高二化学：化学与可持续发展教学设计课件

课堂教学展示化学与可持续发展高二化学·课堂教学展示授课人：化学教研组课程导览01困境与觉醒资源环境问题呼唤化学担当02化学的双重角色贡献与代价的辩证审视03绿色化学之道从原理到技术的系统路径04可持续的实践典型案例中的化学智慧05责任与行动从课堂走向生活的践行困境与觉醒资源有限，觉醒是改变的开始人类正站在可持续发展的十字路口01资源与环境敲响警钟传统发展模式已难以为继—资源与环境敲响警钟“资源有限，觉醒是改变的开始资源压力化石能源、金属矿物、淡水资源等多类自然资源面临过度消耗压力污染交织大气污染、水体污染、土壤污染相互交织，威胁生态系统与人类健康模式困境传统"高消耗、高排放"的发展模式难以为继矛盾凸显资源有限性与需求增长之间的矛盾日益凸显可持续发展内涵解析“可持续发展强调既满足当代人的需求，又不损害后代人满足其需求的能力。”核心要义化学担当三个维度相互依存，环境维度是化学学科最直接的责任空间。经济维度2项转变增长方式推动发展从粗放走向集约高效实现资源高效利用以更少资源投入创造更大产出社会维度2项促进公平公正让发展成果惠及全体成员保障人的全面发展为每个人创造成长空间环境维度2项维护生态系统稳定守住生态平衡底线控制污染排放从源头减少环境负荷化学为何关乎可持续发展化学处于资源与产品的转化枢纽，直接影响资源利用效率与污染排放水平学习化学，既是理解环境问题的钥匙，也是寻找解决方案的路径资源开发资源开发离不开化学转化技术污染治理污染治理依托化学原理与方法新材料新能源新材料、新能源的突破以化学反应研究为基础线性经济难以为继传统线性模式将自然资源单向转化为废弃物。传统"开采—生产—消费—废弃"的线性模式，将自然资源单向转化为废弃物开采›生产›消费›废弃这种"用完即弃"的思路，是环境问题不断累积的深层根源。资源输入端无节制开采，加速资源枯竭生产过程端低转化率造成物料浪费消费末端端废弃物大量进入环境走向循环经济循环经济主张把废弃物变成资源，让物质在资源—产品—再生资源中循环流动。循环经济主张把废弃物变成资源，让物质在资源—产品—再生资源中循环流动前端从源头减少资源消耗与废物产生→中端提高转化效率，延长产品使用寿命→末端废弃物再生利用，重新进入循环化学方法贯穿循环链条的每一环，实现循环经济正是化学大显身手的舞台化学的双重角色一把双刃剑，关键在于如何使用化学既创造福祉，也带来挑战02化学是现代文明的基石现代生活的方方面面都建立在化学成果之上。医药与健康合成药物疫苗检测试剂农业与粮食化肥农药保鲜技术能源与交通燃料开发电池技术轻质材料材料与日用品塑料纤维洗涤剂建材牺牲环境的代价化学成果若被不当使用，也会转化为环境与健康的威胁。🏭工业三废排放导致大气、水体、土壤污染🌾化肥农药过量使用造成土壤板结与水体富营养化塑料制品难以降解，形成长期污染化学品残留通过食物链富集，危害生态安全污染的化学本质污染并非抽象概念，其背后是可分析的化学过程。大气污染气态污染物污染物的形成与扩散硫氧化物、氮氧化物与颗粒物的产生、传输与沉降过程水体污染迁移转化在江河湖海中的变化重金属离子、耗氧有机物与富营养化物质的迁移转化土壤污染累积富集在土壤中的长期存留难降解有机物与重金属的累积、吸附与生物富集贡献与代价辩证看待化学本身是中性工具，关键在于人类如何使用。层面贡献代价生产高效合成新物质能耗高、副产物多生活丰富物质供给废弃物难处理环境提供治理技术不当排放致污染辩证看待化学，既不盲目否定，也不回避问题。化学本身是中性工具，关键在于人类如何使用。从末端治理到源头预防末端治理污染产生后再处理，成本高、环节多污染产生后再处理，成本高、环节多源头预防在设计与合成阶段就避免污染产生与其治理废物，不如不产生废物这一思想转变，直接催生了

绿色化学

的诞生。传统环保侧重“先污染、后治理”，而

源头预防

才是治本之策。绿色化学之道从源头消除污染，而非末端治理绿色化学是可持续发展的核心路径03绿色化学的核心理念“绿色化学又称环境友好化学，主张在化学生产的全过程中预防污染、提高资源利用率。”“绿色化学把环保要求内化进化学设计本身，而非生产之后的补救。”目标从源头消除或减少污染物的产生和使用途径设计安全的化学品与低废物的合成路线与末端治理的区别关口前移，防患于未然原子经济性：核心原则原子经济性衡量反应物中的原子转化为目标产物的程度原子利用率=期望产物的总相对分子质量反应物的总相对分子质量×100%衡量标准分子量计算反应物分子量=各原子量之和百分率表达比值

×100%得到百分率高利用率价值原子利用率越高，原料浪费和副产物越少高经济性反应类型加成反应、聚合反应通常原子经济性较高路线选择原则应优先选择原料原子尽可能进入产物的反应路线绿色化学十二原则（上）十二原则为绿色化学提供了系统的设计指南，前六项聚焦合成本身。预防污染原则一防止废物产生优于事后治理。原子经济性原则二让反应物尽量全部转化为产物。低毒性合成原则三使用和生成低毒性物质。设计安全化学品原则四在保持功效的同时降低毒性。绿色化学十二原则（下）十二原则共同构成绿色化学的设计框架。后六项原则延伸到原料、过程与全过程安全。六项原则原料过程安全可再生原料优先采用可再生资源减少衍生物避免不必要的衍生与保护步骤催化选用高效选择性催化剂可降解设计产品用后可降解为无害物质实时分析过程实时监控以防污染形成本质安全化学选用低危险性物质防止事故绿色催化的力量“催化剂是绿色化学的核心工具，能以较低能耗实现高效转化。”—绿色化学“一个高效催化剂，常常意味着整个工艺的绿色升级。”催化剂的四大优势提高选择性减少副产物生成降低活化能使反应在温和条件下进行可循环使用减少化学品的消耗与排放生物催化酶催化与仿生催化实现绿色合成绿色溶剂与反应介质传统有机溶剂常具毒性、易燃、挥发性强等隐患，绿色替代是重要方向。超临界流体如超临界二氧化碳，用作安全萃取与反应介质。离子液体蒸气压低、可设计的绿色溶剂。水相反应以水为溶剂，廉价安全。无溶剂反应直接从源头省去溶剂使用。绿色工艺设计流程绿色工艺设计是在多环节系统权衡的结果。各环节统筹设计，才能实现整体最优的绿色效果。第1步目标设定明确产物功能与绿色指标从源头确立功能与绿色指标的双重要求。第2步路线筛选比较不同合成路线的原子经济性与毒性权衡各路线的原子经济性与毒性，择优选用。第3步条件优化选择催化剂、溶剂与温和反应条件优选催化剂与溶剂，采用温和反应条件降低能耗。第4步过程监控实时分析减少废物通过实时分析及时调控，从过程中减少废物产生。第5步产品设计考虑使用后的可降解性末端环节纳入可降解性考量，闭环绿色设计。可持续的实践原理落地，案例说话在真实场景中见证化学的力量04自然资源的开发与保护自然资源是人类生产生活的物质基础，开发必须兼顾当前与长远。不可再生资源金属矿物需节约与循环利用化石燃料需节约与循环利用节约循环利用可再生资源生物质需合理开发防止破坏再生能力水能需合理开发防止破坏再生能力合理开发开发总原则减减量化再再利用再再循环资源开发利用的每个环节，都蕴含着化学的方法与智慧。海水资源的综合利用化学方法把广袤海水转化为可用资源。海水是巨大的

资源宝库，蕴含大量淡水资源与化学元素。海水淡化3法蒸馏法获取淡水电渗析法获取淡水反渗透法获取淡水氯碱工业3产电解食盐水制备氯气电解食盐水制备氢气电解食盐水制备烧碱海水提溴1法氧化还原反应富集溴元素海水提镁沉淀、转化获得镁及其化合物金属矿物与金属冶炼金属冶炼的本质是利用化学方法将金属从化合物中还原出来冶炼方法01活泼金属可用电解法冶炼，如铝的冶炼02中等活泼金属采用热还原法冶炼03不活泼金属采用热分解法或富集提取回收利用资源循环废旧金属回收节约资源废旧金属回收降低能耗化石燃料的综合利用化石燃料不仅是能源，更是重要的化工原料。石油分馏按沸点分离，获得多种产品裂化/裂解将重质油转化为轻质油品与气体重整提升油品辛烷值，增产芳烃深加工煤干馏隔绝空气加热分解，获得焦炭产品同时副产煤焦油与焦炉气价值化工原料多级利用，资源不浪费综合利用天然气清洁燃烧污染物少，环保效益突出能源热值高，广泛用于发电与民用原料制取合成气，通向化工合成清洁能源化学品的合理使用化肥、农药、食品添加剂等化学品必须科学合理使用化肥适量施肥防止水体富营养化与土壤退化农药选择低毒高效品种控制残留风险食品添加剂在标准范围内使用保障品质取其所利、避其所害合理使用是化学为生活质量服务的正确方式绿色工艺典型案例催化技术以催化技术替代旧工艺，在提升反应效率的同时减少副产物生成。可再生原料以可再生原料逐步替代化石原料，从源头降低对不可再生资源的依赖。绿色溶剂采用绿色溶剂或无溶剂工艺，替代传统溶剂使用，减少挥发性有机物排放。过程强化通过过程强化手段，提高能效、降低排放，实现更清洁的生产路径。责任与行动认知改变世界，行动定义未来从课堂走向生活，做可持续的践行者05日常生活如何绿色选择绿色生活并不遥远，每一次选择都在践行可持续理念。消费选择减少一次性用品选择可降解产品日常使用节约水电合理使用洗涤剂与化学品末端处理做好垃圾分类支持回收再利用信息判断用所学化学知识辨别环保宣传真伪3R原则化解资源困局3R原则是应对资源环境问题的重要行动准则。Reduce减量化从源头减少物质与能源消耗源头减量Reuse再利用延长物品使用寿命，重复使用延长寿命Recycle再循环废弃物回收加工为再生资源资源再生青年一代的责任担当可持续发展不只是一句口号，更是青年一代的历史责任。学习者角色01掌握化学与环保的科学知识践行者角色02在日常生活坚持绿色选择传播者角色03影响身边人共同参与创新者角色04未来投身绿色科技研发全课知识脉络回顾本课沿着发现问题—认识问题—解决问题—验证实践—承担责任的逻辑链条展开。第1章困境与觉醒认识资源环境压力直面当今面临的资源与环境挑战，建立问题意识。第2章双重角色辩证看待化学的贡献与代价一分为二审视化学带来的进步与其产生的负面影响。第3章绿色化学之道掌握源头预防的原理与方法理解源头预防的核心原则，习得绿色化学的具体方法。第4章可持续的实践在案例中理解原理的落地通过真实案例，观察绿色原理如何转化为实际应用。第5章责任