化學(xué)《化學(xué)與資源綜合利用》教案
第二節 化學(xué)與資源綜合利用、環(huán)境保護
一、教材分析
本節教材從資源利用和環(huán)境保護這一視角，進(jìn)一步闡明化學(xué)和人類(lèi)可持續發(fā)展的關(guān)系，與上節內容相輔相成�？v觀(guān)歷史，從使用火到水、木材、煤、石油、天然氣等資源,人類(lèi)能源的來(lái)源全部都是從自然界中得到，其中的大多數資源屬于不可再生的有限資源。僅僅注重資源開(kāi)發(fā)是遠遠不夠的，人類(lèi)要實(shí)現可持續發(fā)展，就必須做到合理開(kāi)發(fā)資源、最大限度地利用好資源，還要保護好環(huán)境。而化學(xué)不僅在資源開(kāi)發(fā)上能發(fā)揮重要作用，在資源的綜合利用以及環(huán)境保護方面同樣大有用武之地。因此，在學(xué)習第一節內容之后，教材又安排了第二節內容，能使學(xué)生對化學(xué)與可持續發(fā)展有一個(gè)全面的認識。
二、教學(xué)目標
1．知識目標：
認識煤、石油和天然氣等化石燃料綜合利用的意義。
2．能力目標：
(1) .以聚乙烯為例，了解高分子材料在生活等領(lǐng)域中的應用及可能帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題。
(2)培養學(xué)生嚴謹求實(shí)的科學(xué)態(tài)度
3．情感、態(tài)度和價(jià)值觀(guān)目標：
通過(guò)環(huán)境保護和綠色化學(xué)的有關(guān)知識，使學(xué)生加強環(huán)保意識并培養綠色化學(xué)的理念。
三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)
重點(diǎn)：煤、石油、天然氣的綜合利用，特別是石油的利用；通過(guò)環(huán)境保護和綠色化學(xué)的有關(guān)知識，使學(xué)生加強環(huán)保意識并培養綠色化學(xué)的理念。
難點(diǎn)：石油裂化的原理。
四、學(xué)情分析
我們的學(xué)生屬于平行分班，沒(méi)有實(shí)驗班，盡管學(xué)生已有的知識水平有差距，但不影響本節教學(xué)，因為本節教學(xué)重在使學(xué)生做到了解和體會(huì )，知識教學(xué)不必過(guò)分加深、拓寬。要有意識地增強學(xué)生的參與度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。
五、教學(xué)方法
可利用圖表、數據、觀(guān)看有關(guān)錄像資料、研討或結合當地情況組織學(xué)生參觀(guān)化工廠(chǎng)、煉油廠(chǎng)、科研院所、環(huán)保部門(mén)。結合當地或其他地方污染或污染治理情況，展開(kāi)調查，組織學(xué)生上網(wǎng)查找資料，開(kāi)展相關(guān)的研究性學(xué)習
六、課前準備
1．學(xué)生的學(xué)習準備：預習課本相應內容，填寫(xiě)課前預習學(xué)案2．教師的教學(xué)準備：精心備課，制定課前預習學(xué)案，課內探究學(xué)案，課后延伸拓展學(xué)案。
七、課時(shí)安排：2課時(shí)
八、教學(xué)過(guò)程 第一課時(shí)
(一)預習檢查、總結疑惑
檢查落實(shí)了學(xué)生的預習情況并了解了學(xué)生的疑惑，使教學(xué)具有了針對性。
�。ǘ┣榫皩�、展示目標。
教師：工業(yè)生產(chǎn)需要大量原料，消耗大量能源，在得到產(chǎn)品的同時(shí)產(chǎn)生了大量廢氣、廢水、廢渣。處理不當就會(huì )造成環(huán)境污染。氣候變暖、臭氧層破壞、酸雨和赤潮等全球性和區域性環(huán)境問(wèn)題，正在威脅著(zhù)人類(lèi)的生存和發(fā)展，保護自然環(huán)境已成為實(shí)現人類(lèi)社會(huì )可持續發(fā)展的重要課題。今天我們開(kāi)始學(xué)習幾種重要的能源和環(huán)境保護的有關(guān)內容。學(xué)習目標見(jiàn)學(xué)案。
。
[板書(shū)] 第二節 化學(xué)與資源綜合利用、環(huán)境保護
�。ㄈ┖献魈骄�、精講點(diǎn)撥。
一、煤、石油和天然氣的綜合利用
[講述]迄今為止，煤、石油和天然氣仍是人類(lèi)使用的主要能源，同時(shí)也是重要的化工原料。如何實(shí)現化石燃料的綜合利用，提高利用率，減少化石燃料所造成的環(huán)境污染，是人類(lèi)面臨的最大挑戰。
[過(guò)渡]現在我們首先學(xué)習有關(guān)煤的綜合利用的相關(guān)知識。
[板書(shū)]1、煤的綜合利用
[講述]煤是由有機物和無(wú)機物所組成的復雜的混合物，主要含有碳元素，此外還含有少量的氫、氮、硫、氧等元素以及無(wú)機礦物質(zhì)。
[板書(shū)]（1）煤成分：復雜的混合物；含有：碳、氫、氮、硫、氧等元素。
[投影]
[講述]煤的綜合利用主要是通過(guò)煤的干餾、煤的液化和汽化獲得潔凈的燃料和化工原料。
[板書(shū)]（2）煤的綜合利用：干餾、液化和汽化。
[講述]煤的干餾是把煤隔絕空氣加強熱使它分解的過(guò)程。在煤干餾的過(guò)程中，可以生成焦炭、煤焦油、粗氨水和焦爐氣等。其中焦炭是冶金工業(yè)的重要原料；煤焦油中含有各種烴的同系物和酚類(lèi)，是重要的化工原料，焦爐氣中含有甲烷、乙烯、一氧化碳等氣體燃料，是重要的燃料；粗氨水可以生產(chǎn)化肥。這樣，煤就可以得到綜合利用。
[板書(shū)] 煤的干餾：把煤隔絕空氣加強熱使它分解的過(guò)程。產(chǎn)品：焦炭、煤焦油、粗氨水和焦爐氣。
[投影]表4-2 煤干餾的主要產(chǎn)品和用途
[講解]煤的汽化原理：有機物轉化為可燃氣體。
[板書(shū)] 煤的汽化：C（s）+H2O（g） CO（g）+H2（g）
[講解]煤的液化原理：直接液化、間接液化。
[板書(shū)]
[過(guò)渡]提問(wèn)天然氣主要成分？
[板書(shū)]2、天然氣
[講述]天然氣的主要用途：化石燃料、化工原料。
[板書(shū)]（1）化石燃料（2）化工原料：合成氨、生產(chǎn)甲醇、合成多個(gè)碳原子的有機化合物。
閱讀]資料卡片---甲烷水合物
[例題］最近，新華社的一條消息中披露：我國南海海底發(fā)現巨大的“可燃冰”帶，能源總量估計相當于中國石油總量的一半；而我國東�！翱扇急钡奶N藏量也很可觀(guān)……“可燃冰”的主要成分是一水合甲烷晶體（CH4H2O）．請結合初中化學(xué)知識回答下列問(wèn)題：
�。�1）下列說(shuō)法中正確的是（填序號）___________________________．
A．CH4H2O晶體中水是溶劑
B．CH4H2O的組成元素有3種
C．CH4H2O中CH4和H2O的質(zhì)量比為1：1
D．可燃冰能燃燒，說(shuō)明水具有可燃性
�。�2）可燃冰的發(fā)現為我國在新世紀使用高效新能源開(kāi)辟了廣闊的前景．你認為能開(kāi)發(fā)利用 的新能源還有（至少填寫(xiě)二種）__________________，__________________．
[講解] （1）溶劑是能夠溶解其他物質(zhì)的物質(zhì)，溶劑與溶質(zhì)間沒(méi)有固定的組成，而CH4H2O的組成固定故A不正確．CH4中含C、H二元素，H2O中含H、O二元素，故CH4H2O由C、H、O三元素，組成B正確．CH4H2O分子中CH4與H2O的物質(zhì)的量之比為1：1，而其式量不等則C不正確．CH4H2O可燃是由于分解產(chǎn)生CH4的原因，故D不正確．
�。�2）新能源是指以新技術(shù)為基礎，系統開(kāi)發(fā)利用的能源包括太陽(yáng)能、生物能、風(fēng)能、地熱能、氫能源等．
[復習] 初中有關(guān)石油的知識。
[講述] 石油主要是由各種烷烴、環(huán)烷烴和環(huán)烷烴所組成的混合物。石油的大部分是液態(tài)烴，同時(shí)在液態(tài)烴里溶有少量的氣態(tài)烴和固態(tài)烴。
石油主要含有碳和氫兩種元素，同時(shí)還含有少量的硫、氧、氮等元素。石油的化學(xué)成分隨產(chǎn)地不同而不同。
[板書(shū)]3、石油
�。�1）石油的成分：碳氫化合物混合物；元素碳、硫、氧、氮等。
[講解] 石油的煉制：
原油成分復雜，還含有水和氯化鈣、氯化鎂等鹽類(lèi)。原油必須先經(jīng)過(guò)脫水、脫鹽等處理過(guò)程，才能進(jìn)行煉制。
經(jīng)過(guò)脫水、脫鹽的石油主要是烴類(lèi)的混合物，因此沒(méi)有固定的沸點(diǎn)。給石油加熱時(shí)，低沸點(diǎn)的烴先氣化，經(jīng)過(guò)冷凝先分離出來(lái)。隨著(zhù)溫度升高，較高沸點(diǎn)的烴再氣化，經(jīng)過(guò)冷凝也分離出來(lái)。這樣繼續加熱和冷凝，就可以把石油分成不同沸點(diǎn)范圍的蒸餾產(chǎn)物。這種方法叫做石油的分餾。工業(yè)上分餾石油是在分餾塔中進(jìn)行。
石油通過(guò)分餾的方法獲得汽油、煤油和柴油等輕質(zhì)液體燃料。但產(chǎn)量不高，僅占石油總質(zhì)量的25％左右。為了提高輕質(zhì)液體燃料的產(chǎn)量，特別是提高汽油的產(chǎn)量，在石油工業(yè)上采用了裂化的方法。裂化就是在一定條件下，把分子量大、沸點(diǎn)高的烴斷裂為分子量小、沸點(diǎn)低的烴的過(guò)程。
[板書(shū)]（2）石油的煉制：
分餾---利用原油中各成分沸點(diǎn)不同，將復雜的混合物分離成較簡(jiǎn)單更有用的混合物的過(guò)程。
裂化---在一定條件下，把分子量大、沸點(diǎn)高的烴斷裂為分子量小、沸點(diǎn)低的烴的過(guò)程。
[投影]
[板書(shū)]規律：生成等量的烷烴與烯烴，目的：提高汽油的產(chǎn)量。
[講解] 在石油化工生產(chǎn)過(guò)程里，常用石油分餾產(chǎn)品（包括石油氣）作原料，采用比裂化更高的溫度（700～800℃，有時(shí)甚至高達1000℃以上），使具有長(cháng)鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴，以提供有機化工原料。工業(yè)上把這種方法叫做石油的裂解。所以說(shuō)裂解就是深度裂化，以獲得短鏈不飽和烴為主要成分的石油加工過(guò)程。
[板書(shū)]裂解：使具有長(cháng)鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴，以提供有機化工原料。
重整：在加熱和催化劑作用下，鏈狀烴轉化為環(huán)狀烴。
[講解]三大合成材料與煤、石油、天然氣的關(guān)系，聚乙烯塑料的合成及應用。
[投影]圖4-6原油的分餾及裂化產(chǎn)品用途示意圖
[講解]聚乙烯的生成原理：在適當溫度、壓強和有催化劑存在的情況下，乙烯雙鍵里的一個(gè)鍵會(huì )斷裂，分子里的碳原子能互相結合成為很長(cháng)的鏈。
CH2=CH2+CH2=CH2+CH2=CH2+……
→-CH2-CH2-+-CH2-CH2-+-CH2-CH2-+
……
→-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-……
[板書(shū)] （3）石油重要產(chǎn)品：
[投影]聚乙烯顆粒：
[講述]聚乙烯及聚丙烯與白色污染關(guān)系，提醒同學(xué)們愛(ài)護環(huán)境，不亂丟塑料垃圾。
[投影]圖4-8塑料制品的回收與利用
[思考與交流]1、回收利用廢舊合成材料的途徑？2、通過(guò)必要的數據論證限制生產(chǎn)使用聚苯乙烯快餐盒的意義。
[閱讀]科學(xué)視野———壁虎的腳與膠粘劑
壁虎能在光滑的墻壁上行走自如，甚至能貼在天花板上。這表明，壁虎的“腳”底與物體表面之間必定存在很強的特殊黏著(zhù)力，但這種力量究竟從何而來(lái)呢？
科學(xué)家對壁虎進(jìn)行了研究，發(fā)現它的每只“腳”底部長(cháng)著(zhù)大約50萬(wàn)根極細的剛毛，而每根剛毛末端又有約400 ～1000根更細的分支。這種精細結構使得剛毛與物體表面分子間的距離非常近，從而產(chǎn)生“范德瓦爾斯力”。據計算，一只大壁虎的4 只“腳”產(chǎn)生的總作用力壓強相當于10個(gè)大氣壓。而這種力的產(chǎn)生靠的是分子間的范德華力人們從壁虎腳的附著(zhù)力得到的啟示今后有可能派上用場(chǎng)，如用于研制爬墻機器人，或研制世界上第一種乾性粘合劑。
[小結]略
[作業(yè)]見(jiàn)學(xué)案
[板書(shū)設計] 第二節 化學(xué)與資源綜合利用、環(huán)境保護
一、煤、石油和天然氣的綜合利用
1、煤的綜合利用
�。�1）煤成分：復雜的混合物；含有：碳、氫、氮、硫、氧等元素。
�。�2）煤的綜合利用：干餾、液化和汽化。
煤的干餾：把煤隔絕空氣加強熱使它分解的過(guò)程。產(chǎn)品：焦炭、煤焦油、粗氨水和焦爐氣。
煤的汽化：C（s）+H2O（g） CO（g）+H2（g）
2、天然氣
�。�1）化石燃料（2）化工原料：合成氨、生產(chǎn)甲醇、合成多個(gè)碳原子的有機化合物。
3、石油
�。�1）石油的成分：碳氫化合物混合物；元素碳、硫、氧、氮等。
�。�2）石油的煉制：
分餾---利用原油中各成分沸點(diǎn)不同，。將復雜的混合物分離成較簡(jiǎn)單更有用的混合物的過(guò)程。
裂化---在一定條件下，把分子量大、沸點(diǎn)高的烴斷裂為分子量小、沸點(diǎn)低的烴的過(guò)程。
規律：生成等量的烷烴與烯烴，目的：提高汽油的產(chǎn)量
裂解：使具有長(cháng)鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴，以提供有機化工原料。
重整：在加熱和催化劑作用下，鏈狀烴轉化為環(huán)狀烴。
�。�3）石油重要產(chǎn)品：
第二課時(shí)
[復習]煤的干餾及石油的煉制原理
[圖片導學(xué)]
[板書(shū)]二、環(huán)境保護與綠色化學(xué)
[講解]環(huán)境問(wèn)題是指由于人類(lèi)不合理開(kāi)發(fā)和利用自然資源而造成對生態(tài)環(huán)境破壞，以及工農業(yè)和人類(lèi)生活造成的環(huán)境污染。對環(huán)境情況的監測、三廢治理、尋找源頭治理環(huán)境污染的生產(chǎn)工藝等，都是當今化學(xué)工作者的首要任務(wù)。
[板書(shū)]1、環(huán)境問(wèn)題：
化學(xué)工作者的首要任務(wù)：
[交流1]自己掌握的有關(guān)環(huán)境監測的一些內容。
[講解]要了解環(huán)境污染情況，消除和控制污染以及研究污染物的形態(tài)、含量等進(jìn)行分析鑒定，提供可靠的分析數據�；瘜W(xué)工作者正承擔著(zhù)繁重的環(huán)境監測工作。
[交流2]導致環(huán)境污染的主要因素有那些？
[講解]除了自然因素外，大氣污染物主要來(lái)自化石燃料和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣及攜帶的'顆粒物；工業(yè)生產(chǎn)中的廢水（廢液）往往含有復雜成分，任意排放會(huì )導致土壤水源污染，需經(jīng)過(guò)多步處理才能達到排放標準。廢渣等固體廢棄物的處理兼有減少環(huán)境污染及資源回收兩個(gè)重要目的�；瘜W(xué)在治理三廢方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。
[板書(shū)]2、大氣污染物、工業(yè)生產(chǎn)中的廢水、廢渣等固體廢棄物。
[思考與交流]1.硫氧化物（SOX）和氮氧化物（NOX）是酸雨形成的主要元兇，工業(yè)上常利用一些廉價(jià)易得的化學(xué)物質(zhì)反應加以控制、消除或回收利用。請舉例說(shuō)明這些方法的原理和類(lèi)型。
[學(xué)生匯報]利用化學(xué)方法可以控制硫和氮氧化物，進(jìn)而控制酸雨等危害。例如，針對我國以煤炭為主、酸雨類(lèi)型屬于硫酸型的特點(diǎn)，主要采取燃料預脫硫、爐內脫硫和煙囪排氣除
硫等措施，用CaCO3、CaO、Ca(OH)2、NH3水等吸收脫硫。
CaO(s)+SO2(g) CaSO3(s) 2CaSO3(s)+O2(g) 2CaSO4(s)
SO2 + 2NH3+H2O===(NH4)2SO3
[板書(shū)]3、酸雨控制：生石灰脫硫
[思考與交流]2. 含有大量氮、磷的污水排向湖泊、水庫和近海海域，造成了水體的富營(yíng)養化，出現藻類(lèi)大量繁殖形成赤潮、水華等嚴重污染問(wèn)題。你認為在農村和城市造成的這種水體污染各有什么特點(diǎn)，查閱資料了解有關(guān)污染和治理的情況。
[學(xué)生匯報]工業(yè)生產(chǎn)廢水和污水的不適當排放、化肥的不合理使用以及生活污水任意排放會(huì )造成嚴重水體和水源污染。例如，我們日常使用的合成洗滌劑常用多聚磷酸鹽作為助洗劑，在水體中經(jīng)藻類(lèi)的微生物催化后，容易水解為磷酸鹽，成為引起水體富營(yíng)養化的污染物。
[板書(shū)] 水體富營(yíng)養化污染物：氮、磷化合物。
[投影]水華圖片并講解：水華的形成原理、水華與赤潮的關(guān)系。
[講解]為盡最大限度避免污染，我們應首先實(shí)行清潔生產(chǎn)及采用綠色化學(xué)原理。
清潔生產(chǎn)可以概括為：采用清潔的能源和原材料，通過(guò)清潔的生產(chǎn)過(guò)程，制造出清潔的產(chǎn)品。清潔生產(chǎn)把綜合預防的環(huán)境策略持續應用于生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品中，從而減少對人類(lèi)和環(huán)境的風(fēng)險；是推進(jìn)經(jīng)濟增長(cháng)方式轉變和實(shí)現污染物總量控制目標的重要手段。
綠色化學(xué)是指化學(xué)反應和過(guò)程以“原子經(jīng)濟性”為基本原則，即在獲取新物質(zhì)的化學(xué)反應中充分利用參與反應的每個(gè)原料原子，實(shí)現“零排放”。不僅充分利用資源，而且不產(chǎn)生污染；并采用無(wú)毒無(wú)害的溶劑，助劑和催化劑，生產(chǎn)有利于環(huán)境保護，社群安全和人身健康的環(huán)境友好產(chǎn)品。
[板書(shū)]4、清潔生產(chǎn)：
綠色化學(xué)：
[講解] 綠色化學(xué)反應理想的綠色化學(xué)反應是參加反應的分子中的原子100％轉化成產(chǎn)物，實(shí)現“零排放”，充分利用了資源，又不產(chǎn)生污染。
[投影]圖4-11綠色化學(xué)示意圖：
[例題] 綠色化學(xué)提倡化工生產(chǎn)應提高原子利用率．原子利用率表示目標產(chǎn)
物的質(zhì)量與生成物總質(zhì)量之比．在下列制備環(huán)氧乙烷的反應中，原子利用率最高的是
[講解] 根據原子利用率內涵，副產(chǎn)物越少原子利用率越高。C項的副產(chǎn)物為0，則原子利用率為100%，答案為C。也可以分別計算其他方法的原子利用率，再比較。A項原子利用率 ×100%＝42.3%；B項原子利用率 ×100%＝25.4%；C項原子利用率 ×100%＝100%；D項原子利用率 ×100%＝23.7%。所以原子利用率大�。篊＞A＞B＞D。答案：C。
[試題反思]1、原子利用率與產(chǎn)率相同嗎？2、綠色化學(xué)對化學(xué)、化工提出了那些挑戰？
[小結]資源的開(kāi)發(fā)利用和保護環(huán)境關(guān)系到人類(lèi)的可持續發(fā)展，需要全社會(huì )努力。我們只有一個(gè)地球，環(huán)境問(wèn)題已成為全球性問(wèn)題，需要各國政府和人民共同努力，創(chuàng )造一個(gè)清潔、美麗的生活環(huán)境，也為我們子孫后代留下一個(gè)良好的生存空間和更加美好的未來(lái)。
[作業(yè)]：見(jiàn)學(xué)案
九、[板書(shū)設計] 二、環(huán)境保護與綠色化學(xué)
1、環(huán)境問(wèn)題：
化學(xué)工作者的首要任務(wù)：
2、大氣污染物、工業(yè)生產(chǎn)中的廢水、廢渣等固體廢棄物。
3、酸雨控制：生石灰脫硫
水體富營(yíng)養化污染物：氮、磷化合物。
4、清潔生產(chǎn)：
綠色化學(xué)：
十、教學(xué)反思
本課的設計采用了課前下發(fā)預習學(xué)案，學(xué)生預習本節內容，找出自己迷惑的地方。課堂上師生主要解決重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)、考點(diǎn)、探究點(diǎn)以及學(xué)生學(xué)習過(guò)程中易忘、易混點(diǎn)等，最后進(jìn)行當堂檢測，課后進(jìn)行延伸拓展，以達到提高課堂效率的目的。
本節課采用多種教學(xué)方法如多媒體教學(xué)，圖片教學(xué)等效果較好，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣。
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