《化學(xué)是社會可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)》教學(xué)設(shè)計(jì)一、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展離不開化學(xué)1．化學(xué)與人類的密切關(guān)系(1)化學(xué)與人們的生活有著緊密的聯(lián)系。(2)化學(xué)與信息、生命、材料、環(huán)境、能源、地球、空間和核科學(xué)等新興學(xué)科有緊密的聯(lián)系。(3)化學(xué)合成和分離技術(shù)為其他技術(shù)的發(fā)明提供了不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。2．化學(xué)促進(jìn)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展化學(xué)科學(xué)的發(fā)展將幫助人們解決工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的許多技術(shù)問題，提供所需要的具有特定性能的材料，開發(fā)高效的潔凈能源。(1)解決工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的技術(shù)問題如：制作印刷電路板的反應(yīng)原理為2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2。(2)創(chuàng)造和合成具有特定性能的材料如以石英砂為原料制備高純硅的流程圖為eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up10(焦炭),\s\do10(①))eq\x(粗硅)eq\o(→,\s\up10(氯氣),\s\do10(②))eq\x(四氯化硅)eq\o(→,\s\up10(氫氣),\s\do10(③))eq\x(純硅)寫出圖中的反應(yīng)的化學(xué)方程式：①2C＋SiO2eq\o(=,\s\up10(高溫))Si(粗)＋2CO↑；②Si(粗)＋2Cl2eq\o(=,\s\up10(△))SiCl4；③SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up10(高溫))Si(純)＋4HCl。微點(diǎn)撥：(1)化學(xué)合成和分離技術(shù)是人類生存所必需的，也為其余技術(shù)發(fā)明提供了不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。(2)化學(xué)科學(xué)的發(fā)展將幫助人們解決工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的許多技術(shù)問題，提供所需要的具有特定性能的材料，開發(fā)高效的潔凈能源。二、解決環(huán)境問題需要化學(xué)科學(xué)1．環(huán)境問題生活垃圾與工業(yè)生產(chǎn)的廢氣、廢渣、廢液等給環(huán)境帶來了嚴(yán)重危害。2．化學(xué)對環(huán)境保護(hù)的貢獻(xiàn)(1)燃煤煙氣的脫硫①石灰石-石膏法脫硫的反應(yīng)原理：a．SO2＋Ca(OH)2=CaSO3＋H2O；b．2CaSO3＋O2=2CaSO4。②氨水法脫硫的反應(yīng)原理：a．SO2＋2NH3＋H2O=(NH4)2SO3；b．SO2＋NH3＋H2O=NH4HSO3；c．2(NH4)2SO3＋O2=2(NH4)2SO4。③通過煙氣脫硫，可以消除燃煤煙氣中的SO2，同時(shí)還得到副產(chǎn)品石膏和硫酸銨。(2)消除汽車尾氣對環(huán)境的污染①發(fā)動機(jī)燃油排放的尾氣成分：CO、NO、NO2、碳?xì)浠衔?、顆粒物。②消除尾氣污染a．石油的脫硫處理；b．汽車尾氣處理裝置將有害氣體轉(zhuǎn)化為N2、CO2和水蒸氣排出；c．使用新的無害的汽油添加劑；d．使用酒精、天然氣代替部分或全部燃油；e．“零排放”的電動汽車用氫作汽車燃料，用燃料電池作動力，合成廉價(jià)的、可再生的儲氫材料和能量轉(zhuǎn)換材料。(3)回收二氧化碳化學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)可利用二氧化碳制造全降解塑料。例如，用二氧化碳和環(huán)氧丙烷在催化劑作用下可生成一種可降解高聚物：，其合成反應(yīng)為。3．綠色化學(xué)(1)要求：利用化學(xué)原理從源頭上消除污染。(2)期望：在化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)工業(yè)過程中充分利用參與反應(yīng)的原料。(3)結(jié)果：所有物質(zhì)原料、中間產(chǎn)物都在內(nèi)部循環(huán)、利用，實(shí)現(xiàn)零排放。1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)光導(dǎo)纖維的主要成分是晶體硅。 ()(2)化學(xué)科學(xué)的發(fā)展有助于創(chuàng)造、合成具有特定性能的材料。 ()(3)燃煤時(shí)加入適量的石灰石，可緩解酸雨。 ()(4)回收二氧化碳有助于解決溫室效應(yīng)問題。 ()[提示](1)×(2)√(3)√(4)√2．下列化學(xué)新技術(shù)與其試圖解決的問題的連線不正確的是()A．某沿海城市技術(shù)開發(fā)公司研制的海水淡化膜——資源問題B．某洗衣機(jī)廠研制不用洗衣粉的洗衣機(jī)——污染問題C．研制應(yīng)用于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的導(dǎo)電塑料——能源問題D．中科院研制的納米玻璃用于國家大劇院——材料問題C[海水淡化膜的研制可以解決淡水資源的缺乏問題；洗衣粉中的一些元素會對水資源造成污染，研制不用洗衣粉的洗衣機(jī)，可以減少洗衣粉對水質(zhì)的污染；研制導(dǎo)電塑料、納米玻璃都屬于材料領(lǐng)域問題。]3．聯(lián)合國氣候變化框架公約《京都議定書》要求發(fā)達(dá)國家限制二氧化碳等溫室氣體排放量，以控制日趨嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。(1)科學(xué)家采取“組合轉(zhuǎn)化”技術(shù)，將CO2和H2以一定比例混合，在一定條件下反應(yīng)，生成一種重要的化工原料乙烯和水，請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________________________________________________________________________________________________________。(2)為了減緩大氣中CO2的含量，以下建議可行的是________。a．開發(fā)太陽能、水能、風(fēng)能等新能源b．禁止使用煤、石油、天然氣等礦物燃料c．大量植樹造林，禁止亂砍濫伐[答案](1)2CO2＋6H2eq\o(→,\s\up10(一定條件))CH2=CH2＋4H2O(2)ac化學(xué)科學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)1.化學(xué)科學(xué)的發(fā)展對人類的三大貢獻(xiàn)(1)解決工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的技術(shù)問題。(2)創(chuàng)造、合成具有特定性能的材料。(3)開發(fā)高效的潔凈能源。2．化學(xué)科學(xué)對技術(shù)貢獻(xiàn)的實(shí)例分析(1)信息技術(shù)的發(fā)展①鋪設(shè)光纖通訊線路的材料——光導(dǎo)纖維。光導(dǎo)纖維又稱光學(xué)纖維，是能傳導(dǎo)光信號的纖維材料，主要成分——SiO2。②制造芯片的半導(dǎo)體材料——晶體硅。制造原理：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up10(高溫))Si(粗硅)＋2CO↑，Si(粗硅)＋2Cl2eq\o(=,\s\up10(△))SiCl4，SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up10(高溫))Si(高純硅)＋4HCl。(2)天然橡膠與合成橡膠①天然橡膠的相對分子質(zhì)量分布在10～180萬之間，平均相對分子質(zhì)量在70萬左右。②以石油產(chǎn)品為主要原料，應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)合成性能類似于甚至超過天然橡膠的一類有機(jī)高分子化合物叫做合成橡膠。(3)納米材料①指用晶粒尺寸為納米級的微小顆粒制成的各種材料，其納米顆粒的大小不應(yīng)超過100nm，而通常情況下，不應(yīng)超過10nm。②包括金屬、非金屬、有機(jī)、無機(jī)和生物等多種粉末材料。【典例1】化學(xué)與能源、信息、材料密切相關(guān)。下列說法錯(cuò)誤的是()A．石油的催化裂化是為了提高從石油中得到汽油等輕質(zhì)油的產(chǎn)量和質(zhì)量B．開發(fā)太陽能、水能、風(fēng)能等能源，可減少煤、石油等化石燃料的使用C．光纜在信息產(chǎn)業(yè)中有廣泛應(yīng)用，制造光纜的主要材料是單質(zhì)硅D．氧化鋁常用于制造耐火材料，氧化鐵常用于制造紅色油漆和涂料C[石油的催化裂化可以將相對分子質(zhì)量較大、沸點(diǎn)較高的烴斷裂成相對分子質(zhì)量較小、沸點(diǎn)較低的烴；新能源的開發(fā)和利用可以達(dá)到節(jié)能減排的目的；制造光纜的主要材料是二氧化硅；氧化鋁的熔點(diǎn)高，常用于制造耐火材料，由于氧化鐵為紅棕色，常用于制造紅色油漆和涂料。故答案為C。]1．化學(xué)與生活、社會密切相關(guān)。下列說法不正確的是()A．為了防止污染環(huán)境，廢棄的塑料應(yīng)焚燒處理B．誤食重金屬鹽后，應(yīng)采取的有效應(yīng)急措施是喝大量的豆?jié){或牛奶C．為防止電池中的重金屬元素污染土壤和水體，應(yīng)積極開發(fā)廢電池的綜合利用技術(shù)D．利用太陽能等清潔能源代替化石燃料，有利于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境A[廢棄塑料在焚燒過程中會產(chǎn)生新的污染物，從而造成環(huán)境污染。]常見環(huán)境污染及其防治綠色化學(xué)1.常見環(huán)境污染與防治環(huán)境污染污染源污染物防治措施酸雨煤、石油等化石燃料的燃燒，汽車尾氣等SO2、NOx開發(fā)利用新能源；化石燃料脫硫或固硫，廢氣用氨水、堿液吸收光化學(xué)煙霧汽車尾氣、硝酸工業(yè)廢氣NOx、碳?xì)浠衔锵矚馕廴?，使用清潔燃料溫室效?yīng)煤、石油、天然氣等化石燃料的燃燒CO2等溫室氣體減少化石燃料的使用；開發(fā)利用新能源；植樹造林臭氧層空洞使用含氟氯烴的冰箱、空調(diào)等氟氯烴限制或停止氟氯烴的使用赤潮含一定量氮和磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)的生活污水、工業(yè)廢水氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)工業(yè)、生活污水處理后再排放，限制使用含磷洗滌劑白色污染難以降解塑料的大量生產(chǎn)和使用廢棄塑料減少使用和加強(qiáng)回收，使廢塑料再利用、再循環(huán)，研制開發(fā)易降解塑料2.綠色化學(xué)(1)綠色化學(xué)示意圖(2)原子經(jīng)濟(jì)原子經(jīng)濟(jì)要求反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)變成期望的最終產(chǎn)物，原子利用率達(dá)到100%，也就是說在化學(xué)反應(yīng)過程中不產(chǎn)生任何廢物。原子利用率＝eq\f(期望產(chǎn)物的總質(zhì)量,反應(yīng)物的總質(zhì)量)×100%(3)原子利用率為100%的反應(yīng)類型有化合反應(yīng)、加成反應(yīng)和加聚反應(yīng)?！镜淅?】非金屬元素的一些氧化物會導(dǎo)致環(huán)境污染，以下非金屬氧化物與其引起的環(huán)境問題及主要來源對應(yīng)正確的是()選項(xiàng)氧化物環(huán)境問題主要來源ACO2酸雨化石燃料的燃燒BSO2光化學(xué)煙霧汽車尾氣的排放CNO2溫室效應(yīng)工廠廢氣的排放DCOCO中毒汽車尾氣和化石燃料的不完全燃燒D[CO2能導(dǎo)致溫室效應(yīng)，NO2能引起光化學(xué)煙霧，SO2能引起酸雨。]2．“綠色化學(xué)”要求從根本上消除污染，是一門能防止污染的科學(xué)。它包括“原料的綠色化”“化學(xué)反應(yīng)的綠色化”“產(chǎn)物的綠色化”等內(nèi)容。其中“化學(xué)反應(yīng)的綠色化”要求反應(yīng)物中所有的原子完全被利用且全部轉(zhuǎn)入期望的產(chǎn)品中。下列不符合“化學(xué)反應(yīng)的綠色化”的是()A．消除硫酸廠尾氣中的SO2：SO2＋2NH3＋H2O=(NH4)2SO3B．乙烯與溴水加成：C．制CuSO4：Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up10(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2OD．制聚乙烯：nCH2=CH2eq\o(→,\s\up10(一定條件))CH2—CH2C[用Cu與濃H2SO4反應(yīng)制CuSO4時(shí)，還會生成SO2，污染空氣，不符合“化學(xué)反應(yīng)的綠色化”。]1．十八大以來，習(xí)近平總書記在多個(gè)場合強(qiáng)調(diào)，“綠水青山就是金山銀山”，對環(huán)境生態(tài)保護(hù)尤為重視，下列說法不符合綠色化學(xué)理念的是()A．開發(fā)高效氫能、太陽能等新型電動汽車，以解決城市機(jī)動車尾氣排放問題B．利用有機(jī)垃圾發(fā)酵生產(chǎn)沼氣做生活燃料C．將造紙廢水通過高壓水井壓到地下，節(jié)約成本D．積極開發(fā)廢舊電池的綜合利用技術(shù)，解決電池中的重金屬對土壤和水體的污染C[開發(fā)高效氫能、太陽能等新型電動汽車，可以減少污染性氣體的排放，改善空氣質(zhì)量，A正確；利用有機(jī)垃圾生產(chǎn)沼氣，可以減少對其他形式不可再生能源的使用，B正確；造紙的廢水中含有有毒、有腐蝕性的物質(zhì)，將造紙廢水通過高壓水井壓到地下，會污染土壤和地下水，C不正確；電池中的重金屬污染土壤和水源，應(yīng)積極開發(fā)廢舊電池的綜合利用技術(shù)，D正確。]2．下列行為不符合綠色化學(xué)理念的是()A．研發(fā)潔凈、高效的煤炭利用技術(shù)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境B．推廣CO2的再利用技術(shù)，將CO2合成有價(jià)值的化學(xué)品C．利用工業(yè)廢水灌溉農(nóng)作物，提高水資源的利用率D．提高風(fēng)能、水能、太陽能等可再生清潔能源的使用比例C[C項(xiàng)，利用工業(yè)廢水灌溉農(nóng)作物，會破壞生態(tài)環(huán)境，污染土壤，污染農(nóng)作物，危害人體健康，錯(cuò)誤。]3．人們從自然界的石英砂中制取粗硅的反應(yīng)是()A．SiO2＋2COeq\o(=,\s\up10(高溫))Si＋2CO2B．Si＋O2eq\o(=,\s\up10(△))SiO2C．SiO2＋2H2eq\o(=,\s\up10(高溫))Si＋2H2OD．SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up10(高溫))Si＋2CO↑D[焦炭和石英砂(主要成分為SiO2)在高溫下反應(yīng)可制得粗硅，D正確。]4．化學(xué)與生活密切相關(guān)。下列說法錯(cuò)誤的是()A．是指粒徑不大于μm的可吸入懸浮顆粒物B．綠色化學(xué)要求從源頭上消除或減少生產(chǎn)活動對環(huán)境的污染C．燃煤中加入CaO可以減少酸雨的形成及溫室氣體的排放D．天然氣和液化石油氣是我國目前推廣使用的清潔燃料C[燃煤中加入CaO是為了除去煤燃燒生成的SO2，可減少酸雨的形成，但不能減少溫室氣體的排放。]5．飄塵是物質(zhì)燃燒時(shí)產(chǎn)生的粒狀漂浮物，顆粒很小(直徑小于10－7m)，不易沉降(可漂浮數(shù)小時(shí)甚至數(shù)年)，它與空氣中的SO2、O2接觸時(shí)，SO2會部分轉(zhuǎn)化為SO3，使空氣酸度增加，形成酸雨。(1)飄塵所起的主要作用是________(填序號)。a．氧化作用 b．還原作用c．吸附作用 d．催化作用(2)由題意，試寫出形成酸雨的兩個(gè)化學(xué)方程式：_____________________________________________________，_____________________________________________________。(3)汽車排放的尾氣、硝酸廠和化肥廠的廢氣含有氮氧