化學(xué)《化學(xué)與資源綜合利用》教案
第二節(jié) 化學(xué)與資源綜合利用、環(huán)境保護
一、教材分析
本節(jié)教材從資源利用和環(huán)境保護這一視角，進一步闡明化學(xué)和人類可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系，與上節(jié)內(nèi)容相輔相成�？v觀歷史，從使用火到水、木材、煤、石油、天然氣等資源,人類能源的來源全部都是從自然界中得到，其中的大多數(shù)資源屬于不可再生的有限資源。僅僅注重資源開發(fā)是遠遠不夠的，人類要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須做到合理開發(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(xí)第一節(jié)內(nèi)容之后，教材又安排了第二節(jié)內(nèi)容，能使學(xué)生對化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展有一個全面的認識。
二、教學(xué)目標(biāo)
1．知識目標(biāo)：
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(biāo)：
(1) .以聚乙烯為例，了解高分子材料在生活等領(lǐng)域中的應(yīng)用及可能帶來的環(huán)境問題。
(2)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度
3．情感、態(tài)度和價值觀目標(biāo)：
通過環(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(yǎng)綠色化學(xué)的理念。
三、教學(xué)重點難點
重點：煤、石油、天然氣的綜合利用，特別是石油的利用；通過環(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(yǎng)綠色化學(xué)的理念。
難點：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，沒有實驗班，盡管學(xué)生已有的知識水平有差距，但不影響本節(jié)教學(xué)，因為本節(jié)教學(xué)重在使學(xué)生做到了解和體會，知識教學(xué)不必過分加深、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(xí)興趣。
五、教學(xué)方法
可利用圖表、數(shù)據(jù)、觀看有關(guān)錄像資料、研討或結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r組織學(xué)生參觀化工廠、煉油廠、科研院所、環(huán)保部門。結(jié)合當(dāng)?shù)鼗蚱渌胤轿廴净蛭廴局卫砬闆r，展開調(diào)查，組織學(xué)生上網(wǎng)查找資料，開展相關(guān)的研究性學(xué)習(xí)
六、課前準(zhǔn)備
1．學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)課本相應(yīng)內(nèi)容，填寫課前預(yù)習(xí)學(xué)案2．教師的教學(xué)準(zhǔn)備：精心備課，制定課前預(yù)習(xí)學(xué)案，課內(nèi)探究學(xué)案，課后延伸拓展學(xué)案。
七、課時安排：2課時
八、教學(xué)過程 第一課時
(一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑
檢查落實了學(xué)生的預(yù)習(xí)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�(dǎo)入、展示目標(biāo)。
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)品的同時產(chǎn)生了大量廢氣、廢水、廢渣。處理不當(dāng)就會造成環(huán)境污染。氣候變暖、臭氧層破壞、酸雨和赤潮等全球性和區(qū)域性環(huán)境問題，正在威脅著人類的生存和發(fā)展，保護自然環(huán)境已成為實現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要課題。今天我們開始學(xué)習(xí)幾種重要的能源和環(huán)境保護的有關(guān)內(nèi)容。學(xué)習(xí)目標(biāo)見學(xué)案。
。
[板書] 第二節(jié) 化學(xué)與資源綜合利用、環(huán)境保護
（三）合作探究、精講點撥。
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使用的主要能源，同時也是重要的化工原料。如何實現(xiàn)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，是人類面臨的最大挑戰(zhàn)。
[過渡]現(xiàn)在我們首先學(xué)習(xí)有關(guān)煤的綜合利用的相關(guān)知識。
[板書]1、煤的綜合利用
[講述]煤是由有機物和無機物所組成的復(fù)雜的混合物，主要含有碳元素，此外還含有少量的氫、氮、硫、氧等元素以及無機礦物質(zhì)。
[板書]（1）煤成分：復(fù)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]（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程。在煤干餾的過程中，可以生成焦炭、煤焦油、粗氨水和焦?fàn)t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，是重要的化工原料，焦?fàn)t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] 煤的干餾：把煤隔絕空氣加強熱使它分解的過程。產(chǎn)品：焦炭、煤焦油、粗氨水和焦?fàn)t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(zhuǎn)化為可燃氣體。
[板書] 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]
[過渡]提問天然氣主要成分？
[板書]2、天然氣
[講述]天然氣的主要用途：化石燃料、化工原料。
[板書]（1）化石燃料（2）化工原料：合成氨、生產(chǎn)甲醇、合成多個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(xiàn)巨大的“可燃冰”帶，能源總量估計相當(dāng)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……“可燃冰”的主要成分是一水合甲烷晶體（CH4H2O）．請結(jié)合初中化學(xué)知識回答下列問題：
（1）下列說法中正確的是（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，說明水具有可燃性
�。�2）可燃冰的發(fā)現(xiàn)為我國在新世紀(jì)使用高效新能源開辟了廣闊的前景．你認為能開發(fā)利用 的新能源還有（至少填寫二種）__________________，__________________．
[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(chǔ)，系統(tǒng)開發(fā)利用的能源包括太陽能、生物能、風(fēng)能、地?zé)崮堋淠茉吹龋?/p>
[復(fù)習(xí)] 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]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(fù)雜，還含有水和氯化鈣、氯化鎂等鹽類。原油必須先經(jīng)過脫水、脫鹽等處理過程，才能進行煉制。
經(jīng)過脫水、脫鹽的石油主要是烴類的混合物，因此沒有固定的沸點。給石油加熱時，低沸點的烴先氣化，經(jīng)過冷凝先分離出來。隨著溫度升高，較高沸點的烴再氣化，經(jīng)過冷凝也分離出來。這樣繼續(xù)加熱和冷凝，就可以把石油分成不同沸點范圍的蒸餾產(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行。
石油通過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、沸點高的烴斷裂為分子量小、沸點低的烴的過程。
[板書]（2）石油的煉制：
分餾---利用原油中各成分沸點不同，將復(fù)雜的混合物分離成較簡單更有用的混合物的過程。
裂化---在一定條件下，把分子量大、沸點高的烴斷裂為分子量小、沸點低的烴的過程。
[投影]
[板書]規(guī)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℃，有時甚至高達1000℃以上），使具有長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程。
[板書]裂解：使具有長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(zhuǎn)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(yīng)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(dāng)溫度、壓強和有催化劑存在的情況下，乙烯雙鍵里的一個鍵會斷裂，分子里的碳原子能互相結(jié)合成為很長的鏈。
CH2=CH2+CH2=CH2+CH2=CH2+……
→-CH2-CH2-+-CH2-CH2-+-CH2-CH2-+
……
→-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-……
[板書] （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、通過必要的數(shù)據(jù)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力，但這種力量究竟從何而來呢？
科學(xué)家對壁虎進行了研究，發(fā)現(xiàn)它的每只“腳”底部長著大約50萬根極細的剛毛，而每根剛毛末端又有約400 ～1000根更細的分支。這種精細結(jié)構(gòu)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(jù)計算，一只大壁虎的4 只“腳”產(chǎn)生的總作用力壓強相當(dāng)于10個大氣壓。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力得到的啟示今后有可能派上用場，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(jié)]略
[作業(yè)]見學(xué)案
[板書設(shè)計] 第二節(jié) 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(fù)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程。產(chǎn)品：焦炭、煤焦油、粗氨水和焦?fàn)t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不同，。將復(fù)雜的混合物分離成較簡單更有用的混合物的過程。
裂化---在一定條件下，把分子量大、沸點高的烴斷裂為分子量小、沸點低的烴的過程。
規(guī)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(zhuǎn)化為環(huán)狀烴。
�。�3）石油重要產(chǎn)品：
第二課時
[復(fù)習(xí)]煤的干餾及石油的煉制原理
[圖片導(dǎo)學(xué)]
[板書]二、環(huán)境保護與綠色化學(xué)
[講解]環(huán)境問題是指由于人類不合理開發(fā)和利用自然資源而造成對生態(tài)環(huán)境破壞，以及工農(nóng)業(yè)和人類生活造成的環(huán)境污染。對環(huán)境情況的監(jiān)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(dāng)今化學(xué)工作者的首要任務(wù)。
[板書]1、環(huán)境問題：
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(jiān)測的一些內(nèi)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)、含量等進行分析鑒定，提供可靠的分析數(shù)據(jù)�；瘜W(xué)工作者正承擔(dān)著繁重的環(huán)境監(jiān)測工作。
[交流2]導(dǎo)致環(huán)境污染的主要因素有那些？
[講解]除了自然因素外，大氣污染物主要來自化石燃料和工業(yè)生產(chǎn)過程中產(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(fù)雜成分，任意排放會導(dǎo)致土壤水源污染，需經(jīng)過多步處理才能達到排放標(biāo)準(zhǔn)。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重要目的�；瘜W(xué)在治理三廢方面發(fā)揮著重要作用。
[板書]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)上常利用一些廉價易得的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)加以控制、消除或回收利用。請舉例說明這些方法的原理和類型。
[學(xué)生匯報]利用化學(xué)方法可以控制硫和氮氧化物，進而控制酸雨等危害。例如，針對我國以煤炭為主、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]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，造成了水體的富營養(yǎng)化，出現(xiàn)藻類大量繁殖形成赤潮、水華等嚴(yán)重污染問題。你認為在農(nóng)村和城市造成的這種水體污染各有什么特點，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(dāng)排放、化肥的不合理使用以及生活污水任意排放會造成嚴(yán)重水體和水源污染。例如，我們?nèi)粘Ｊ褂玫暮铣上礈靹┏Ｓ枚嗑哿姿猁}作為助洗劑，在水體中經(jīng)藻類的微生物催化后，容易水解為磷酸鹽，成為引起水體富營養(yǎng)化的污染物。
[板書] 水體富營養(yǎng)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(yīng)首先實行清潔生產(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，通過清潔的生產(chǎn)過程，制造出清潔的產(chǎn)品。清潔生產(chǎn)把綜合預(yù)防的環(huán)境策略持續(xù)應(yīng)用于生產(chǎn)過程和產(chǎn)品中，從而減少對人類和環(huán)境的風(fēng)險；是推進經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變和實現(xiàn)污染物總量控制目標(biāo)的重要手段。
綠色化學(xué)是指化學(xué)反應(yīng)和過程以“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(yīng)中充分利用參與反應(yīng)的每個原料原子，實現(xiàn)“零排放”。不僅充分利用資源，而且不產(chǎn)生污染；并采用無毒無害的溶劑，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]4、清潔生產(chǎn)：
綠色化學(xué)：
[講解] 綠色化學(xué)反應(yīng)理想的綠色化學(xué)反應(yīng)是參加反應(yīng)的分子中的原子100％轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物，實現(xiàn)“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(yīng)提高原子利用率．原子利用率表示目標(biāo)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(yīng)中，原子利用率最高的是
[講解] 根據(jù)原子利用率內(nèi)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(zhàn)？
[小結(jié)]資源的開發(fā)利用和保護環(huán)境關(guān)系到人類的可持續(xù)發(fā)展，需要全社會努力。我們只有一個地球，環(huán)境問題已成為全球性問題，需要各國政府和人民共同努力，創(chuàng)造一個清潔、美麗的生活環(huán)境，也為我們子孫后代留下一個良好的生存空間和更加美好的未來。
[作業(yè)]：見學(xué)案
九、[板書設(shè)計] 二、環(huán)境保護與綠色化學(xué)
1、環(huán)境問題：
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
水體富營養(yǎng)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(shè)計采用了課前下發(fā)預(yù)習(xí)學(xué)案，學(xué)生預(yù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，找出自己迷惑的地方。課堂上師生主要解決重點、難點、疑點、考點、探究點以及學(xué)生學(xué)習(xí)過程中易忘、易混點等，最后進行當(dāng)堂檢測，課后進行延伸拓展，以達到提高課堂效率的目的。
本節(jié)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(xí)興趣。
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