教學設計

課程基本信息學科化學年級高一學期春季課題化學與可持續發展復習教學目標1.通過鐵礦石資源的綠色化利用，引導學生建立元素觀、變化觀、價類觀、綠色觀等化學觀念。2.通過含硫物質間的轉化，建立基于化合價、物質類別的視角研究物質性質的思維模型——價類二維模型。3.通過“三廢”處理方法的選擇與分析，建立基于核心元素化合價判斷物質氧化性、還原性的角度感受氧化還原反應的價值，形成綠色應用的意識，增強社會責任感。4.通過硫酸工業、煉鐵工業及煙氣脫硫等實際工業生產的學習，培養在真實復雜情境中解決問題的能力，逐步提升變化觀念、模型認知等化學學科核心素養。教學內容教學重點：1.“價類二維”思維模型的建構。2.“礦石資源綠色化利用”模型的建構。3.綠色化學等化學觀念的形成。

教學難點：1.真實情境復雜化學問題的分析。2．實驗方案的設計。3.運用“價類二維”思維模型解決真實的化學問題。教學思想和創新點本項目以李克強總理政府工作報告中“加強生態環境保護，促進可持續發展”為情境引入，以自然界中的礦石硫鐵礦為原料，依據元素觀可以用硫鐵礦制備硫酸和冶煉鐵；運用“綠色化學”思想處理生產的過程中產生的廢氣、廢水和廢渣，盡可能再利用廢棄物，變廢為寶。通過這一系列的真實的具體的問題解決，引導學生應用“價類二維”思維模型預測物質性質、實驗設計、歸納提升。讓學生經歷真實的問題解決過程，培養學生應用化學知識解決實際問題的能力，提升學生的化學學科核心素養。促使教師形成變化和平衡思想、價類二維思想、模型認知思想、綠色化學思想、教學評一致性思想。創新點有：（1）情境真實。工業上用硫鐵礦石制備硫酸，產生的氧化鐵可作為煉鐵原料，硫鐵礦的燒渣可用于制備綠礬，“廢氣、廢水、廢渣”的處理，都與生產、生活實際密切相關，引導學生解決真實的化學問題。（2）模型建構。通過含硫元素的物質在一定條件下的相互轉化關系，引導學生基于“價類二維”角度研究物質的性質，建構“價類二維”的思維模型和資源利用模型。（3）素養落實。通過硫酸工業、煉鐵工業生產以及“廢氣、廢水、廢渣”處理工藝的研究，發展學生“變化觀念”“模型認知”的核心素養。通過實驗方案的設計活動發展學生“科學探究與創新意識”的核心素養。加強生態環境保護，運用化學知識處理“三廢”污染，發展學生“科學態度與社會責任”等化學學科核心素養。主題內容及相關要求1.內容要求1.1化學促進可持續發展認識到化學科學與技術對我國走生產發展、生活富裕、生態良好的文明發展道路將發揮重要作用，樹立建設美麗中國、為全球生態安全作出貢獻的信念。結合實例認識化學科學與技術合理使用的重要性。結合實例認識化學原理、化工技術對于節能環保、清潔生產、清潔能源等產業發展的重要性。樹立“綠色化學”的觀念，形成資源全面節約、物能循環利用的意識。1.2化學科學在材料科學、人類健康等方面的重要作用知道金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料等常見材料類型，結合實例認識材料組成、性能與應用的聯系。體會化學科學發展對于藥物合成的重要意義，初步建立依據物質性質分析健康問題的意識。1.3化學在自然資源和能源綜合利用方面的重要價值結合合成氨、工業制硫酸、石油化工等實例了解化學在生產中的具體應用，認識化學工業在國民經濟發展中的重要地位。以海水、金屬礦物、煤、石油等的開發利用為例，了解依據物質性質及其變化綜合利用資源和能源的方法。認識化學對于構建清潔低碳、安全高效的能源體系所發揮的作用，體會化學對促進人與自然和諧相處的意義。1.4化學在環境保護中的作用認識物質及其變化對環境的影響，依據物質的性質及其變化認識環境污染的成因、主要危害及其防治措施，以酸雨的防治和廢水處理為例，體會化學對環境保護的作用。了解關于污染防治、環境治理的相關國策、法規，強化公眾共同參與環境治理的責任。1.5化學應用的安全與規則意識認識經濟發展與環境保護等的關系。樹立自覺遵守國家關于化學品應用、化工生產、環境保護、食品與藥品安全等方面的法律法規的意識。2．學業要求2.1能列舉事實說明化學科學在生產、生活中的應用價值，以及對人類文明的偉大貢獻。能列舉我國體現化學科學與技術應用的重要成果。能列舉說明與化學有關的職業，簡單分析這些職業與化學科學的關系。2.2能從材料組成的角度對生活中常見的材料進行分類，能根據使用需求選擇適當的材料，能解釋使用注意事項，并能科學合理使用。2.3能舉例說明重要資源和能源的主要類型、成分和用途；能從化學的角度分析從資源到產品的轉化途徑，能對資源的開發利用和能源的使用方案進行評價；辯證地看待資源使用的利弊及其對環境和社會的影響。2.4能列舉常見的大氣、水體和土壤的污染物及其危害，能說明常見污染的成因和防治措施的化學原理，能結合具體的污染問題設計簡單的防治方案。能舉例說明化學對環境保護的作用。2.5能主動運用所學的化學知識和方法解決生產、生活中簡單的化學問題。在應用化學成果時能主動考慮其對自然和社會帶來的可能影響，權衡化學成果在生產、生活中應用的利弊。能運用“綠色化學”思想分析和討論化工生產的相關問題。2.6具有節約資源、保護環境的可持續發展意識。從自身做起，形成簡約適度、綠色低碳的生活方式，科學進行固體廢棄物和垃圾處理。2.7能借助國家關于安全生產、環境保護、食品安全、藥物開發等方面的法律法規分析與化學有關的社會熱點問題。3．學業質量標準具有安全意識，能將化學知識與生產、生活實際結合，能主動關心并參與有關的社會性議題的討論，贊賞化學對人類生活和生產所作的貢獻；能運用所學的化學知識和方法分析討論生產、生活中簡單的化學問題（如酸雨防治、環境保護、食品安全等），認識化學科學對社會可持續發展的貢獻。（水平1-4）能分析化學科學在開發利用自然資源、合成新物質、保護環境、保障人類健康、促進科技發展和社會文明等方面的價值和貢獻；了解在化工生產中遵循“綠色化學”思想的重要性，能從化學視角理解食品安全、環境保護等法律法規，關注化學產品和技術在生產、生活中應用可能產生的負面影響。（水平2-4）具有對化學技術推廣應用和化學品使用進行風險評估的意識，能分析化學品生產和應用過程對社會和環境可能發生的影響，能提出降低其負面影響的建議。（水平3-4）能分析評估物質轉化過程對環境和資源利用的影響。（水平4-2）能說明化學科學發展在自然資源利用、材料合成、環境保護、保障人類健康、促進科學技術發展等方面的重要作用；能對化學技術推廣應用和化學品使用進行分析和風險評估；能依據“綠色化學”思想分析某些化學產品生產和應用存在的問題，提出處理或解決化學問題的方案。（水平4-4）4．教材、教法等綜述研究人教版圍繞著“化學與可持續發展”這一核心主題展開，從自然資源開發利用、化學品合理使用和環境保護這三個相互聯系的方面，使學生初步體會化學在可持續發展中的重要作用。同時有利于學生將物質之間的轉化，包括無機物之間的轉化（如金屬及其化合物、非金屬及其化合物）和有機物之間的轉化進行梳理、歸納，并運用于實際生產、生活之中。蘇教版以金屬礦物、海水和化石燃料等為例，了解利用化學變化實現物質間的轉化，為人類生存和社會發展提供必要的物質和能源基礎，同時必須同自然環境相互協調，走可持續發展的道路。魯科版沒有將“化學與可持續發展”單獨作為一個主題，而是將“環境保護、綠色化學的理念滲透到元素與物質世界、自然界中的元素、元素與材料世界等章節中，讓學生逐步體會到化學對社會可持續發展的重要性。運用實驗探究、思考討論、對比分析、歸納提升和信息技術等多種教學方法和手段，推動學生形成化學與可持續發展的觀念。學情分析（素養提升點、糾錯點、難點）已有基礎素養提升點糾錯點難點1．硫元素、鐵元素等元素及其化合物的性質、用途。2．物質的分類。3．氧化還原反應。4．酸雨的形成原因與防治措施。5．基本實驗操作、原理、方法。1．實現各物質間的轉化，提升“變化觀念”素養。2．建構“價類二維”認知模型，提升“模型認知”素養。3．通過礦石資源的利用、“三廢”處理，提升“社會責任”素養。1．物質間的轉化通常需要一定的條件。2．運用“價類二維”思維模型分析、推測物質的性質和用途。3．對比實驗研究中忽視變量的控制，導致無法比較。1．“價類二維”思維模型的建構。2．真實情境復雜化學問題的分析。3．實驗方案的設計。4．運用“價類二維”思維模型解決真實的化學問題。教學環節流程圖驅動任務問題和情境線學生活動知識線能力發展線創設情境引入項目李克強總理政府工作報告中涉及環境保護內容進入學習情境，了解環境保護的重要性“三廢”處理是污染防治的重要內容形成綠色應用意識，增強社會責任感推測硫鐵礦石資源的可能工業用途硫鐵礦主要含有哪些元素？思考并交流基于元素觀推測化學與生活、工業生產相聯系建構價類二維思維模型S元素有哪些化合價？含硫物質有哪些類別？繪制S元素價類二維圖不同價態含S元素物質及其類別建立價類二維思維模型應用價類二維思維模型探尋硫酸工業生產原理書寫化學方程式物質間的轉化解決具體的化學問題的能力設計脫硫方案類別、化合價選擇試劑、評價方案不同量的反應、氧化還原反應實驗設計能力真實工業生產中脫硫脫硝工業氯酸脫硫脫硝的原理？分析氧化吸收塔、堿式吸收塔中的反應氧化還原反應、SO2和NOx的性質發展解決真實情境中復雜化學問題的能力硫鐵礦燒渣的利用由燒渣如何制備綠礬？設計、評價方案的優劣Fe、Al、Si、S及化合物性質應用綠色化學思想變廢為寶含氮廢水處理氨氮廢水如何處理？硝氮廢水如何處理？正確表征、解釋硝氮廢水處理的原理價類二維認知模型、選擇脫硝方法模型認知、宏觀辨識與微觀探析的化學學科核心素養教學過程【情境引入】李克強總理在今年的政府工作報告中指出：去年我國污染防治攻堅戰深入開展，主要污染物排放量繼續下降，進一步鞏固藍天、碧水、凈土保衛戰成果，加強生態環境保護，促進可持續發展。資源、能源、材料、環保、健康、安全等是當今社會重要的研究主題，化學與這些主題密切相關。按照綠色化學思想和循環經濟原則，可以科學、安全、有效和合理地開發利用資源和使用各種化學品，為建設美麗中國發揮化學學科的重要價值。學習任務一推測硫鐵礦石資源的可能工業用途【教師】硫鐵礦（FeS2）是自然界中常見的一種礦石，基于元素觀，推測硫鐵礦石可能有哪些工業用途？【學生】硫鐵礦石中主要含有硫元素、鐵元素，可以用于硫酸工業，其燒渣可用于煉鐵工業和制備綠礬。學習任務二建構價類二維思維模型【教師】S元素有哪些常見的化合價？含硫物質有哪些類別？請繪制S元素的價類二維圖。【方法建模】建構價類二維思維模型：從物質中核心元素化合價和物質類別預測其性質，低化合價具有還原性，高化合價具有氧化性，中間價態既具有氧化性又具有還原性。物質類別主要基于復分解反應，特別要關注復分解反應發生的條件。學習任務三應用價類二維思維模型【教師】以硫鐵礦（FeS2）為原料如何制備工業硫酸？涉及到哪些化學反應？請寫出相關反應方程式。【學生1】4FeS2+11O2===2Fe2O3+8SO22SO2+O2===2SO3SO3+H2O===H2SO4【教師】價類二維思維模型可以幫助我們解決無機元素及其化合物哪些化學問題？【學生2】無機元素及其化合物的性質與轉化、推測比較、預測證明、分析解釋、描述說明，物質的制備、分離、檢驗、使用、保存等實際問題。學習任務四設計脫硫（SO2）的方案【教師】焙燒過程中會產生SO2，嚴重危害生態環境。應用價類二維思維模型設計脫硫（SO2）的方法。角度一：SO2是酸性氧化物，用加堿性物質脫硫。方法1：鈉堿脫硫。Na2CO3溶液吸收：反應過程中溶液組成變化如圖所示。吸收初期（圖中A點以前）反應的化學方程式為。【學生1】根據圖像，吸收初期（圖中A點以前）反應的生成物主要為：NaHCO3和Na2SO3，故該反應的方程式為：2Na2CO3+SO2+H2O=2NaHCO3+Na2SO3。【教師】氨水是一種弱堿，可以用氨水脫硫。請寫出氨水脫硫的離子方程式：【學生2】氨水脫硫的離子方程式：過量的氨水吸收2NH3·H2O+SO2=2NH4++SO32-+H2O，少量的氨水吸收NH3·H2O+SO2=NH4++HSO3-。【教師】大家比較熟悉的是鈣基固硫。鈣基固硫是一種有前景的脫硫方法的嗎？如何評價鈣基固硫?【學生3】鈣基固硫實際上并不是一種有前景的脫硫方法，首先設備因為生成CaSO4,設備容易結垢；其次雖然生成了石膏，但僅有5%的高品質利用率，另外重金屬會對生態環境也會造成威脅。【教師】如何評價鎂法脫硫（MgO吸收二氧化硫）？【學生4】（1）技術可行——不會結垢，MgSO4的溶解度大；（2）經濟可行——中國的鎂資源占世界第二位；（3）環境效益最大化——生成物MgSO4再利用，環境問題較小。【真實工業生產中脫硫脫硝】氯酸（HClO3）氧化脫硫（SO2）脫硝（NO）工藝流程圖如下：工業氯酸脫硫脫硝已知在氧化吸收塔中發生如下兩個反應：13NO+6HClO3+5H2O==6HCl+10HNO3+3NO23SO2+HClO3+3H2O==HCl+3H2SO4【教師】請結合工藝流程圖和價類二維分析氧化吸收塔中的脫硫脫硝過程。【學生5】HClO3同時氧化了NO與SO2，但只有部分NO被氧化為HNO3，另外一部分NO被氧化為NO2，而SO2被氧化為H2SO4，結合價類二維思維模型可知在氧化吸收塔中完成脫硫和部分脫硝。【思考與交流】氧化吸收塔中未完全吸收的煙氣將進入堿式吸收塔中進一步處理，結合工藝流程圖、價類二維分析堿式吸收塔中發生了哪些化學反應？【學生6】堿式吸收塔中含有NaOH，發生反應：2NO2+2NaOH==NaNO3+NaNO2+H2O；Na2S中S為-2價，常作為還原劑，可將NO2還原為N2，發生反應Na2S+2NO2==Na2SO4+N2。【教師總結】實際工業處理中，除了考慮物質轉化之外，還需考慮成本、脫除效率、設備要求等因素。如果堿式吸收塔中只有NaOH溶液，理論上可行。但實際上NaOH溶液吸收NO2的速率慢且吸收效率低，所以堿式吸收塔中NaOH溶液主要用于除去殘留的SO2，輔以除去NO2，加入的Na2S溶液是為了除去NO2。學習任務五設計從硫鐵礦燒渣制綠礬的方案【教師】硫鐵礦燒渣中主要成分為Fe2O3，還含少量SiO2、Al2O3，以它為原料可以制備綠礬。設計從原料（硫鐵礦燒渣）到產品（綠礬）的物質轉化流程圖。比較哪個方案更好？【學生1】【學生2】【教師】如何評價學生1和學生2的方案？【學生3】【教師】學生3的方案中，盡管SiO2在NaOH中有一定的溶解能力，但是溶解速度非常慢。該方案步驟少，操作方便，常被利用。學習任務六含氮廢水處理含氮廢水主要有氨氮（以NH3、NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))形式存在）、硝氮兩種形式。（22屆高三化學南京、鹽城一模18）水溶性硝態氮（以NO、NO等形式存在）是水體污染物之一，須處理達到國家規定的標準后才能排放。【教師】在反硝化細菌作用下，用葡萄糖處理酸性廢水中的NO產生兩種對大氣無污染的氣體。請寫出該反應的離子方程式。【學生1】反硝化細菌作催化劑，葡萄糖將酸性廢水中的NO還原為N2，自身被氧化生成CO2氣體，其離子方程式為：5C6H12O6＋24NO＋24H＋12N2↑＋30CO2↑＋42H2O。歸納總結（觀念化、結構化、模型化）1．價類二維思維模型：從物質中核心元素化合價和物質類別預測其性質，低化合價具有還原性，高化合價具有氧化性，中間價態既具有氧化性又具有還原性。物質類別主要基于復分解反應，特別要關注復分解反應發生的條件。2．礦石資源的綠色化利用模型：依據礦石資源的存在形式、資源分布、元素價態、結構性質等，選擇合適的試劑和方法將其轉化成所需要的產品，按照綠色化學思想和循環經濟的原則處理生產