第八章 化学与可持续发展 教学设计（表格式）

教学设计
课程基本信息
学科 化学 年级 高一 学期 春季
课题 化学与可持续发展复习
教学目标
1. 通过铁矿石资源的绿色化利用，引导学生建立元素观、变化观、价类观、绿色观等化学观念。 2.通过含硫物质间的转化，建立基于化合价、物质类别的视角研究物质性质的思维模型——价类二维模型。 3.通过“三废”处理方法的选择与分析，建立基于核心元素化合价判断物质氧化性、还原性的角度感受氧化还原反应的价值，形成绿色应用的意识，增强社会责任感。 4.通过硫酸工业、炼铁工业及烟气脱硫等实际工业生产的学习，培养在真实复杂情境中解决问题的能力，逐步提升变化观念、模型认知等化学学科核心素养。
教学内容
教学重点： 1.“价类二维”思维模型的建构。 2.“矿石资源绿色化利用”模型的建构。 3. 绿色化学等化学观念的形成。
教学难点： 1. 真实情境复杂化学问题的分析。 2．实验方案的设计。 3. 运用“价类二维”思维模型解决真实的化学问题。
教学思想和创新点
本项目以李克强总理政府工作报告中“加强生态环境保护，促进可持续发展”为情境引入，以自然界中的矿石硫铁矿为原料，依据元素观可以用硫铁矿制备硫酸和冶炼铁；运用“绿色化学”思想处理生产的过程中产生的废气、废水和废渣，尽可能再利用废弃物，变废为宝。通过这一系列的真实的具体的问题解决，引导学生应用“价类二维”思维模型预测物质性质、实验设计、归纳提升。让学生经历真实的问题解决过程，培养学生应用化学知识解决实际问题的能力，提升学生的化学学科核心素养。促使教师形成变化和平衡思想、价类二维思想、模型认知思想、绿色化学思想、教学评一致性思想。 创新点有：（1）情境真实。工业上用硫铁矿石制备硫酸，产生的氧化铁可作为炼铁原料，硫铁矿的烧渣可用于制备绿矾，“废气、废水、废渣”的处理，都与生产、生活实际密切相关，引导学生解决真实的化学问题。（2）模型建构。通过含硫元素的物质在一定条件下的相互转化关系，引导学生基于“价类二维”角度研究物质的性质，建构“价类二维”的思维模型和资源利用模型。（3）素养落实。通过硫酸工业、炼铁工业生产以及“废气、废水、废渣”处理工艺的研究，发展学生“变化观念”“模型认知”的核心素养。通过实验方案的设计活动发展学生“科学探究与创新意识”的核心素养。加强生态环境保护，运用化学知识处理“三废”污染，发展学生“科学态度与社会责任”等化学学科核心素养。
主题内容及相关要求
1.内容要求 1.1化学促进可持续发展 认识到化学科学与技术对我国走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路将发挥重要作用，树立建设美丽中国、为全球生态安全作出贡献的信念。 结合实例认识化学科学与技术合理使用的重要性。结合实例认识化学原理、化工技术对于节能环保、清洁生产、清洁能源等产业发展的重要性。树立“绿色化学”的观念，形成资源全面节约、物能循环利用的意识。 1.2 化学科学在材料科学、人类健康等方面的重要作用 知道金属材料、无机非金属材料、高分子材料等常见材料类型，结合实例认识材料组成、性能与应用的联系。体会化学科学发展对于药物合成的重要意义，初步建立依据物质性质分析健康问题的意识。 1.3 化学在自然资源和能源综合利用方面的重要价值 结合合成氨、工业制硫酸、石油化工等实例了解化学在生产中的具体应用，认识化学工业在国民经济发展中的重要地位。以海水、金属矿物、煤、石油等的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化综合利用资源和能源的方法。认识化学对于构建清洁低碳、安全高效的能源体系所发挥的作用，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。 1.4 化学在环境保护中的作用 认识物质及其变化对环境的影响，依据物质的性质及其变化认识环境污染的成因、主要危害及其防治措施，以酸雨的防治和废水处理为例，体会化学对环境保护的作用。了解关于污染防治、环境治理的相关国策、法规，强化公众共同参与环境治理的责任。 1.5 化学应用的安全与规则意识 认识经济发展与环境保护等的关系。树立自觉遵守国家关于化学品应用、化工生产、环境保护、食品与药品安全等方面的法律法规的意识。 2．学业要求 2.1 能列举事实说明化学科学在生产、生活中的应用价值，以及对人类文明的伟大贡献。能列举我国体现化学科学与技术应用的重要成果。能列举说明与化学有关的职业，简单分析这些职业与化学科学的关系。 2.2 能从材料组成的角度对生活中常见的材料进行分类，能根据使用需求选择适当的材料，能解释使用注意事项，并能科学合理使用。 2.3 能举例说明重要资源和能源的主要类型、成分和用途；能从化学的角度分析从资源到产品的转化途径，能对资源的开发利用和能源的使用方案进行评价；辩证地看待资源使用的利弊及其对环境和社会的影响。 2.4 能列举常见的大气、水体和土壤的污染物及其危害，能说明常见污染的成因和防治措施的化学原理，能结合具体的污染问题设计简单的防治方案。能举例说明化学对环境保护的作用。 2.5 能主动运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中简单的化学问题。在应用化学成果时能主动考虑其对自然和社会带来的可能影响，权衡化学成果在生产、生活中应用的利弊。能运用“绿色化学”思想分析和讨论化工生产的相关问题。 2.6 具有节约资源、保护环境的可持续发展意识。从自身做起，形成简约适度、绿色低碳的生活方式，科学进行固体废弃物和垃圾处理。 2.7 能借助国家关于安全生产、环境保护、食品安全、药物开发等方面的法律法规分析与化学有关的社会热点问题。 3．学业质量标准 具有安全意识，能将化学知识与生产、生活实际结合，能主动关心并参与有关的社会性议题的讨论，赞赏化学对人类生活和生产所作的贡献；能运用所学的化学知识和方法分析讨论生产、生活中简单的化学问题（如酸雨防治、环境保护、食品安全等），认识化学科学对社会可持续发展的贡献。（水平1-4） 能分析化学科学在开发利用自然资源、合成新物质、保护环境、保障人类健康、促进科技发展和社会文明等方面的价值和贡献；了解在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性，能从化学视角理解食品安全、环境保护等法律法规，关注化学产品和技术在生产、生活中应用可能产生的负面影响。（水平2-4） 具有对化学技术推广应用和化学品使用进行风险评估的意识，能分析化学品生产和应用过程对社会和环境可能发生的影响，能提出降低其负面影响的建议。（水平3-4） 能分析评估物质转化过程对环境和资源利用的影响。（水平4-2）能说明化学科学发展在自然资源利用、材料合成、环境保护、保障人类健康、促进科学技术发展等方面的重要作用；能对化学技术推广应用和化学品使用进行分析和风险评估；能依据“绿色化学”思想分析某些化学产品生产和应用存在的问题，提出处理或解决化学问题的方案。（水平4-4） 4．教材、教法等综述研究 人教版围绕着“化学与可持续发展”这一核心主题展开，从自然资源开发利用、化学品合理使用和环境保护这三个相互联系的方面，使学生初步体会化学在可持续发展中的重要作用。同时有利于学生将物质之间的转化，包括无机物之间的转化（如金属及其化合物、非金属及其化合物）和有机物之间的转化进行梳理、归纳，并运用于实际生产、生活之中。 苏教版以金属矿物、海水和化石燃料等为例，了解利用化学变化实现物质间的转化，为人类生存和社会发展提供必要的物质和能源基础，同时必须同自然环境相互协调，走可持续发展的道路。 鲁科版没有将“化学与可持续发展”单独作为一个主题，而是将“环境保护、绿色化学的理念渗透到元素与物质世界、自然界中的元素、元素与材料世界等章节中，让学生逐步体会到化学对社会可持续发展的重要性。 运用实验探究、思考讨论、对比分析、归纳提升和信息技术等多种教学方法和手段，推动学生形成化学与可持续发展的观念。
学情分析（素养提升点、纠错点、难点）
已有基础素养提升点纠错点难点1．硫元素、铁元素等元素及其化合物的性质、用途。 2．物质的分类。 3．氧化还原反应。 4．酸雨的形成原因与防治措施。 5．基本实验操作、原理、方法。1．实现各物质间的转化，提升“变化观念”素养。 2．建构“价类二维”认知模型，提升“模型认知”素养。 3．通过矿石资源的利用、“三废”处理，提升“社会责任”素养。1．物质间的转化通常需要一定的条件。 2．运用“价类二维”思维模型分析、推测物质的性质和用途。 3．对比实验研究中忽视变量的控制，导致无法比较。1．“价类二维”思维模型的建构。 2．真实情境复杂化学问题的分析。 3．实验方案的设计。 4．运用“价类二维”思维模型解决真实的化学问题。
教学环节流程图
驱动任务问题和情境线学生活动知识线能力发展线创设情境 引入项目李克强总理政府工作报告中涉及环境保护内容进入学习情境，了解环境保护的重要性“三废”处理是污染防治的重要内容形成绿色应用意识，增强社会责任感推测硫铁矿石资源的可能工业用途硫铁矿主要含有哪些元素？思考并交流基于元素观推测化学与生活、工业生产相联系建构价类二维思维模型S元素有哪些化合价？含硫物质有哪些类别？绘制S元素价类二维图不同价态含S元素物质及其类别建立价类二维思维模型应用价类二维思维模型探寻硫酸工业生产原理书写化学方程式物质间的转化解决具体的化学问题的能力设计脱硫方案类别、化合价选择试剂、评价方案不同量的反应、氧化还原反应实验设计能力真实工业生产中脱硫脱硝工业氯酸脱硫脱硝的原理？分析氧化吸收塔、碱式吸收塔中的反应氧化还原反应、SO2和NOx的性质发展解决真实情境中复杂化学问题的能力硫铁矿烧渣的利用由烧渣如何制备绿矾？设计、评价方案的优劣Fe、Al、Si、S及化合物性质应用绿色化学思想变废为宝含氮废水处理氨氮废水如何处理？硝氮废水如何处理？正确表征、解释硝氮废水处理的原理价类二维认知模型、选择脱硝方法模型认知、宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养
教学过程
【情境引入】李克强总理在今年的政府工作报告中指出：去年我国污染防治攻坚战深入开展，主要污染物排放量继续下降，进一步巩固蓝天、碧水、净土保卫战成果，加强生态环境保护，促进可持续发展。资源、能源、材料、环保、健康、安全等是当今社会重要的研究主题，化学与这些主题密切相关。按照绿色化学思想和循环经济原则，可以科学、安全、有效和合理地开发利用资源和使用各种化学品，为建设美丽中国发挥化学学科的重要价值。 学习任务一 推测硫铁矿石资源的可能工业用途 【教师】硫铁矿（FeS2）是自然界中常见的一种矿石，基于元素观，推测硫铁矿石可能有哪些工业用途？ 【学生】硫铁矿石中主要含有硫元素、铁元素，可以用于硫酸工业，其烧渣可用于炼铁工业和制备绿矾。 学习任务二 建构价类二维思维模型 【教师】S元素有哪些常见的化合价？含硫物质有哪些类别？请绘制S元素的价类二维图。 【方法建模】建构价类二维思维模型：从物质中核心元素化合价和物质类别预测其性质，低化合价具有还原性，高化合价具有氧化性，中间价态既具有氧化性又具有还原性。物质类别主要基于复分解反应，特别要关注复分解反应发生的条件。 学习任务三 应用价类二维思维模型 【教师】以硫铁矿（FeS2）为原料如何制备工业硫酸？涉及到哪些化学反应？请写出相关反应方程式。 【学生1】4FeS2+11O2===2Fe2O3+8SO2 2SO2+O2===2SO3 SO3+H2O===H2SO4 【教师】价类二维思维模型可以帮助我们解决无机元素及其化合物哪些化学问题？ 【学生2】无机元素及其化合物的性质与转化、推测比较、预测证明、分析解释、描述说明，物质的制备、分离、检验、使用、保存等实际问题。 学习任务四 设计脱硫（SO2）的方案 【教师】焙烧过程中会产生SO2，严重危害生态环境。应用价类二维思维模型设计脱硫（SO2）的方法。 角度一：SO2是酸性氧化物，用加碱性物质脱硫。 方法1：钠碱脱硫。Na2CO3溶液吸收：反应过程中溶液组成变化如图所示。吸收初期（图中A点以前）反应的化学方程式为 。 【学生1】根据图像，吸收初期（图中A点以前）反应的生成物主要为：NaHCO3和Na2SO3，故该反应的方程式为：2Na2CO3+ SO2+H2O= 2NaHCO3+Na2SO3。 【教师】氨水是一种弱碱，可以用氨水脱硫。请写出氨水脱硫的离子方程式： 【学生2】氨水脱硫的离子方程式：过量的氨水吸收2NH3·H2O+ SO2 = 2NH4++SO32-+H2O， 少量的氨水吸收NH3·H2O+ SO2 = NH4++HSO3-。 【教师】大家比较熟悉的是钙基固硫。钙基固硫是一种有前景的脱硫方法的吗？如何评价钙基固硫 【学生3】钙基固硫实际上并不是一种有前景的脱硫方法，首先设备因为生成CaSO4,设备容易结垢；其次虽然生成了石膏，但仅有5%的高品质利用率，另外重金属会对生态环境也会造成威胁。 【教师】如何评价镁法脱硫（MgO吸收二氧化硫）？ 【学生4】（1）技术可行——不会结垢，MgSO4的溶解度大； （2）经济可行——中国的镁资源占世界第二位； （3）环境效益最大化——生成物MgSO4再利用，环境问题较小。 【真实工业生产中脱硫脱硝】 氯酸（HClO3）氧化脱硫（SO2）脱硝（NO）工艺流程图如下： 工业氯酸脱硫脱硝 已知在氧化吸收塔中发生如下两个反应： 13 NO + 6HClO3+ 5 H2O == 6 HCl + 10HNO3+ 3 NO2 3 SO2 + HClO3+ 3 H2O == HCl + 3H2SO4 【教师】请结合工艺流程图和价类二维分析氧化吸收塔中的脱硫脱硝过程。 【学生5】HClO3同时氧化了NO与SO2，但只有部分NO被氧化为HNO3，另外一部分NO被氧化为NO2，而SO2被氧化为H2SO4，结合价类二维思维模型可知在氧化吸收塔中完成脱硫和部分脱硝。 【思考与交流】氧化吸收塔中未完全吸收的烟气将进入碱式吸收塔中进一步处理，结合工艺流程图、价类二维分析碱式吸收塔中发生了哪些化学反应？ 【学生6】碱式吸收塔中含有NaOH，发生反应：2NO2+2NaOH==NaNO3+NaNO2+H2O；Na2S中S为-2价，常作为还原剂，可将NO2还原为N2，发生反应Na2S+2NO2==Na2SO4+N2。 【教师总结】实际工业处理中，除了考虑物质转化之外，还需考虑成本、脱除效率、设备要求等因素。如果碱式吸收塔中只有NaOH溶液，理论上可行。但实际上NaOH溶液吸收NO2的速率慢且吸收效率低，所以碱式吸收塔中NaOH溶液主要用于除去残留的SO2，辅以除去NO2，加入的Na2S溶液是为了除去NO2。 学习任务五 设计从硫铁矿烧渣制绿矾的方案 【教师】硫铁矿烧渣中主要成分为Fe2O3，还含少量SiO2、Al2O3，以它为原料可以制备绿矾。设计从原料（硫铁矿烧渣）到产品（绿矾）的物质转化流程图。比较哪个方案更好？ 【学生1】 【学生2】 【教师】如何评价学生1和学生2的方案？ 【学生3】 【教师】学生3的方案中，尽管SiO2在NaOH中有一定的溶解能力，但是溶解速度非常慢。该方案步骤少，操作方便，常被利用。 学习任务六 含氮废水处理 含氮废水主要有氨氮（以NH3、NH形式存在）、硝氮两种形式。 （22届高三化学南京、盐城一模18）水溶性硝态氮（以NO3－ 、NO2－ 等形式存在）是水体污染物之一，须处理达到国家规定的标准后才能排放。 【教师】在反硝化细菌作用下，用葡萄糖处理酸性废水中的NO3－ 产生两种对大气无污染的气体。请写出该反应的离子方程式。 【学生1】反硝化细菌作催化剂，葡萄糖将酸性废水中的NO3－ 还原为N2，自身被氧化生成CO2气体，其离子方程式为：5C6H12O6＋24NO3－＋24H＋12N2↑＋30CO2↑＋42H2O。
归纳总结（观念化、结构化、模型化）
1．价类二维思维模型：从物质中核心元素化合价和物质类别预测其性质，低化合价具有还原性，高化合价具有氧化性，中间价态既具有氧化性又具有还原性。物质类别主要基于复分解反应，特别要关注复分解反应发生的条件。 2．矿石资源的绿色化利用模型：依据矿石资源的存在形式、资源分布、元素价态、结构性质等，选择合适的试剂和方法将其转化成所需要的产品，按照绿色化学思想和循环经济的原则处理生产过程中产生的“三废”（废气、废水、废渣），变废为宝。工业产品经分离、提纯后常用于化工生产、化学实验、物质检验、定量测定等。 (
矿石资源
存在形式
资源分布
元素价态
结构性质
工业产品
分离提纯
化工生产
化学实验
检验测定
废气
废水
废渣
变废为宝
)
教学反思
1.创设情境，外显思维历程，渗透核心素养培育 以李克强总理政府工作报告中“加强生态环境保护，促进可持续发展”为情境引入主题项目——硫铁矿石资源的绿色化利用，从“化合价和物质类别的视角研究物质性质”到“建构价类二维思维模型”，从“硫酸工业生产原理”到“脱硫方案的设计”，从“硫铁矿烧渣”到“制备绿矾”，从“真实工艺生产”到“应用思维模型模拟工厂中含氮废水的处理”，建立认知模型，总结思维历程，形成从知识到方法的迁移路径，帮助学生形成认识陌生元素及物质的思维方法。 2．任务解决，应用学科观念，促进核心素养发展 基于“学习任务”展开教学，从“预测”到“建模”再到“应用”，环环相扣，符合学生的认知规律。教学任务设计的形式多样，有“推理预测”、“实验方案设计”、“模型建构”、“思考交流”、“表征解释”等，通过活动的层层递进，促进了学生对价类二维思维模型和矿石资源绿色化利用模型的认识。培养了学生的实证意识，概括关联、比较说明、设计论证的能力，促进思维水平的进阶。 3．教学评一体化，突出学科思维培养，发展学生思维 教学设计中紧紧围绕发展学生化学学科素养的主旨，注重教学目标与评价目标、学习任务与评价任务、学习方式与评价方式的整体性、一致性设计。通过学生在实验探究、小组讨论、方案设计等活动中的表现，运用提问、组内评价、组间互评、师生共评等方式，对学生的思维发展状况、核心素养的发展水平予以把握，充分发挥了化学日常学习评价的诊断和发展功能。