人教版（2019）高中化学必修第二册 《5.1.3 探究硫酸型酸雨的成因和防治-不同价态含硫物质的转化》名师教学设计

探究酸雨的成因及防治
——不同价态含硫物质的转化 教学设计
一、教材分析
本节内容主要包括：硫、二氧化硫和硫酸的性质，硫酸根离子的检验，不同价态含硫物质的转化。教材首先根据硫在元素周期表中的位置，利用原子结构和元素周期律的相关知识，从化学变化的视角考虑硫单质能否与金属单质、非金属单质、化合物等发生反应，使学生掌握研究非金属单质性质的基本思路；之后，根据物质类别研究硫的化合物（包括SO2、H2SO4）的化学性质。教材以工业制硫酸的生产原理为载体，从氧化还原的角度来综合认识含硫化合物的氧化性和还原性，并结合浓硫酸与铜反应的实验，基于证据探究浓硫酸的氧化性。接下来，设计“硫酸根离子的检验”实验，对构成物质的离子进行检验，提升学生“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养。最后，设置“不同价态含硫物质的转化”探究活动，要求学生从物质类别和元素价态变化的角度，应用氧化还原反应原理设计实验方案，选择适当的实验试剂，探究不同价态含硫物质的转化，提升学生“变化观念”等学科核心素养。
本节内容分为三个课时：
1．硫和二氧化硫；
2．硫酸和硫酸根离子的检验；
3．不同价态含硫物质的转化。
本教学设计为第3课时的教学设计。
学情分析
本章的核心内容是元素化合物知识，在本节课之前学生已经对元素化合物的认识有了一定的基础。本节课不同价态的硫元素之间的转化，应用的理论知识是氧化还原部分的知识，学生已在必修一《氧化还原反应》一节中系统学习过，所以本节课既是对元素化合物知识的深入学习，又是对氧化还原知识的利用和巩固。通过本节课的学习，不仅让学生进一步了解含同种元素的不同价态的物质间相互转化的实验方案的设计原理和方法，并且学生通过动手实验探究，激发化学学习兴趣，提高自身动手实验的基本技能，加深对含相同元素物质之间的相互转化的感性认识，达到巩固所学知识的目的，也会让学生感受到科学探究的价值及其意义，使学生热爱化学、赞赏化学。
三、素养目标
1．通过对酸雨形成过程中含硫物质的存在及转化分析，巩固从化合价角度认识物质转化的思路，初步形成转化意识。
2．通过设计脱除SO2的反应路径，将转化思路分解、细化，明确转化角度。通过对转化思路的梳理，完善转化思维模型。
3．通过设计脱除SO2的转化实验，提升学生实验探究能力，发展学生证据推理的核心素养。
4．通过分析实际工业生产中SO2的去除路径，提升基于思维模型分析、解决实际问题的能力。让学生感受化学物质及其转化在社会生产、生活中的应用，认识化学的价值，发展学生科学探究与创新意识等核心素养。
四、教学重难点
重点：构建转化思维模型
难点：不同价态含硫物质转化实验方案设计
教学方法
实验探究、小组合作学习
教学设计思路
首先创设情境：酸雨（视频），学生通过观看视频、阅读材料，完成任务一，认识酸雨形成过程中含硫物质的转化；再通过小组合作，设计去除二氧化硫的转化路径；接着分组实验，验证上述转化的发生，构建分析不同价态含硫物质的转化模型；最后通过二氧化硫的去除实例，应用转化模型，解决实际问题。
七、教学流程
认识酸雨，发现转化关系→防治酸雨，设计转化路径→实验验证，构建转化模型→拓展延伸，应用转化模型
八、教学过程
教学环节一：认识酸雨，发现转化关系
【设计意图】通过观看视频、阅读材料、模仿应用等活动，对酸雨形成过程中含硫物质的存在和转化进行分析，学会从化合价的角度认识物质之间的转化，认识酸雨形成过程即是低价态的硫被氧化为高价态硫的过程，初步形成转化意识。
【视频】酸雨的形成和防治
【任务一】正常雨水的pH约为5.6，其形成过程中含碳物质的存在与转化如下图所示：
请绘制酸雨形成过程中含硫物质的存在与转化示意图。
【学生活动】观看视频，找出酸雨形成过程中的含硫物质。阅读任务一信息，模仿含碳物质的存在和转化示意图，给不同的含硫物质标出化合价，并找出它们的转化关系。
【补充材料】现有某地雨水样品500 mL，每隔一段时间测定其pH数据如下：
测定时间（小时） 0 1 2 4 8 10 12
雨水样品pH 4.70 4.62 4.56 4.55 4.55 4.55 4.55
【提问】雨水放置一段时间，pH逐渐减小后又保持不变的原因可能是什么？
【学生活动】思考，找出H2SO3→H2SO4的转化，完善转化示意图。
教学环节二：防治酸雨，设计转化路径
【设计意图】学生对物质性质的认识能力弱的原因之一，在于学生没有从化合价和物质类别角度入手分析物质性质的习惯和意识。因此，借助确立转化目标这一环节，不断地从化合价和类别的角度去分析物质，可以达到强化学生认识物质的角度目的，并掌握评价方案的角度。在试剂选择过程中，通过比较化合价的变化，可以让学生认识到利用氧化还原反应可以实现含有不同价态同种元素的物质的相互转化，掌握转化方法，构建完整的转化思维模型。
【任务二】防治酸雨，就需将燃煤烟气中的SO2气体转化为其他含硫物质。那么，可将SO2转化为哪些含硫物质呢？使用哪些试剂可以实现这些转化？请设计转化路径。
【学生活动】思考、分析、交流、评价。
防治酸雨，就是要将烟气中的SO2气体转化为对环境无污染或污染较小的含硫物质。转化的目标物质从价态和类别两个角度分析，发现可将SO2转化为相同价态的亚硫酸和亚硫酸盐，或者转化为低价态的S单质、硫化物，亦或者转化为高价态的SO3、硫酸和硫酸盐。再从可行性、转化效率和环保的角度评价，发现SO2的氧化性较弱，难以转化为-2价的硫化物；SO2转化为亚硫酸是可逆反应，转化效率低；SO3也是导致酸雨的元凶，且水溶液酸性更强，作为转化目标不环保。从而确立转化目标为亚硫酸盐、硫酸、硫酸盐、单质硫。最后根据化合价的变化确定实现转化的试剂类别。
【小结】1．物质转化思路：价态分析→转化目标→试剂选择
2．确定转化目标的方法：①找：化合价、物质类别两个维度；
②选：可行性、转化效率、环保三个角度
教学环节三：实验验证，构建转化模型
【设计意图】通过设计实验方案并分组实验，培养学生选择观察角度，预测、观察和描述实验现象的能力，强化依据实验现象分析物质性质和化学反应的能力。提升根据目标设计实验的探究能力，巩固转化模型，发展学生证据推理的核心素养。在这个过程中，学生自己设计方案，积极思考，进行讨论和分析总结，在活动中体验科学探究过程之艰难，同时也体会到了获得成功时的喜悦，由此培养他们的科学探究能力和合作意识。
【任务三】利用以下试剂，设计实验方案，验证SO2去除过程中发生了上述含硫物质的转化，并填写表格。
试剂：SO2水溶液、酸性KMnO4溶液、H2O2溶液、Na2S溶液、稀盐酸、BaCl2溶液、
Ba(OH)2溶液
转化目标 （价态变化） 转化前的 含硫物质 选择试剂 转化后的含硫物质 预期现象
+4 → +6 SO2
+4 → +6 SO2
+4 → 0 SO2
+4 → +4 SO2
【学生活动】交流、讨论，设计方案。根据转化路径，找出上述试剂中常见的氧化剂、还原剂，根据价态变化，填写表格。
【任务四】分组实验，验证转化方案。
【学生活动】进行实验，观察、记录实验现象，得出结论，完善实验方案。
【小结】1．如何实现不同价态含硫物质的转化？
2．实验方案设计原则：①现象明显；②操作简单；③安全环保
【资料卡片】酸雨的防治措施
https://sa93g4.smartapps./pages/question/question qid=573645420&hostname=baiduboxapp&_swebfr=1
教学环节四：拓展延伸，应用转化模型
【设计意图】在解决实际问题时，除了要引导学生考虑化学问题，还需综合分析多方面因素，注意培养学生思维的完整性和严谨性，建立解决实际问题的思路和方法。通过分析，让学生感受化学物质及其转化在生产和生活中的应用，了解化学的价值。同时，让学生学会辩证地看待问题，参与社会性问题的讨论，培养其科学精神和创新意识，提高综合素养。
【学以致用】播放视频——工业去除二氧化硫。请设计出SO2转化为CaSO4的转化路径，并评价路径的优劣。
【学生活动】思考、分析，解决问题
九、板书设计
十、课堂测评
1．某工厂的一个生产工艺流程如图所示，下列叙述正确的是（ ）
A．该工艺流程是用来制备Fe2(SO4)3的
B．气体M是SO3
C．气体M参加的反应是化合反应
D．SO2参加反应时氧化剂和还原剂的物质的量之比是1∶1
2．单质X与浓硫酸共热，反应中X与硫酸的物质的量之比为1∶2，则X元素在生成物中的化合价可能为( )
①＋1　②＋2　③＋3　④＋4
A．②④ B．③④ C．①② D．①③
3．Na2SO3中＋4价的硫元素，既有氧化性，又有还原性。要证明Na2SO3具有还原性，需选用的试剂是( )
A．硫化钠溶液 B．盐酸 C．氯化钙溶液 D．溴水
4．FeS2的结构类似于Na2O2，是一种过硫化物，与酸反应时首先生成H2S2，H2S2类似于H2O2，易分解：H2S2＝H2S＋S↓。实验室制取H2S时，某学生误将FeS2当作了FeS，反应完后，不可能生成的物质为( )　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．H2S B．S C．Fe2＋ D．Fe3＋
5．已知X为一种常见酸的浓溶液，能使蔗糖变黑。A与X反应的转化关系如图所示，其中反应条件及部分产物均已略去，则下列有关说法正确的是(　　)
A． X使蔗糖变黑的现象主要体现了X的强氧化性
B． 若A为铁，则足量A与X在室温下即可完全反应
C． 若A为碳单质，则将C通入少量的澄清石灰水中，一定有白色沉淀产生
D． 工业上，B转化为D的反应条件为高温、常压、使用催化剂
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