《環境保護與綠色化學》教案

《環境保護與綠色化學》教案一、教材分析本節教材主要使學生了解化學在環境保護工作中發揮作用的三個主要領域，即環境監測、“三廢”治理和綠色化學及原子經濟原則的應用。通過一些思考與交流活動，使學生認識硫酸型酸雨的形成及其化學控制原理，討論在化學實驗室中應該注意的環境保護問題，等等。在化學品設計和生產中，從反應物到產物的全過程按照“原子經濟性反應”原則做到物盡其用；在化工行業規劃和研究中，按照“循環經濟”原則做到可持續發展，同時兼顧物美價廉的傳統性標準。教材介紹了生物質煉油、以生物質資源替代化石燃料的生產路線、人工光合作用研究等內容，使綠色化學的思想觀念得到了重視和提倡。本節內容還凸顯了時代性的要求，增加了諸如次生污染物（如酸雨、霧霾和光化學煙霧等）的形成、污水的處理等內容，也增加了“化學與職業”欄目介紹環境保護工程師，以增強學生珍惜資源、珍愛生命、愛護地球等現代公民應該具有的意識，提高他們愛護環境“從我做起、從身邊做起”的自覺性和行動能力。二、教學目標1．能列舉常見的大氣、水體和土壤的污染物及其危害，說明常見污染的成因和防治措施的化學原理，樹立“綠水青山就是金山銀山”的理念。2．以酸雨防治和污水處理為例，設計簡單的防治方案，體會化學原理的應用對環境保護的作用，說明化學科學在生產、生活中的應用價值。3．通過環氧乙烷兩種制備方法的討論，樹立“綠色化學”的觀念，并能運用“綠色化學”思想分析和討論化工生產的相關問題，形成節約和循環利用的可持續發展意識。三、教學重難點教學重點：SO2等污染物的控制、消除和回收利用；污水處理的流程、方法、原理。教學難點：綠色化學觀念的形成和綠色化學思想的運用。四、教學方法講授法、練習法、討論法五、教學過程教學環節教師活動學生活動設計意圖導入新課【情境導入】展示身邊優美的自然風景圖片，讓人賞心悅目的同時，通過“世界環境日”話題互動，引入本節課的意義。介紹我國的環保態度與行動，也是思想價值觀與責任擔當的教育。伴奏剪輯的音樂《天堂》，讓學生沉浸美中而靜下心來。音樂與圖片吸引學生興趣，也能吸引學生的注意力，激發學習興趣。學習新課學習新課環境污染在生活中無處不在，請同學們談談哪些環境問題與化學密不可分?【講解】什么是環境問題？“三廢”指什么？環境污染包含哪些方面？【化學與職業介紹】一名合格的環境保護工程師的要求。【閱讀總結】閱讀課本P117-118頁。了解環境問題、“三廢”、環境污染及其防治。提高學生閱讀提取信息的能力。培養科學態度和社會責任感核心素養第一層次：感性認識。【提問】我們是如何知道環境惡劣，破壞或者說被污染很嚴重呢？【講解】環境監測。要完成環境監測離不開化學。環保工作者的重要任務。“三廢”解釋及其治理。【邊看邊聽】在老師講解下，學生要當堂了解環境監測，明白環境監測工作離不開化學，以及環保工作者的重要任務。學生已經了解了兩大類環境問題，“三廢”和環境污染較易于總結，學生思考并閱讀課本可以直接得出答案，通過填空的形式使學生明確關鍵詞，并加深印象。學習新課學習新課學習新課學習新課【提問1】我們已經知道酸雨有硫酸型酸雨和硝酸型酸雨，分別是硫氧化物和氮氧化物造成的。那么，試著思考在工業上，如何治理酸雨呢？【講解】酸雨的治理，如：CaO+SO2=CaSO32CaSO3+O2=CaSO4【提問2】農村和城市的水體污染有什么特點？【講解】工業廢水和生活污水。排放到污水處理廠的污水及工業廢水，可利用多種分離和轉化方法進行無害化處理，其基本方法可分為物理法、化學法、和生物法等。廢水按水質狀況及處理后出水的去向確定其處理程度。廢水處理程度可分為一級、二級和三級處理。【提問3】化學實驗中如何防止室內和室外的環境污染？【講解】①氣體用通風槽(櫥)，中學實驗中一般的情況下都是進行尾氣處理。例如，尾氣是二氧化硫，就將尾氣通入堿性溶液吸收清除。②液體有廢液廂，收集后集中處理達標再排放。③固體廢棄物放置專門回收箱。學生在討論的基礎上形成共識寫出相關反應的化學方程式【思考討論】思考教材119頁的“思考與討論”（1）、（2）題。小組討論，派代表發言，大膽開口交流。與學生連麥。讓學生體會化學在解決環境問題中的重要作用。讓學生從化學反應原理上領悟選擇SO2吸收劑的思路和方法。培養科學態度和社會責任感核心素養第二層次———理性分析和簡單應用。通過“思考與討論”，培養學生保護環境、防治污染的習慣和理念。【講解】固體廢棄物的處理應遵循無害化、減量化和資源化的原則，達到減少環境污染和資源回收利用這兩個重要目的。【評價反饋】（PPT展示）用連線、表格的形式展示環境污染（大氣污染，水污染、土壤污染）的來源、危害及防治。【觀看聆聽】初步對環境污染的危害和防治有一個了解，增強對環境問題的認識。展示環境污染的危害和治理，感受環保的重要性，拓展學生的知識面，更好地感受化學在環境治理中的重要作用。同時，可以增強學生的環保觀念。【過渡】所謂生態環境問題，歸根到底是資源過度開發、粗放利用、奢侈消費造成的。如何協調資源開發利用與環境保護的關系，實現人類社會的可持續發展？【聆聽、思考】以學過的舊知識為生長點，過渡到綠色化學及原子利用率的教學，集體評價。培養科學態度和社會責任感核心素養第三層次——提升環境保護與綠色化學理念。【講解】疫情期間我們防治傳染病是隔離傳染源，治好病人。那么治理環境問題的根本途徑是控制或消除污染源。介紹綠色化學的含義、核心、特征。綠色化學對化學反應的要求。原子經濟性反應。【聆聽】聽綠色化學的講解。邊聽邊識記綠色化學、原子經濟性概念。學習新課原子利用率＝eq\f(期望產物的總質量,生成物的總質量)×100%綠色化學示意圖【例題】判斷哪個反應的原子利用率為100%？②CH4＋Cl2eq\o(――→,\s\up15(光))CH3Cl＋HCl【邊想邊聽】思考、理解。邊講邊練。體會解決問題的過程。學習新課學習新課【練習】讓學生們根據自己的理解，做教材120頁的“思考與討論”。【板書】原理利用率分別為：①m（環氧乙烷）/【m（環氧乙烷）+m（CaCl2）+m(H2O)】=44/173=0.254=25.4%②100%【提問】什么樣的反應原子利用率為100%？原子利用率和產率相同嗎？綠色化學是對傳統化學思維方式的更新和發展，在原料、反應路線、反應條件和資源及能源的選擇上提出了新要求。開發和利用自然資源，必須遵循的3R原則：減量化、再利用、再循環。【計算】學生動筆計算。訓練學生理解能力、計算能力。【評價反饋】1.將CO2轉化成有機物可有效實現碳循環。CO2轉化成有機物的例子很多,如:以上反應中,最節能的是_________,原子利用率最高的是_________。2.“綠色化學實驗”已走進課堂,下列做法符合“綠色化學”的是()①實驗室收集氨氣采用圖1所示裝置②實驗室做氯氣與鈉的反應實驗時采用圖2所示裝置③實驗室采用圖3所示裝置進行銅與稀硝酸的反應④實驗室采用圖4用玻璃棒分別蘸取濃鹽酸和濃氨水做氨氣與酸生成銨鹽的實驗A.②③④ B.①②③ C.①②④ D.①③④學生3分鐘時間做練習，在互動面板給出答案。檢測學生本節課的學習情況。【小結】讓學生總結本節課主要要掌握什么？一、化學與環境保護二、綠色化學回顧本節課的內容，總結發言，并作簡單的交流。鍛煉學生自己的總結能力。【討論】作為一名中學生，能為環保做些什么？【小結】1．能說明常見污染的成因和防治措施的化學原理，能利用化學原理設計簡單的防治方案。2．樹立“綠水青山就是金山銀山”的理念，形成節約和循環利用的可持續發展意識。學生討論，自行發言。環保就在我們身邊，通過討論，使學生進一步認識化學在現代生活的作用，從而達到培養和發展學生科學態度的核心素養。【作業】教材121—122頁的“練習與應用”。通過針對性課堂練習，測試重、難點掌握情況，讓學生在練習過程中進一步明晰環境問題的相關知識，正確應用環境保護和綠色化學的知識。在課堂練習和作業布置的同時，以習主席的話結束本課:“一代人有一代人的使命。建設生態文明，功在當代，利在千秋。讓我們從自己、從現在做起，把接力棒一棒一棒傳下去。”我們要要努力學習，建設祖國，為建設美麗家園發揮化學科學的重要價值。培養學生科學表達觀點的同時，進一步體會環境保護的重要性及化學在環境保護中發揮的重要作用。用習主席的話作為點睛之筆結尾，使學生印象更為深刻。六、板書設計七、課堂測評1、下列做法不值得提倡的是()A．選用回收廢紙制造的紙箱B．選用一次性筷子、紙杯和塑料袋C．將生活垃圾進行分類處理D．選乘公共交通工具出行2、化學與生產、生活密切相關。下列說法不正確的是（）A．PM2.5是指直徑不大于2.5μm的可吸入懸浮顆粒物B．用CO2合成聚碳酸酯類可降解塑料，減少白色污染C．光化學煙霧、硝酸型酸雨的形成都與氮氧化合物有關D．燃煤中加入CaO可以減少酸雨的形成及溫室氣體的排放3、某市擬投資建設一個工業酒精廠，目的是用工業酒精與汽油混合制成“乙醇汽油”。已知制酒精的方法有三種：①CH2CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up11(催化劑),\s\do4(△))CH3CH2OH②CH3CH2Br＋H2Oeq\o(→,\s\up11(NaOH),\s\do4(△))CH3CH2OH＋HBr③(C6H10O5)n(淀粉)＋nH2Oeq\o(→,\s\up7(淀粉酶))nC6H12O6(葡萄糖)C6H12O6(葡萄糖)eq\o(→,\s\up7(酒化酶))2C2H5OH＋2CO2↑從綠色化學(“原子利用率”最大化)的角度看，制酒精最好的方法是()A．①B．③C．①③D．①②③4、不僅化工生產應遵循綠色化學的原則，化學實驗也應遵循綠色化學的原則，實現原料和過程的綠色化。下列實驗或實驗過程遵循綠色化學原則的是()A．用過量的氯氣進行性質實驗B．用雙氧水代替高錳酸鉀制取氧氣C．用溴水代替碘水進行萃取實驗D．用銅粉代替銅絲進行Cu與濃硝酸的反應5、“綠色化學”要求從經濟、環保和技術上設計可行的化學反應。據此，由單質鎂制硝酸鎂的下列4個方案中，你認為可行而且符合“綠色化學”要求的方案是()A．Mgeq\o(→,\s\up7(HNO3))Mg(NO3)2B．Mgeq\o(→,\s\up7(Cl2))MgCl2eq\o(→,\s\up7(NaOH溶液))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up7(稀硝酸))Mg(NO3)2C．Mgeq\o(→,\s\up7(O2))MgOeq\o(→,\s\up7(稀硝酸))Mg(NO3)2D．Mgeq\o(→,\s\up7(濃硫酸))MgSO4eq\o(→,\s\up7(BaNO32溶液))Mg(NO3)2《環境保護與綠色化學》作業一、單項選擇題：1．報告中提出“我們要建設的現代化是人與自然和諧共生的現代化”，下列說法正確的是()A．在田間焚燒秸稈，以增加草木灰肥料從而減少化肥的使用B．推廣使用可降解塑料及布袋購物，以減少“白色污染”C．用氯氣處理水中的Cu2＋、Hg2＋等重金屬離子D．燃煤中加入CaO可以減少酸雨的形成及溫室氣體的排放2．下列有關環境保護與綠色化學的敘述不正確的是()A．形成酸雨的主要物質是硫的氧化物和氮的氧化物B．大氣污染物主要來自化石燃料燃燒和工業生產過程產生的廢氣C．綠色化學的核心就是如何對被污染的環境進行無毒無害的治理D．燃煤煙氣脫硫的石灰石—石膏法，可將煙氣中的二氧化硫轉化為硫酸鈣3．“綠色化學“是指從源頭上消除或減少對環境的污染。下列實驗或實驗過程符合化學實驗“綠色化學”原則的是()A．用過氧化氫溶液代替高錳酸鉀制取氧氣B．用納米銅粉代替銅絲進行銅和濃硝酸反應的實驗C．用溴水代替碘水進行萃取實驗D．為了讓學生更清楚地看到實驗現象要用較多量的氯氣進行性質實驗4．在“綠色化學工藝”中，理想狀態是反應物中的原子全部轉化為欲制得的產物，即原子利用率為100%。下列反應類型能體現“原子經濟性”原則的是()①置換反應②化合反應③分解反應④取代反應⑤加成反應A．①②B．②⑤C．②④D．①③5．下列說法不正確的是A．氮氧化物是產生光化學煙霧的罪魁禍首之一B．可用氨水法脫硫，同時得到副產品硫酸銨C．向汽油中加入四乙基鉛抗震劑可減少污染D．二氧化碳和環氧丙烷在催化劑作用下可生產一種可降解高聚物6．下列說法不正確的是A．廚余垃圾中蘊藏著豐富的生物質能B．石油的分餾和煤的氣化、液化、干餾都是物理變化C．利用藍綠藻等低等植物和微生物在陽光作用下可使水分解產生氫氣D．熔噴布以聚丙烯為主要原料，制造聚丙烯的原料主要來自于石油的裂解7．光化學煙霧的形成機理如圖所示。下列敘述錯誤的是（）A．光化學煙霧的分散劑是空氣B．氧原子是產生光化學煙霧的催化劑C．PAN（eq\o(CH3\o\al(C,\s\up11(‖),\s\up22(O))OONO2)）屬于有機物D．光化學煙霧與氮氧化物和碳氫化合物大量排放有關8．我國力爭在2060年前實現“碳中和”，體現了中國對解決氣候問題的大國擔當。下列措施對實現“碳中和”不具有直接貢獻的是A．推行生活垃圾分類 B．植樹造林增加綠色植被C．采取節能低碳生活方式 D．創新CO2轉化為碳燃料的技術9．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(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二、填空題：10．二氧化硫是硫的重要化合物，在生產、生活中有廣泛應用。二氧化硫有毒，并且是形成酸雨的主要氣體。無論是實驗室制備還是工業生產，二氧化硫尾氣吸收或煙氣脫硫都非常重要。完成下列填空：（1）實驗室可用銅和濃硫酸加熱或硫酸和亞硫酸鈉反應制取二氧化硫。如果用硫酸和亞硫酸鈉反應制取二氧化硫，并希望能控制反應速度，上圖中可選用的發生裝置是________（填寫字母）。（2）若用硫酸和亞硫酸鈉反應制取3.36L（標準狀況）二氧化硫，至少需要稱取亞硫酸鈉______g（保留一位小數）；如果已有4.0%亞硫酸鈉（質量分數），被氧化成硫酸鈉，則至少需稱取該亞硫酸鈉______g（保留一位小數）。（3）實驗室二氧化硫尾氣吸收與工業煙氣脫硫的化學原理相通。石灰-石膏法和堿法是常用的煙氣脫硫法。石灰-石膏法的吸收反應為SO2+Ca(OH)2→CaSO3↓+H2O。吸收產物亞硫酸鈣由管道輸送至氧化塔氧化，反應為2CaSO3+O2+4H2O→2CaSO4·2H2O。其流程如下圖：堿法的吸收反應為SO2+2NaOH→Na2SO3+H2O。堿法的特點是氫氧化鈉堿性強、吸收快、效率高。其流程如下圖：已知：試劑Ca(OH)2NaOH價格（元/kg）0.362.9吸收SO2的成本（元/mol）0.0270.232石灰-石膏法和堿法吸收二氧化硫的化學原理相同之處是____________________。和堿法相比，石灰-石膏法的優點是________________，缺點是________________。（4）在石灰-石膏法和堿法的基礎上，設計一個改進的、能實現物料循環的煙氣脫硫方案（用流程圖表示）________________。參考答案與解析1.答案B解析在田間焚燒秸稈會產生大量的煙和粉塵顆粒造成空氣污染，對環境不利，故A錯誤；“白色垃圾”是難降解的塑料制品，大量使用會造成土壤的污染，推廣使用可降解塑料及布袋購物，可以減少“白色污染”，故B正確；氯氣是有毒氣體，大量使用會污染空氣，重金屬離子一般采用加硫化物沉淀的方法處理，故C錯誤；燃煤產生大量二氧化碳，同時有二氧化硫，氧化鈣可以與二氧化硫反應產生亞硫酸鈣最終被氧化成硫酸鈣，可以減少酸雨形成，但是氧化鈣與二氧化碳的反應產生的碳酸鈣受熱又分解成氧化鈣和二氧化碳，并不能減少二氧化碳的排放，故D錯誤。2.答案C解析酸雨一般是硫酸型和硝酸型兩種，硫的氧化物二氧化硫排放到空氣中最終被氧氣氧化成三氧化硫，再與水結合形成硫酸，而氮的氧化物二氧化氮與水結合產生硝酸，故A正確；大氣污染物主要是粉塵顆粒和有害氣體的排放導致，而化石燃料燃燒時會有粉塵和二氧化硫，再比如硫酸工業尾氣中含有二氧化硫，硝酸工業尾氣中含有氮的氧化物均是大氣污染物，故B正確；綠色化學的核心是從源頭上杜絕污染產生，而不是先污染后治理，故C錯誤；石灰石高溫時分解成生石灰與煤燃燒時產生的二氧化硫反應生成亞硫酸鈣，最終被氧氣氧化成硫酸鈣起到處理硫的目的，故D正確。3.答案A解析2H2O2eq\o(=,\s\up7(MnO2))2H2O＋O2↑，2KMnO4eq\o(=,\s\up7(△))K2MnO4＋MnO2＋O2↑，用過氧化氫和二氧化錳制取氧氣，與用高錳酸鉀在加熱下制取氧氣相比，不需加熱，節約能源，并且生成物是水，沒有污染，轉化成了期望中的產品，實現了綠色化學的理念，故A正確；用納米銅粉代替銅絲進行銅和濃硝酸反應的實驗，Cu＋4HNO3(濃)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，仍會產生二氧化氮等污染，不符合綠色化學的理念，故B錯誤；溴水易揮發、溴蒸氣有毒，故不符合綠色化學理念，故C錯誤；Cl2是有毒氣體之一，故不符合綠色化學理念，故D錯誤。4.答案B解析上述反應中，②化合反應、⑤加成反應中反應產物只有一種，原子的利用率達到100%，而置換反應、分解反應、取代反應生成物不止一種，不能滿足原子利用率為100%，故選B。5.答案C解析A．汽車、工廠等污染源排入大氣的碳氫化合物和氮氧化物等一次污染物，在陽光(紫外光)作用下會發生光化學反應生成二次污染物(光化學煙霧)，所以氮氧化物是產生光化學煙霧的罪魁禍首之一，A正確；B．用氨水法吸收二氧化硫，生成亞硫酸銨或亞硫酸氫銨，再與硫酸反應生成副產品硫酸銨，B正確；C．向汽油中加入四乙基鉛抗震劑，其燃燒產物中含有鉛，會造成大氣的污染，C不正確；D．以二氧化碳和環氧丙烷為原料，在催化劑作用下，可生成聚碳酸酯，具有可降解性，D正確；故選C。6.答案B解析A．廚余垃圾中蘊藏著豐富的生物質，能通過發酵生產沼氣，為人類提供能源，A正確；B．煤的氣化、液化、干餾都是化學變化，B不正確；C．科學家可以利用藍綠藻等低等植物和微生物，在陽光作用下可使水分解產生氫氣，從而利用氫能，C正確；D．石油產品裂解生成的裂解氣中可分離出丙烯，通過加聚制得聚丙烯，可用于生產熔噴布，D正確；故選B。7.答案B解析A項，光化學煙霧的二次污染物O3、醛類、PAN及硝酸分散在空氣中，分散劑為空氣，正確；B項，根據示意圖，氧原子是中間體，不是產生光化學煙霧的催化劑，錯誤；C項，PAN(eq\o(CH3\o\al(C,\s\up11(‖),\s\up22(O))OONO2))中含有碳元素，屬于有機物，正確；D項，由圖示知光化學煙霧的形成與氮氧化合物和碳氫化合物的大量排放有關，正確。8.答案A解析碳中和是指國家、企業、產品、活動或個人在一定時間內直接或間接產生的二氧化碳或溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節能減排等形式，以抵消自身產生的二氧化碳或溫室氣體排放量，實現正負抵消，達到相對“零排放”。據此判斷。A．推行生活垃圾分類，有利于回收利用，防止污染，對實現“碳中和”不具有直接貢獻，故A選；B．植樹造林增加綠色植被對實現“碳中和”具有直接貢獻，故B不選；C．采取節能低碳生活方式對實現“碳中和”具有直接貢獻，故C不選；D．創新CO2轉化為碳燃料的技術對實現“碳中和”具有直接貢獻，故D不選；答案選A。9.答案C解析A項，霧和霾的分散劑均為空氣，正確；B項，結合