人教版 (2019)必修 第二冊環(huán)境保護與綠色化學(xué)教學(xué)設(shè)計

這是一份人教版 (2019)必修 第二冊環(huán)境保護與綠色化學(xué)教學(xué)設(shè)計，共10頁。教案主要包含了問題探究，要點歸納等內(nèi)容，歡迎下載使用。
教學(xué)目標(biāo)
評價目標(biāo)
1.通過評價反饋1、2、4,培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)和環(huán)境保護意識。
2.通過評價反饋3,診斷學(xué)生對原子經(jīng)濟性反應(yīng)的理解。
重點、難點
重點:垃圾的資源化、綠色化學(xué)和環(huán)境保護意識的培養(yǎng)。
難點:培養(yǎng)綠色化學(xué)的理念和分析并解決問題的能力。
教法、學(xué)法
自學(xué)和討論。
課時安排
1課時。
教學(xué)準(zhǔn)備
搜集與環(huán)境保護有關(guān)的材料,準(zhǔn)備多媒體,學(xué)生完成自主預(yù)習(xí)。
教學(xué)設(shè)計
【引課】投影圖片“一起守護綠水青山”,引入新課。
【教師】人類和其他生物生存的生物圈與大氣圈、水圈和巖石圈不斷地進行著物質(zhì)和能量的交換,共同構(gòu)成了地球生態(tài)系統(tǒng)。通常所說的環(huán)境問題,主要是指由于人類不合理地開發(fā)和利用自然資源而造成的生態(tài)環(huán)境破壞,以及工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活所造成的環(huán)境污染。
教師講解:環(huán)境問題的含義——生態(tài)環(huán)境破壞和環(huán)境污染。
環(huán)境保護當(dāng)前的任務(wù):
(1)對環(huán)境情況的檢測;
(2)“三廢”的治理;
(3)尋找源頭治理環(huán)境的生產(chǎn)工藝。
要較好地完成這些任務(wù),都離不開化學(xué)知識。
【學(xué)生】展示自主預(yù)習(xí)成果。
一、化學(xué)與環(huán)境保護
1.環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的意義
對污染物的存在形態(tài)、含量等進行分析和測定,為控制和消除污染提供可靠的數(shù)據(jù),是進行環(huán)境質(zhì)量評價和污染治理的基礎(chǔ)。
2.化學(xué)與“三廢”污染
(1)“三廢”污染:是指工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水、廢氣和廢渣對環(huán)境的污染。
(2)次生污染物的形成
(3)化學(xué)與污水處理
①污水處理的常用方法有物理法、化學(xué)法和生物法等。
②污水處理常用的化學(xué)方法:中和法、氧化還原法、沉淀法等。
③污水處理的流程
a.一級處理:通常采用物理方法,即用格柵間、沉淀池等除去污水中不溶解的污染物。經(jīng)一級處理后的水一般達不到排放標(biāo)準(zhǔn),所以通常將一級處理作為預(yù)處理。
b.二級處理:采用生物方法(又稱微生物法)及某些化學(xué)方法,除去水中的可降解有機物等污染物。經(jīng)二級處理后的水一般可以達到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
c.三級處理:主要采用化學(xué)沉淀法、氧化還原法、離子交換法和反滲透法等,對污水進行深度處理和凈化。經(jīng)過三級處理后的水可用于綠化和景觀用水等。
(4)固體廢棄物的處理
工業(yè)廢渣和生活垃圾等固體廢物的處理應(yīng)遵循無害化、減量化和資源化的原則,達到減少環(huán)境污染和資源回收利用這兩個重要目的。
二、綠色化學(xué)
1.綠色化學(xué)也稱環(huán)境友好化學(xué),其核心思想就是改變“先污染后治理”的觀念和做法,利用化學(xué)原理和技術(shù)手段,減少或消除產(chǎn)品在生產(chǎn)和應(yīng)用中涉及的有害化學(xué)物質(zhì),實現(xiàn)從源頭減少或消除環(huán)境污染。
2.簡單而言,化學(xué)反應(yīng)就是原子重新組合的過程。因此,按照綠色化學(xué)的思想,最理想的“原子經(jīng)濟性反應(yīng)”就是反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物,這時原子利用率(即期望產(chǎn)物的總質(zhì)量與生成物的總質(zhì)量之比)為100%。
3.綠色化學(xué)示意圖
4.開發(fā)和利用自然資源遵循的三原則(“3R”原則):減量化、再利用和再循環(huán)。
學(xué)生討論交流。
【問題探究】
1.含硫氧化物和含氮氧化物是形成酸雨的主要物質(zhì)。工業(yè)上常利用它們與一些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)加以控制、消除和回收利用。請舉例說明這些方法所依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)類型。
提示:例如,針對我國燃料以煤炭為主,酸雨類型屬于硫酸型的特點,主要采取燃料預(yù)脫硫、爐內(nèi)脫硫和煙囪排氣除硫等措施,用CaCO3、CaO、Ca(OH)2、NH3等吸收脫硫,其主要化學(xué)反應(yīng)原理和類型如下:
CaCO3CaO+CO2↑ 分解反應(yīng)
CaO+SO2CaSO3 化合反應(yīng)
2CaSO3+O22CaSO4 化合反應(yīng)(或氧化還原反應(yīng))
SO2+2NH3+H2O(NH4)2SO3 化合反應(yīng)
再如,機動車輛的尾氣排放也同樣需要控制,其中的氮氧化物還是光化學(xué)污染的主要成因,它比硫氧化物的消除難度大,一般采用CH4、H2等在Pt、Pd等的催化作用下將氮氧化物還原為N2和H2O,其主要化學(xué)反應(yīng)原理和類型如下:
CH4+4NO24NO+CO2+2H2O 氧化還原反應(yīng)
CH4+4NO2N2+CO2+2H2O 氧化還原反應(yīng)
2.含氮、磷元素的污水大量任意排入河流、湖泊和近海水域,會出現(xiàn)水華、赤潮等水體污染問題。你認(rèn)為在城市和農(nóng)村出現(xiàn)的這種水體污染各有什么特點?怎樣預(yù)防?
提示:導(dǎo)致水華、赤潮現(xiàn)象的原因,從農(nóng)村方面來說,主要是人們的日常生活、水產(chǎn)及禽畜養(yǎng)殖等產(chǎn)生的污水或固體廢棄物未經(jīng)處理排放,化肥的不恰當(dāng)施用等;從城市方面來說,主要是人們的生活廢水及工業(yè)生產(chǎn)廢水的排放等。
水華、赤潮現(xiàn)象達到一定程度,會使飲用水(淡水)水源受到威脅,水生生物大量減少,生態(tài)遭到破壞,水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)更是面臨毀滅性打擊。
預(yù)防水華、赤潮現(xiàn)象的發(fā)生,一要少用或不用含氮、磷的洗滌劑,合理施用化肥,適量向水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)投放飼料等;二要對產(chǎn)生的含氮、磷的廢水及固體廢棄物做科學(xué)合理的處理。
3.設(shè)計由Cu制備CuSO4的實驗方案,并評價優(yōu)劣。
提示:
方案1:CuCuSO4;
方案2:CuCuOCuSO4。
方案1產(chǎn)生SO2污染氣體,且H2SO4的利用率低;而方案2無污染氣體產(chǎn)生,且H2SO4的利用率高。
【要點歸納】
1.常見的環(huán)境問題
2.尋找從源頭上治理環(huán)境污染的生產(chǎn)工藝
從人類生產(chǎn)活動的角度來說,污染物的排放大都是從物質(zhì)的工業(yè)生產(chǎn)開始的,實施清潔能源生產(chǎn)既能滿足人們的物質(zhì)需求,又可以合理使用自然資源,同時能從根本上解決環(huán)境問題。
3.綠色化學(xué)對化學(xué)反應(yīng)的要求
注意:原子利用率=期望產(chǎn)物的總質(zhì)量生成物的總質(zhì)量×100%。
評價反饋
1.以下非金屬氧化物與其引起的環(huán)境問題及主要來源對應(yīng)正確的是( )
2.化學(xué)與生活密切相關(guān)。下列說法錯誤的是( )
A.PM2.5是指直徑不大于2.5 μm的可吸入懸浮顆粒物
B.綠色化學(xué)要求從源頭上消除或減少生產(chǎn)活動對環(huán)境的污染
C.燃煤中加入CaO,可以減少酸雨的形成及溫室氣體的排放
D.天然氣和液化石油氣是我國目前推廣使用的清潔燃料
3.在“綠色化學(xué)工藝”中,理想狀態(tài)是反應(yīng)物中的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物,即原子利用率為100%。下列反應(yīng)類型能體現(xiàn)“原子經(jīng)濟性”原則的是( )
①置換反應(yīng) ②化合反應(yīng) ③分解反應(yīng) ④取代反應(yīng) ⑤加成反應(yīng) ⑥加聚反應(yīng) ⑦酯化反應(yīng)

A.②⑤⑥B.②④⑤C.⑥D(zhuǎn).⑥⑦
4.綠色化學(xué)是指從技術(shù)、經(jīng)濟上設(shè)計可行的化學(xué)反應(yīng),盡可能減少對環(huán)境的副作用。下列化學(xué)反應(yīng)不符合綠色化學(xué)理念的是( )
A.消除硫酸廠尾氣排放:SO2+2NH3+H2O(NH4)2SO3
B.消除硝酸廠的氮氧化物污染:NO2+NO+2NaOH2NaNO2+H2O
C.制CuSO4:Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O
D.制CuSO4:2Cu+O22CuO、CuO+H2SO4CuSO4+H2O
答案:1.C 2.C 3.A 4.C
【教師】長期以來,科學(xué)技術(shù)為人類帶來了巨大的物質(zhì)財富,而社會發(fā)展卻面臨著越來越大的環(huán)境壓力。如何協(xié)調(diào)資源開發(fā)利用與環(huán)境保護的關(guān)系,實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展?綠色化學(xué)的理論和實踐為人類解決環(huán)境問題提供了全新的思路。
1.核心:利用化學(xué)原理從源頭上減少或消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境造成的污染,又稱為“環(huán)境無害化學(xué)”“環(huán)境友好化學(xué)”“清潔化學(xué)”。從學(xué)科觀點看,是化學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容的更新(改變反應(yīng)歷程)。從環(huán)境觀點看,強調(diào)從源頭上消除污染(從一開始就避免污染物的產(chǎn)生)。從經(jīng)濟觀點看,它提倡合理利用資源和能源,降低生產(chǎn)成本(盡可能提高原子利用率)。
2.熱點:原子經(jīng)濟性——反應(yīng)物原子全部轉(zhuǎn)化為最終的期望產(chǎn)物,原子利用率為100%。
總結(jié):開發(fā)和利用自然資源,必須站在人與自然和諧共生的高度,遵循減量化(reduce)、再利用(reuse)和再循環(huán)(recycle)的原則,踐行綠色發(fā)展理念,保護生態(tài)環(huán)境。這關(guān)系到人類的生存和可持續(xù)發(fā)展,需要全社會共同努力,為子孫后代留下良好的生存空間和更加美好的未來。
教學(xué)反思
本節(jié)課內(nèi)容能使學(xué)生對化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展有一個全面的認(rèn)識。通過用物理方法和化學(xué)手段來實現(xiàn)垃圾資源化的實例,以及從源頭上實現(xiàn)污染的零排放的實例分析,使學(xué)生能夠切身感受到化學(xué)與人類社會、化學(xué)與環(huán)境保護、化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展的密切關(guān)系。對于環(huán)境污染部分內(nèi)容在課前的預(yù)習(xí)探究中由學(xué)生通過資料的查閱自主完成,課堂上對垃圾的資源化部分,通過具體問題的分析和解決,讓學(xué)生通過實際體驗來完成,對于綠色化學(xué)部分,通過定性和定量兩個角度對實例進行分析,從而實現(xiàn)知識的全面掌握。最終引導(dǎo)學(xué)生利用化學(xué)知識解決實際問題,培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感以及愛護環(huán)境、保護環(huán)境的使命感。
板書設(shè)計
第三節(jié) 環(huán)境保護與綠色化學(xué)
備課資源
二氧化碳捕獲技術(shù)
二氧化碳捕獲技術(shù)用于去除氣流中的二氧化碳或者分離出二氧化碳作為氣體產(chǎn)物。捕獲是碳捕獲與封存(Carbn Capture and Strage,簡稱CCS技術(shù))的第一步。二氧化碳在運輸和封存時需要以較高的純度存在,而在大多數(shù)情況下工業(yè)尾氣中二氧化碳的濃度達不到這個要求,所以必須從尾氣中將二氧化碳分離出來,這一過程稱為二氧化碳的捕獲。二氧化碳捕獲技術(shù)可以分為化學(xué)吸收、物理吸收、物理吸附、膜分離、深冷分離等若干類別,在應(yīng)用時需要根據(jù)二氧化碳排放源的實際特點和參數(shù)等進行捕獲方式和設(shè)備的選擇。
碳捕獲過程在石油、化學(xué)和電力工業(yè)的應(yīng)用已有幾十年的歷史。采用當(dāng)前技術(shù)在典型的發(fā)電廠捕獲全部或34二氧化碳,需要比一般設(shè)備大出許多數(shù)量級的設(shè)備——高成本、高耗能的選擇。
二氧化碳捕獲的原理和性能
1.化學(xué)吸收法
化學(xué)吸收二氧化碳是利用化學(xué)試劑與二氧化碳之間的化學(xué)反應(yīng)將二氧化碳從煙氣中分離出來的方法。利用某些化學(xué)試劑能夠與CO2反應(yīng)生成化合物的性質(zhì)捕獲CO2。適合CO2濃度(或分壓)低的場合,如燃煤電廠、水泥廠、鋼鐵廠的煙氣捕獲等?；境墒?已有工業(yè)示范,裝置規(guī)模小。
2.物理吸收法
物理吸收捕獲是利用某些物理溶劑對二氧化碳的溶解度遠大于煙氣中其他組分的特性實現(xiàn)二氧化碳與其他組分的分離。使用物理試劑的捕獲工藝主要有兩大類:一類使用聚乙二醇二甲醚作為捕獲試劑,典型的工藝包括聯(lián)合碳化物公司開發(fā)的Selexl工藝以及我國南化集團研究院開發(fā)的NHD工藝;另外一類采用甲醇作為捕獲試劑,典型工藝是德國林德公司和魯奇公司聯(lián)合開發(fā)的Rectisl低溫甲醇洗工藝。
3.物理化學(xué)吸收法
除純粹的化學(xué)吸收捕獲法和物理吸收捕獲法外,一些企業(yè)還開發(fā)出了針對化學(xué)試劑和物理試劑相混合的混合試劑的捕獲工藝,以利用化學(xué)吸收捕獲和物理吸收捕獲方法的性能優(yōu)勢,這被稱為物理化學(xué)吸收捕獲法。
新型捕獲技術(shù)
1.吸附分離技術(shù)
吸附分離技術(shù)利用吸附劑表面活性點與不同氣體分子之間吸引力的差異實現(xiàn)不同氣體組分的分離。吸附劑的氣體處理能力一般與吸附劑的比表面積有關(guān),比表面積越大,則吸附劑的氣體處理能力越強。所以,吸附劑一般都是多孔材料,常用的吸附劑包括分子篩、活性炭、硅膠和活性氧化鋁等,或是采用某兩種或幾種吸附劑的組合。研究結(jié)果顯示,由于二氧化碳的分子空間結(jié)構(gòu)、分子極性等固有的性質(zhì),絕大多數(shù)吸附劑對二氧化碳的吸附能力都比甲烷、一氧化碳、氫氣和氮氣等其他氣體大,因此絕大多數(shù)吸附劑都可以用于二氧化碳的分離。
2.膜分離技術(shù)
膜分離是利用不同氣體組分在一些膜材料中滲透速率不同的特點實現(xiàn)二氧化碳分離的捕獲方法。膜分離技術(shù)的核心是確定對不同氣體組分具有選擇透過性的膜材料,多為半滲透的非多孔介質(zhì)膜。氣體在膜中滲透遵循的是溶解-擴散機理,即吸附在膜的一側(cè)表面的氣體分子溶解,并在濃度差的作用下向膜中擴散、移動,然后從膜的另一側(cè)解析出來。由于不同氣體在膜中的溶解擴散速率不同,因此可以實現(xiàn)不同氣體組分的分離。
歷年高考題薈萃
1.(2020·江蘇)打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn),提高空氣質(zhì)量。下列物質(zhì)不屬于空氣污染物的是( )

A.PM2.5B.O2C.SO2D.NO
答案:B
2.(2020·全國Ⅱ)二氧化碳的過量排放可對海洋生物的生存環(huán)境造成很大影響,其原理如下圖所示。下列敘述錯誤的是( )
A.海水酸化能引起HCO3-的濃度增大、CO32?的濃度減小
B.海水酸化能促進CaCO3的溶解,導(dǎo)致珊瑚礁減少
C.CO2能引起海水酸化,其原理為HCO3-H++CO32?
D.使用太陽能、氫能等新能源可改善珊瑚的生存環(huán)境
答案:C
解析:當(dāng)酸化時,促使平衡H++CO32?HCO3-、CaCO3Ca2++CO32?均向右移動,A、B正確;CO2引起海水酸化是由H2CO3的一級電離引起的:H2CO3HCO3-+H+,C錯誤;使用太陽能和氫能等新能源可以減少CO2的排放,D正確。
3.(2020·全國Ⅱ)據(jù)文獻報道:Fe(CO)5催化某反應(yīng)的一種反應(yīng)機理如下圖所示。下列敘述錯誤的是( )
A.OH-參與了該催化循環(huán)
B.該反應(yīng)可產(chǎn)生清潔燃料H2
C.該反應(yīng)可消耗溫室氣體CO2
D.該催化循環(huán)中Fe的成鍵數(shù)目發(fā)生變化
答案:C
解析:分析反應(yīng)歷程,找到催化劑的最初形態(tài):Fe(CO)5,即,可將其看成整個反應(yīng)循環(huán)的起點。在這個反應(yīng)過程中,OH-首先與Fe(CO)5反應(yīng),A正確;該反應(yīng)過程中有H2放出,B正確;反應(yīng)過程中吸收CO,釋放出了CO2,C錯誤;對含鐵物質(zhì)進行分析,一個含鐵粒子中鐵的成鍵數(shù)目有4、5、6三種,D正確。
4.(2018·全國Ⅱ)研究表明,氮氧化物和二氧化硫在形成霧霾時與大氣中的氨有關(guān)(如下圖所示)。下列敘述錯誤的是( )
A.霧和霾的分散劑相同
B.霧霾中含有硝酸銨和硫酸銨
C.NH3是形成無機顆粒物的催化劑
D.霧霾的形成與過度施用氮肥有關(guān)
答案:C
課標(biāo)要求
素養(yǎng)要求
1.了解環(huán)境污染的主要因素、危害及防治的方法。
2了解綠色化學(xué)、原子經(jīng)濟性反應(yīng)的內(nèi)涵,知道它們在對利用資源、保護環(huán)境中的重要意義,加強環(huán)境保護意識,并培養(yǎng)綠色化學(xué)的理念。
1.科學(xué)態(tài)度:知道綠色化學(xué)、原子經(jīng)濟性反應(yīng)在對利用資源、保護環(huán)境中的重要意義,加強環(huán)境保護意識,并培養(yǎng)綠色化學(xué)的理念。
2.社會責(zé)任:認(rèn)識化學(xué)對環(huán)境保護的重要意義,培養(yǎng)利用化學(xué)知識解決實際問題的意識和保護環(huán)境的社會責(zé)任感。
環(huán)境
問題
主要污染物
主要危害
溫室
效應(yīng)
CO2
造成全球氣候變暖,水位上升,陸地面積減小等
酸雨
SO2、NOx
土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蝕等
臭氧層
破壞
氟氯代烷、NOx
到達地球表面的紫外線明顯增多,給人類健康及生態(tài)環(huán)境帶來多方面危害
光化學(xué)
煙霧
碳氫化合物、NOx
刺激人體器官,特別是人的呼吸系統(tǒng),使人生病,甚至死亡
白色
污染
廢棄塑料制品
①在土壤中影響農(nóng)作物吸收水分和養(yǎng)分,導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)
②混入生活垃圾中難處理、難回收
③易被動物當(dāng)作食物吞入,導(dǎo)致動物死亡
赤潮和
水華
廢水中含氮、磷元素的營養(yǎng)物質(zhì)
使水體富營養(yǎng)化,導(dǎo)致水中藻類瘋長,消耗水中溶解的氧,使水體變得渾濁,水質(zhì)惡化
PM2.5
顆粒物
污染空氣,形成霧霾天氣,增加交通事故,危害人體健康
選項
氧化物
環(huán)境問題
主要來源
A
CO2
破壞臭氧層
化石燃料的燃燒
B
SO2
溫室效應(yīng)
汽車尾氣的排放
C
NO2
光化學(xué)煙霧
工廠廢氣、汽車尾氣的排放
D
CO
酸雨
汽車尾氣和化石燃料的不完全燃燒