第三节 化学与环境
教学要求：
认知目标：
1．知道中国环境保护标志，了解环境污染的危害和保护环境的必要性；
2．了解大气、土壤、水污染的现况，以及污染的成因、危害及防护措施；
3．通过探究，掌握酸雨的成因及危害和污水净化的基本原理
能力目标：
能够通过对环境污染的成因，做出初步的设想来改善及防护；
情感目标：
通过对环境污染现状及危害的了解，使学生珍爱自己身边的环境，提高环保意识
教学重点与难点：
1．空气污染物及其主要来源，硫在空气及氧气中燃烧，酸雨的形成；
2．水污染的主要来源；废水净化的简单原理。
探究实验：
通过硫的燃烧了解酸雨形成的原理
知识整理：
预备知识：中国环境标志图形由清山、绿水、太阳及十个环组成。环境标志的中心结构表示人类赖以生存的环境；外围的十个环紧密结合，环环紧扣，表示公众参与，共同保护环境；同时十个环的“环”字与环境的“环”同字，其寓意为“全民联合起来，共同保护人类赖以生存的环境。”
一．还人类洁净的空气
1．空气污染物：主要有二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）和可吸入颗粒等；
2．空气污染的来源：
（1）化石燃料的燃烧（主要是含硫燃料燃烧产生SO2、燃料燃烧排放的粉尘、CO等）；
（2）工厂废气的排放（主要是NOx、SO2等酸性气体的排放）；
（3）汽车尾气的排放（主要是NOx、CO等有害气体的排放）；
（4）日常生活的其他方面（如裸露地表、工地沙土等造成的粉尘；燃放烟花爆竹等引起的SO2等气体）；
3．空气污染带来的危害：
（1）NOx、SO2等气体形成酸雨（主要成分为HNO3、H2SO4等）
A．实验：模拟硫酸型酸雨的形成
实验内容 实验现象 实验结论及解释
在空气中被点燃 在氧气中燃烧
硫与氧气发生反应 在燃烧匙被加热，硫先熔化为液体，然后被点燃，发出淡蓝色火焰，生成一种刺激性气味的气体 伸入充满氧气的集气瓶中，硫剧烈燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，生成刺激性气味的气体 硫在氧气中燃烧生成二氧化硫气体S + O2 SO2
用注射器抽取40mL的SO2与10mL水混合 如水中滴有紫色石蕊试剂，则液体变为红色。 二氧化硫溶于水形成亚硫酸，水溶液呈酸性SO2 + H2O == H2SO3
将少量混合液滴在pH试纸上，发现pH=4
酸雨的形成过程用化学方程式表示为： （1）含硫物质的燃烧产生二氧化硫：S + O2 SO2（2）在空气中，尘埃等催化作用下，SO2逐渐转化为SO3：2SO2+O2 2SO3（3）SO2、SO3溶于水形成对应的酸：SO2 + H2O == H2SO3 ；SO3 + H2O == H2SO4
（2）酸雨的危害
主要为腐蚀建筑设施（如大理石雕像，钢铁设施等）；影响植物的生长，使农作物减产；土壤及水体的酸化；影响人体的健康，引发呼吸道疾病等。
（3）其他污染物造成的危害
臭氧层破坏：氟利昂的释放，加速臭氧分解；——防治：使用无氟冰箱等
全球性气候变暖：二氧化碳等温室气体的过量排放（CO2不属于污染性气体）。
4．防治空气污染的措施
（1）减少直接燃烧化石燃料，改进燃烧方式
（2）开发新型清洁能源
（3）工厂废气的排放，严格遵循“先处理后排放”的原则
（4）对汽车尾气的安装催化净化装置
（5）对于化石燃料进行脱硫
二．保护水资源
1．水污染的来源：
（1）工业上：工业三废“废气、废水、废渣”的任意排放；
（2）农业上：农药、化肥的滥用及不合理使用；
（3）居民上：生活污水的任意排放
2．水污染的危害：
（1）危害人体健康：被污染的水体通过食物链进入人体中；
（2）造成水体富营养化：当含有大量的氮、磷等营养物质，会造成“水华”、赤潮等现象；
（3）破坏水环境生态平衡：
3．净化水装置
实验步骤：取污水→测定污水pH值→选择适当的试剂调节污水pH值至中性→加入少量明矾，吸附小颗粒→过滤沉淀→消毒[用漂白粉，主要成分为次氯酸钙，Ca(ClO)2]→处理后的水
其中，消毒这步骤肯定为化学变化。
4．防治水污染的措施：
（1）实现化工产品的无污染生产，工厂的废水先处理后排放；
（2）研制无污染的化肥与农药，研制无磷洗涤剂，合理使用化肥与农药；
（3）不随意向河道中丢弃垃圾，增强人们的环保意识；
（4）研究高效率、低消耗的污水处理技术。
三．回收利用固体废弃物
1．固体废弃物的危害：
（1）垃圾分解产生的有毒气体污染空气；
（2）埋入土壤的垃圾会破坏土壤；
（3）丢入水体的垃圾会污染水体。
2．垃圾的处理方法：
（1）主要有分类回收、填埋和高温堆肥等；
（2）可燃性的垃圾可以用来燃烧发电等。第二节 化学与材料
教学目标：
认知目标：
1．知道材料是社会进步的物质基础，了解材料开发和应用与化学科学发展之间的关系；
2．知道青铜、钢铁等合金在人类历史发展中具有的划时代的意义；
3．了解无机非金属材料（如陶瓷、玻璃、水泥等）在生产、生活中的应用；
4．了解纤维等合成材料的分类、性质和用途，知道“白色污染”的危害及其防治方法；
能力目标：
1．通过探究性实验掌握几种纤维、聚乙烯与聚氯乙烯的鉴别方法；
2．能够初步了解各种材料的优缺点及其应用
情感目标：
通过材料化学的学习，了解各种材料在社会发展中的重要作用
教学重点与难点：
1．无机非金属材料的用途；2．合成材料的概念、简单性质和性能及其用途3．复合材料的用途
探究实验：
1．棉线、羊毛线、化纤布料的性质对比实验；2．聚乙烯和聚氯乙烯性质对比实验
知识整理：
一．金属材料
1．定义：金属材料包括纯金属与合金；
2．金属使用的历史过程：
青铜器时代：青铜器是人类社会最先使用的金属材料；
（青铜：主要为铜（Cu）、锡（Sn）的合金）
铁器时代：钢铁的使用代表了中国进入了封建社会；
（注意回忆与复习“冶炼生铁与钢”有关知识）
近现代：铝合金等新型合金的材料；
金属铝的冶炼方法：电解熔融状态的氧化铝
提问：通过人类社会利用金属材料的顺序的分析，你觉得与哪些因素有关？
回答：（1）与金属活动性顺序有关，Cu、Fe、Al的金属活动性依次增强，活动性弱的金属，先利用
（2）与冶炼金属工艺的难易程度有关，Al需要电解，冶炼要求最高，所以后利用。
3．新型金属材料：
铝钛合金：耐腐蚀、质轻、高强度、高韧性，主要用于飞机制造工业；
储氢合金：方便的储存、释放合金，主要用于镍氢电池；
“形状记忆”合金：效果最好的合金为镍钛合金，影响其形态的因素为温度。
4．金属材料的优点及缺点：强度大，但不耐腐蚀
注意回忆与复习“金属的腐蚀与防护”的相关内容
二．无机非金属材料
1．主要包括：陶瓷、玻璃、水泥等
优点：耐高温；缺点：脆性大
2．陶瓷：
（1）陶瓷的原料：瓷土、粘土、长石、石英等
（2）陶瓷的使用：
A．添加氧化铝（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）的陶瓷，耐高温、高强度，可用于制造发动机零件；
B．用羟基磷酸钙[Ca5(OH)(PO4)3]为原料生产的陶瓷，具有生物相容性，能制造人工固、关节等；
C．压电陶瓷，能将压力转变为电能的陶瓷，用于代替打火机中的火石；
3．玻璃：
（1）制造玻璃的原料：砂子（主要成分SiO2）、石灰石（主要成分CaCO3）和纯碱（Na2CO3）等；
（2）玻璃的种类及用途
A．钠玻璃，用途最广泛的、最常见的玻璃；
B．铅玻璃，具有很好的光折射性能，又称光学玻璃；
C．钾玻璃，质坚，主要用于雕刻玻璃，工艺装饰品；
D．钢化玻璃，成份与普通玻璃相同，只是工艺不同，使之质坚，主要用于汽车挡风玻璃等。
问题：制造普通玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英，反应原理是碳酸钠、碳酸钙在高温下分别跟石英反应生成硅酸盐（CaSiO3）。写出这两个反应的化学方程式。
回答：Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑；CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑
三．合成材料（又称，有机合成材料）
1．主要包括：塑料、合成橡胶、合成纤维
优点：强度大、密度小；缺点：不耐高温
2．塑料：
（1）常见的塑料：聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、有机玻璃（PMMA）和电木塑料；
（2）实验：点燃聚乙烯及聚氯乙烯，观察现象
实验样品 实 验 现 象 解释与结论
燃烧情况 是否有黑烟 是否有气味
聚乙烯 易燃，不断滴落 没有 无气味 组成元素为C、H，生成物为CO2、H2O，故聚乙烯无毒，可用于包装食品。
聚氯乙烯 不易燃烧 大量黑烟 产生刺鼻气味 组成元素为C、H、Cl，生成物除了CO2、H2O外，还有HCl或其他含氯物质。故聚氯乙烯有毒，不宜用于包装食品。
（3）塑料的应用带来的负面影响——“白色污染”（废弃塑料的增加，带来的环境污染）
（4）解决“白色污染”问题：
A．尽可能的减少使用塑料制品；B．回收废旧塑料；C．研制和推广可降解塑料
3．合成橡胶：
（1）向橡胶中添加炭黑，为了增加其耐磨性；
（2）向橡胶中添加硫元素，为了增加其强度，但会减弱其弹性。
（3）合成橡胶与天然橡胶相比，优点为良好的弹性、绝缘性及耐高温性。
4．合成纤维：
（1）合成原料：主要为石油、煤、石灰石、水、空气等；
（2）几种纤维的性质比较实验：
性质纤维种类 灼烧情况 受酸影响（10%稀硫酸溶液浸泡5min） 受碱溶液影响（3%NaOH） 结论与解释
棉花（天然植物纤维） 迅速燃烧，产生黄色火焰，有烧纸的气味，固体剩余物松脆 变脆 稍微膨胀 植物纤维主要是由纤维素组成，在酸性或者碱性溶液中容易水解为葡萄糖
羊毛线（天然动物纤维） 燃烧，并产生烧焦羽毛的气味，固体剩余物松脆 几乎无变化 变脆 动物纤维中含有蛋白质，在碱性溶液中容易被溶解。
尼龙线（合成纤维） 燃烧时先卷曲、融化，后燃烧，冷却后固体剩余物变硬 几乎无变化 几乎无变化 合成纤维耐酸碱溶液的腐蚀
（3）合成纤维的优点与缺点
A．优点：强度高、耐磨、弹性好、耐化学腐蚀性；B．缺点：吸水性和透水性差
四．复合材料
1．定义：是将两种或者两种以上的材料复合成一体而形成的材料，具有更优异的综合性能。
2．主要集中复合材料
（1）钢筋混凝土：钢筋（金属材料）和混凝土（无机非金属材料）的复合材料；
（2）机动车轮胎：合金钢（金属材料）和合成橡胶（合成材料）的复合材料；
（3）玻璃钢：塑料（合成纤维）和玻璃纤维（无机非金属材料）的复合材料；第9章 化学与社会发展
第一节 化学与能源
教学目标：
认知目标：
1．了解常见的能源，认识节约能源和开发新能源的重要性；
2．知道电池中的能量转化，了解常见的电池及其性质、使用和回收；
3．了解氢能源的优缺点，及其发展前景
4．掌握氢气的实验室制法，并提高探究学习的能力
能力目标：
1．能够了解社会的发展与能源利用的关系；
2．能够熟悉并理解实验室制取氢气的原理；
情感目标：
引导学生注意联系周围事物，培养自己的观察、对比和实验探究能力
教学重点和难点：
1．化学能源的含义；2．化学燃料及对环境的影响；3．化学能转化为电能；4．氢气的制取和氢能源
探究实验：
化学能转化为电能的实验
知识整理：
一．预备知识：化学燃料及其对环境的影响
1．化石燃料：主要是指埋藏在地下不能再生的燃料资源，主要包括了煤、石油、天然气等。
2．化学燃料带来的环境问题：
（1）煤、石油、天然气的燃烧产物都会有二氧化碳，是温室气体，造成全球气候变暖；
（2）化石燃料中，特别是煤和石油，含有硫、氮等杂质，燃烧产物中含有SO2、NOx等酸性物质，造成酸雨等大气污染物；
（3）燃烧产生的热量，对周围的环境造成热污染
（4）利用煤的燃烧进行火力发电中，能量的转化：
化学能→热能→机械能→电能
由于转化方式复杂、步骤繁多，造成能量有很大的损失。
二．化学能转化为电能
1．化学电源：是一种将化学能直接转化为电能的装置，常见的电池是化学电源。
2．化学电源的优点：既可以减少大气污染，又可以提高能量的转化效率。
3．实验：化学能转化为电能的实验
实验仪器：烧杯、铜片、锌片、导线若干、电流表、硫酸铜溶液
实验步骤：用砂纸擦去铜片、锌片表面的氧化膜，用导线将铜片与正极相连，锌片与负极相连，然后铜片、锌片一起插入盛有硫酸铜溶液的烧杯中。
实验现象 电流计的指针发生偏转，锌片表面变色，长时间后溶液颜色变浅
化学方程式 Zn + CuSO4 == Cu + ZnSO4
电流计偏转原因 烧杯中发生了化学变化，在这种条件下化学变化可以发生电流，将化学能转化为电能。
能量转化的形式 化学能直接转化为电能
使用化学电源的优点 提高能量的转化效率，减少大气污染
注意：燃料电池等。
3．废旧电池丢弃对环境的影响
废旧电池的危害主要集中在重金属上，如汞、铅、镉。这些物质泄露出来进入水或土壤，就会通过各种途径进入了人体的食物链，最终带来危害。因此务必要正确使用电池，并妥善回收。
三．氢能源
1．氢能源的优点：
（1）原料不受限制（来源广）；（2）燃烧时放出热量多（热值高）；（3）生成物不会污染环境。
故称为“绿色能源”。
2．氢能源的缺点：
（1）制备氢气的能耗问题（成本高）；（2）氢气的储存和运输等问题（安全问题）
3．氢能源的发展前景：要利用太阳能来分解水制取氢气，制备高效、廉价的储氢材料。
4．实验室制取氢气
（1）实验原理：通过活泼金属与稀硫酸反应制取氢气
通常是用金属锌与稀硫酸反应，金属镁反应速度过快，不利于收集，金属铁反应过慢
若用稀盐酸与锌反应生成氢气，会使制得的氢气中含有氯化氢气体。
（2）反应方程式：Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑
（3）反应装置：
注意点：
A． 长颈漏斗的下端需伸入垫片以下，形成液封，以及有利于固液可以分离。
B． 由于氢气难溶于水，密度比空气小，故能用排水法或向下排空气法收集。
C． 优点：可以控制反应的开始与结束，节省药品；可以随时向仪器中添加液体试剂
D． 相似的氢气发生装置图（固液制气，不需加热）
（4）实验步骤
A．按照实验要求，安装好实验仪器；
B．检查仪器装置的气密性：关闭止水夹，向分液漏斗中加入足量的水，若漏斗中的液面能存在一段水柱，并不持续下降，则说明原装置气密性良好；
C．装药品：先将锌粒放在垫片上，打开止水夹后，向长颈漏斗中注入稀盐酸，发生反应放出氢气；
D．验纯气体：因为氢气是可燃性气体，进行性质实验之前务必进行验纯
用排水法收集一试管氢气，用拇指堵住，试管口朝下，移近火焰，再移开拇指点火。如果听到尖锐的爆鸣声，则表示氢气不纯，需要重新收集并验纯；如果只听到很微弱的噗噗的声音，则说明氢气已经纯净。
E．收集气体：利用排水法或向下排空气法收集。
F．结束实验：关闭止水夹，产生的氢气无法从导气管中逸出，试管中的气压增大，就会将稀硫酸由分液漏斗下端管口压回分液漏斗中，从而使稀硫酸与锌粒分离，反应停止。
5．氢气的性质与应用
（1）可燃性：在空气被点燃后，发出淡蓝色火焰，放出大量的热
2H2 + O2 2H2O （主要用于气体高能燃料）
（2）还原性：在加热条件下，能与氧化铜等反应，使之变红。
H2 + CuO Cu + 2H2O（主要用于冶炼金属）
