：识记SO₂的物理性质（颜色、气味、溶解性、密度等）；理解SO₂的化学性质，能准确书写SO₂与水、氧气、强碱、漂白性物质（如品红）的反应方程式；掌握酸雨的形成机制与危害，能解释SO₂在环境中的迁移转化过程；了解SO₂的工业应用（如硫酸制备、漂白剂）与污染防治技术。能力目标：能独立完成SO₂制备与性质验证的系列实验（如SO₂通入品红溶液、酸性KMnO₄溶液），规范记录实验现象并分析原因；能设计对比实验探究SO₂与CO₂的性质差异，提出合理的实验假设与验证方案；能运用数据图表（如酸雨pH变化曲线）分析SO₂的环境影响，提出污染防治建议。情感态度与价值观目标：认识化学知识在环境保护中的核心作用，树立“绿水青山就是金山银山”的生态理念；养成实验探究中严谨求实、如实记录的科学态度，培养团队协作与交流表达能力；主动关注大气污染问题，形成“绿色生活、低碳减排”的行为意识。科学素养目标：构建“物质结构—性质—用途—环境影响”的认知模型，用于分析其他非金属氧化物；能批判性评价SO₂相关的网络信息（如“二氧化硫完全有害”的片面观点），具备信息甄别能力；运用设计思维，针对工业SO₂减排提出创新性技术思路或政策建议。三、教学重点与难点（一）教学重点SO₂的化学性质（酸性氧化物通性、氧化还原性、漂白性）及相关化学方程式书写；酸雨的形成机制（SO₂的转化路径）与环境危害；SO₂的污染防治技术与工业应用的辩证关系。（二）教学难点SO₂氧化还原性的本质（硫元素价态变化：+4价→+6价或0价）及应用；可逆反应（如SO₂与水的反应）的特点与平衡思想的初步渗透；从微观反应机理推导宏观环境现象（如SO₂排放与酸雨pH的关联）。（三）难点突破策略采用“价态分析+实验验证”相结合的方式，通过酸性KMnO₄溶液褪色（氧化性）、H₂S溶液生成沉淀（还原性）等实验，具象化价态变化；运用数据可视化工具，展示SO₂溶于水的可逆过程中各粒子浓度变化曲线，辅助理解可逆反应；设计“问题链”层层递进：“SO₂为何能形成酸雨？”→“SO₂如何转化为硫酸？”→“如何阻断这一转化过程？”，引导学生自主推导结论。四、教学准备类别具体内容多媒体资源SO₂分子结构三维动画、酸雨形成微观模拟视频、工业脱硫技术实景纪录片、数据图表（如全球SO₂排放趋势图）教具SO₂分子球棍模型、硫元素价态转化数轴图、酸雨危害实物图片（如腐蚀后的大理石雕像）实验器材固液不加热型气体发生装置（分液漏斗+圆底烧瓶）、洗气瓶、试管、导管、橡胶塞、pH传感器、电子天平实验药品亚硫酸钠（Na₂SO₃）固体、浓硫酸（浓H₂SO₄，70%）、品红溶液、酸性KMnO₄溶液、澄清石灰水、H₂S溶液学习任务单实验记录表格、小组讨论指引、知识梳理思维导图模板、分层练习题库评价工具实验操作评分量表、知识掌握程度检测卷、小组探究成果评价量规预习资料教材相关章节、SO₂环境影响科普文章、预习思考题（如“生活中哪些场景会产生SO₂？”）五、教学过程（一）导入环节（5分钟）情境创设：展示两组对比图片：①某工业区未脱硫前的废气排放与周边植被枯萎景象；②脱硫后废气排放与绿化恢复实景；呈现数据：某地区20182023年SO₂浓度变化曲线（单位：μg/m³）与同期酸雨发生频率柱状图（如图1），提出核心问题：“SO₂浓度变化与酸雨发生频率为何呈现显著相关性？SO₂究竟是一种怎样的物质？”图1某地区SO₂浓度与酸雨发生频率关联图年份201820192020202120222023SO₂浓度（μg/m³）867258453832酸雨发生频率（%）32282115128旧知链接：引导学生回顾CO₂的性质（酸性氧化物通性、与水反应生成碳酸），提问：“SO₂与CO₂同为非金属氧化物，性质是否存在相似性？又有哪些差异？”学习路线明示：“本节课将通过实验探究SO₂的物理与化学性质→推导酸雨形成机制→分析SO₂的工业应用与环境危害→探讨污染防治策略，最终构建‘物质性质—环境影响—治理方案’的完整知识体系。”（二）新授环节（30分钟）任务一：探究SO₂的物理性质（5分钟）教师活动：演示实验：取少量Na₂SO₃固体于圆底烧瓶中，通过分液漏斗加入浓H₂SO₄，收集生成的SO₂气体，引导学生观察气体颜色、状态；打开橡胶塞，让学生闻气体气味（强调“扇闻法”）；向收集有SO₂的试管中加入少量蒸馏水，振荡后滴加紫色石蕊试液，观察现象。学生活动：观察实验现象，记录SO₂的颜色、状态、气味；分析石蕊试液变红的原因，推导SO₂的溶解性。知识梳理：总结SO₂的物理性质（如表2），强调“易溶于水”（1:40体积比）的特性。表2SO₂的物理性质性质具体特征颜色无色气味刺激性气味状态（常温）气态溶解性易溶于水（1体积水溶解40体积SO₂），可溶于乙醇、乙醚等有机溶剂密度比空气大（摩尔质量64g/mol>空气平均摩尔质量29g/mol）沸点10℃（易液化，可作为制冷剂）即时评价：能准确描述SO₂的3项及以上物理性质；能解释“石蕊试液变红”与溶解性的关联。任务二：探究SO₂的化学性质（15分钟）酸性氧化物通性：教师活动：引导学生类比CO₂与水、碱的反应，推导SO₂的相关反应，书写化学方程式；演示SO₂通入澄清石灰水的实验，观察“先变浑浊后澄清”的现象。核心反应方程式：\text{SO}_2+\text{H}_2\text{O}\rightleftharpoons\text{H}_2\text{SO}_3\quad(\text{可逆反应，亚硫酸为中强酸})\text{SO}_2+\text{Ca(OH)}_2=\text{CaSO}_3\downarrow+\text{H}_2\text{O}\quad(\text{澄清石灰水变浑浊})\text{CaSO}_3+\text{SO}_2+\text{H}_2\text{O}=\text{Ca(HSO}_3\text{)}_2\quad(\text{沉淀溶解，溶液澄清})氧化还原性：教师活动：展示硫元素价态转化数轴（如图2），分析SO₂中S为+4价（中间价态），既有氧化性又有还原性；分组实验：①SO₂通入酸性KMnO₄溶液；②SO₂通入H₂S溶液，记录实验现象。硫元素价态转化数轴：\text{S}^{−2}\xrightarrow{\text{失电子}}\text{S}^0\xrightarrow{\text{失电子}}\text{S}^{+4}(\text{SO}_2)\xrightarrow{\text{失电子}}\text{S}^{+6}(\text{SO}_3/\text{H}_2\text{SO}_4)（注：向左为得电子，体现氧化性；向右为失电子，体现还原性）核心反应方程式：还原性（与O₂反应，工业制硫酸关键步骤）：2\text{SO}_2+\text{O}_2\xrightleftharpoons[\Delta]{\text{V}_2\text{O}_5}2\text{SO}_3\quad(\text{可逆反应，放热})还原性（与酸性KMnO₄反应）：5\text{SO}_2+2\text{KMnO}_4+2\text{H}_2\text{O}=\text{K}_2\text{SO}_4+2\text{MnSO}_4+2\text{H}_2\text{SO}_4氧化性（与H₂S反应）：\text{SO}_2+2\text{H}_2\text{S}=3\text{S}\downarrow+2\text{H}_2\text{O}\quad(\text{生成淡黄色沉淀})漂白性：教师活动：演示实验：SO₂通入品红溶液，观察溶液褪色，加热褪色后的溶液，观察颜色恢复；对比氯水漂白实验，引导学生分析漂白原理差异。原理阐释：SO₂与有机色质（如品红）结合生成不稳定的无色化合物，受热易分解恢复原色（暂时性漂白）；氯水通过HClO的强氧化性破坏色质结构（永久性漂白）。学生活动：分组完成实验，记录现象；书写化学方程式；讨论SO₂漂白性与氧化性的区别。即时评价：能准确书写3个及以上SO₂相关化学方程式；能通过实验现象区分SO₂的氧化还原性与漂白性；能解释硫元素价态与性质的关联。任务三：SO₂的环境影响与防治（10分钟）酸雨形成机制：教师活动：结合SO₂的化学性质，推导酸雨形成的两步反应（如图3），明确“酸雨”定义（pH<5.6的降水）。核心反应：\text{2H}_2\text{SO}_3+\text{O}_2\xlongequal{\text{粉尘/光}}2\text{H}_2\text{SO}_4\quad(\text{亚硫酸被氧化为硫酸，酸性增强})\text{SO}_3+\text{H}_2\text{O}=\text{H}_2\text{SO}_4\quad(\text{SO}_2氧化生成的SO}_3\text{与水反应})图3酸雨形成路径示意图PlainTextSO₂（大气中）→与H₂O反应→H₂SO₃（亚硫酸）→被O₂/光氧化→H₂SO₄（硫酸）→随降水降落→酸雨（pH<5.6）↓（部分）被O₂催化氧化→SO₃→与H₂O反应→H₂SO₄→随降水降落→酸雨（pH<5.6）酸雨的危害：展示图片：①森林枯萎、土壤酸化；②大理石建筑腐蚀；③水体酸化导致鱼类死亡，总结酸雨对生态系统、建筑物、人类健康的危害。SO₂污染防治措施：教师活动：引导学生从“源头减排、过程控制、末端治理”三个维度讨论，结合工业生产实际，总结防治技术（如表3）。表3SO₂污染防治核心技术防治维度具体技术源头减排推广低硫燃料（如低硫煤）、开发清洁能源（太阳能、风能）、优化能源消费结构过程控制工业炉窑加装脱硫装置（如石灰石石膏法：CaCO₃+SO₂=CaSO₃+CO₂）末端治理废气脱硫：氨法脱硫（2NH₃·H₂O+SO₂=(NH₄)₂SO₃+H₂O）、活性炭吸附法政策监管实施SO₂排放总量控制、征收环保税、加强大气质量监测学生活动：小组讨论防治措施，结合生活实际提出“绿色出行”“节约用电”等个人行动建议。即时评价：能完整阐述酸雨形成的1条主要路径；能列举2项及以上工业脱硫技术；能提出1条可行的个人环保行动。（三）巩固训练（10分钟）基础巩固层填写下表，对比SO₂与CO₂的性质差异：性质SO₂CO₂气味漂白性与H₂S反应（方程式）（是否反应）与酸性KMnO₄反应（现象）（现象）写出SO₂转化为H₂SO₄的两步化学方程式：①________________________；②________________________。综合应用层某工厂排放的废气中含有SO₂，拟采用石灰石石膏法脱硫，已知废气中SO₂的体积分数为0.5%，处理1000m³（标准状况）废气，至少需要CaCO₃的质量为多少？（写出计算过程）分析下列现象并解释原因：（1）将SO₂通入品红溶液，溶液褪色，加热后又恢复红色；（2）酸雨地区的土壤肥力下降，农作物减产。拓展挑战层设计一个实验方案，验证某混合气体中同时含有SO₂和CO₂（提示：需先除去SO₂再检验CO₂），写出实验步骤、预期现象与结论。（四）课堂小结（5分钟）知识体系建构：引导学生用思维导图梳理本节课核心知识（如图4），强调“性质→用途→环境影响→防治措施”的逻辑关联。图4核心知识思维导图（文字描述）PlainText二氧化硫（SO₂）├──物理性质：无色、刺激性气味、易溶于水、比空气大├──化学性质│├──酸性氧化物通性：与水/碱/盐反应│├──氧化还原性：+4价S的转化（与O₂、H₂S、KMnO₄反应）│└──漂白性：暂时性漂白（与品红反应）├──环境影响│├──危害：形成酸雨（pH<5.6），破坏生态、腐蚀建筑│└──用途：工业制硫酸、漂白剂、防腐剂└──污染防治：源头减排、过程脱硫、政策监管方法提炼：总结“实验探究法”“对比分析法”“价态分析法”在非金属氧化物性质学习中的应用。作业布置：明确基础必做题、拓展选做题、探究创新题的完成要求与提交时间。六、作业设计（一）基础性作业（必做，1520分钟）完善SO₂性质对比表（课堂巩固训练第1题），并补充SO₂的工业用途；书写下列反应的化学方程式并配平：（1）SO₂与NaOH溶液反应（足量SO₂）；（2）SO₂与H₂O₂溶液反应（生成H₂SO₄）；简述酸雨的危害及日常生活中减少SO₂排放的个人行动。（二）拓展性作业（选做，2530分钟）查阅资料，撰写一篇短文（300字左右），分析“低硫煤推广”对大气污染治理的作用及局限性；计算：若某地区一次降雨的pH=4.5，假设雨水中的酸主要为H₂SO₄，计算雨水中H₂SO₄的物质的量浓度（忽略其他酸的影响）。（三）探究性作业（选做，1周内完成）设计实验探究“温度对SO₂溶于水反应速率的影响”，写出实验方案（包括实验原理、器材、步骤、变量控制、预期结果）；创作一份关于“防治酸雨，保护家园”的科普海报或短视频（时长13分钟），要求包含SO₂性质、酸雨危害及防治措施等核心信息。七、核心知识清单及拓展SO₂的物理性质：无色、刺激性气味、气态（常温）、易溶于水（1:40）、密度比空气大、沸点10℃（易液化）。SO₂的化学性质：酸性氧化物通性：与水生成H₂SO₃（可逆），与碱生成亚硫酸盐/亚硫酸氢盐；氧化还原性：+4价S可升为+6价（还原性）或降为0价（氧化性）；漂白性：与有机色质结合生成不稳定无色化合物（暂时性漂白）。核心化学方程式：\text{SO}_2+\text{H}_2\text{O}\rightleftharpoons\text{H}_2\text{SO}_32\text{SO}_2+\text{O}_2\xrightleftharpoons[\Delta]{\text{V}_2\text{O}_5}2\text{SO}_3\text{SO}_2+2\text{H}_2\text{S}=3\text{S}\downarrow+2\text{H}_2\text{O}5\text{SO}_2+2\text{KMnO}_4+2\text{H}_2\text{O}=\text{K}_2\text{SO}_4+2\text{MnSO}_4+2\text{H}_2\text{SO}_4酸雨形成与危害：形成：SO₂→H₂SO₃→H₂SO₄（或SO₂→SO₃→H₂SO₄）；危害：土壤酸化、森林枯萎、水体富营养化、建筑物腐蚀（如大理石：CaCO₃+H₂SO₄=CaSO₄+CO₂↑+H₂O）。SO₂的工业应用：制备硫酸、漂白纸张/草帽、食品防腐剂（如葡萄酒中适量添加）、制冷剂。污染防治技术：石灰石石膏法脱硫、氨法脱硫、低硫燃料替代、清洁能源开发。拓展知识：SO₂的实验室制备：Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O（固液不加热型装置）；可逆反应特点：正逆反应同时进行、一定条件下达到平衡、反应