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1、第四章化学与可持续发展本章说明一、教学目标1. 以金属矿物的开发和利用为例， 认识化学方法在实现物质间转化中的作用， 体会保护金属资源的重要性。2. 了解海水资源开发和利用的前景及化学在其中可以发挥的作用。3. 认识煤、石油和天然气等化石燃料综合利用的意义。4. 以聚乙烯为例，了解高分子材料在生活等领域中的应用及可能带来的环境问题。5. 认识化学在环境保护中的作用，树立绿色化学的观念。二、内容分析1. 地位和功能众所周知， 化学研究和应用的一个重要目标就是开发和利用自然界中一切可能的物质资源和能量资源，为人类生存和社会发展提供必要的物质和能源基础；同时，应该注意到这一过程必须同自然环境相互协调
2、，走可持续发展的道路。这也是贯穿本章始终的重要核心观念。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，以及这些过程和产物在我们日常生活和社会发展中的重要作用。从科学、技术和社会相互作用背景的角度，有利于学生加深体会化学在综合利用自然资源中的作用，学会辩证地看待人类和自然协调发展中可能会遇到的问题，并培养做出明达决策的意识和能力；从学科知识的角度，有利于学生将前面所学过的知识和技能进行必要的梳理、归纳和拓展，主要包括无机物之间的转化（在固态和溶液状态下，金属及其化合物、非金属及其化合物的反应）、有机物之间的转化（裂解反应、聚合反应）。因此，本章作为高中必修模块的结尾，不仅对
3、于学生总结复习很重要，而且对于学生进一步确定、学习后续的选修模块乃至选择自己未来的升学和就业方向都可能会产生一定的影响。2. 内容选择和呈现（ 1）突出主题，将科学教育与人文教育融为一体根据课程标准，本章主题是化学与可持续发展，主要包括相辅相成的两个方面，一是利用化学变化不断地提供人类生存和发展的物质条件（主要包括获得有用物质和获得能量），利用化学变化还可以创造自然界原本没有的物质 （主要指有机合成高分子化合物） ，从而使生活更加方便、舒适；二是在开发自然资源的过程中，必须深刻地认识到保护周围环境、维护生态平衡的重要性，建立可持续发展的观念。应该承认，化学与可持续发展是一个很大的主题， 高中必
4、修课程中只能通过一些典型的实例，帮助学生逐步认识这些问题。本章从金属矿物的开发利用引入， 通过金属冶炼的基本原理， 使学生认识到化学是冶金工业的重要科学基础，化学方法是由金属化合物转变成金属单质的惟一方式，金属活动性和氧化还原反应发生的条件是选择金属冶炼方式的主要依据。通过一些实验、思考和讨论，帮助学生认识金属冶炼过程往往需要消耗大量的能量，也容易造成严重的环境污染，那么，改进工艺条件、节能降耗、回收废旧金属制品等，就成为了与冶炼金属同样重要的问题。海洋资源的开发是人类生存和发展必须面对的问题， 仅以海水为例， 如何使其中溶解的大量有用物质为我所用则是一个极具挑战性的课题。同金属冶炼这一古老产
5、业相比，海水资源的利用还处于相对初始阶段，从化学变化角度来看，主要是在海水中各种元素的提取绝不像在实验室进行的试管实验那样简便易行，这里留给学生想象和创造的空间像海洋一样广阔和深远，也会使他们认识到，一些化学原理并不复杂的过程在实际生产中会遇到很多复杂的问题。通过日常生活经验， 学生比较熟悉化石燃料作为能源的利用， 对化石燃料作为重要化工原料可能了解并不多，况且化石燃料的综合利用还是更为重要的发展方向，但限于课时和知识基础，通过本章学习学生只能对此形成一些粗略的认识，主要包括化石燃料的化学成分、石油化工生产的一般过程和原理、应用广泛的石油化工产品以及石油化工生产的发展趋势等。塑料、合成纤维和橡
6、胶等有机高分子化合物，目前主要是以化石燃料为原料生产的，这可以帮助学生体会石油化工同日常生活之间的紧密联系，体会石油化工给人类带来的诸用心爱心专心- 1 -多好处， 认识化学在物质生产领域的极大创造性和重要价值，提高学习化学、 化工的兴趣，提高参与讨论诸如白色污染、可降解塑料等有关社会问题的科学素养水平。环境保护同样是人类可持续发展所面临的一个重大课题。本章教材主要使学生了解化学在环境保护工作中所发挥重要作用的三个主要领域，即环境情况的监测、三废的治理以及寻找源头治理环境污染的生产工艺（绿色化学）等。通过一些“思考与交流”活动，认识含硫、氮氧化物形成酸雨及其化学控制的原理，分析水华、赤潮等水体
7、污染的成因，从环境保护的角度，讨论在化学实验中应该注意什么问题等等，提高爱护环境从我做起的自觉性，培养珍惜资源、珍爱生命、爱护地球等现代公民应该具有的价值观和社会责任感。（2） 体现基础性、时代性和选择性“基础性” 表现在紧紧围绕金属矿物、 海水和化石燃料这些人类重要自然资源的综合利用中的化学基本原理和基础知识，如氧化还原反应原理及其应用； 金属活动性顺序；典型非金属元素卤素及其化合物之间的化学转化；分离混合物的基本操作蒸馏、分馏；具有典型结构的有机物乙烯的聚合反应等。“时代性” 表现在关注自然资源开发和社会可持续发展这一当今社会热点问题，努力揭示化学在面对和解决这一问题中的作用和价值。例如，
8、化学是人类开发和利用金属矿物、海水和化石燃料等物质资源的重要科学基础，也是节约和拓展自然资源（包括能源）的科学基础。再如，化学在环境监测、“三废”治理中的重要作用以及绿色化学的原理，从而帮助学生树立可持续发展的观念。适当地引入了现代化学的观念，如多金属结核、超分子（对大多数学生不做教学要求）、原子经济等，对传统的知识内容进行了更新。“选择性”主要表现在除了课程模块的选择性外，在基础模块内也体现选择性。如教材内容的典型性和示范性，教师可以根据这些内容，结合自己的教学经验、学校条件和学生的实际情况，重新调整和补充教材中的教学内容，有条件的可以指导学生上网、去图书馆、科技馆和实际生产中进行参观、调查
9、、访问，也可以进行专题的报告，从而丰富教材的内容；再如通过一些栏目、活动等，满足对于不同学生兴趣、爱好，启发他们更深入对某些课题进行学习和研究。（ 3） 更新呈现方式，促进学生学习方式转变通过多样的呈现方式，帮助学生理解化学与可持续发展这一主题，如资料卡片“自然资源可持续发展”、“海水提溴”、“甲烷水合物”；科学视野“自然资源的开源与节流”、“壁虎的脚与胶黏剂”以及科学探究、实验、思考与交流、学与问等活动，不仅如此，更主要的目的在于改变被动的、接受式学习这种单一的学习方式，促进学生积极主动的多样化学习方式的转变；改变只重视知识理解和掌握等学习结果的倾向，向追求多元化学习目标、重视过程的理解和体
10、会的转变；改变教材内容是惟一正确知识的倾向，向开发以教材为主要学习媒体的多种、开放、互动的教学资源的转变。3. 内容结构三、课时建议第一节开发利用金属矿物和海水资源2课时；第二节化学与资源综合利用、环境保护2课时；复习和机动1 课时。第四章教学资源文章导度用心爱心专心- 2 -1. 海洋人类未来的财富2. 海水化学资源概况和海水利用3. 海水淡化技术4.我国的海水淡化事业5.石油的成分6. 我国的石油资源7.石油分馏的工艺过程8.汽油9. 催化裂化10.石油的重整11.煤的组成12. 煤的结构13.煤的气化和液化14.环境、环境问题15. 生态系统和生态平衡16.环 境 的 污 染17.土 壤
11、 的 污 染 及 防治18. 水污染及防治19.大气污染的危害20.酸雨及其危害21. 绿色化学1. 海洋人类未来的财富海洋是人类可持续发展的重要基础。浩瀚的海洋中，蕴藏着极其丰富的矿物资源、生物资源和药物资源，其经济价值可观，开发前景十分诱人。开发利用海洋是解决当前人类社会面临的人口膨胀、 资源短缺和环境恶化等一系列难题的重要途径。在陆地资源日渐枯竭的今天，海洋正成为人类繁衍发展的生命线。（1）海洋石油和天然气3，约占世界油气总量的 45%。目海底石油储藏量约 1350 亿吨，天然气约140 万亿米前，海上油气开采量约占全球油气开采量的30%。（2）海洋金属矿藏海水中溶解有 80 多种化学元
12、素，被誉为“液体矿山”。海水中可提取镁、钾、铀、锶等各类矿物达 5 亿亿吨。海底有大量锰结核， 也称多金属结核。 锰结核是 20 世纪 70 年代才大量发现的深海矿产。褐色的锰结核，外观象土豆，切片来看，一层层的又象葱头。这种结核体往往是以贝壳、珊瑚、鱼牙、鱼骨为核心，把其他物质聚集在周围。生长速度很缓慢，大约1 000 年生长 1 毫米，有的100 万年才生长4 毫米。锰结核含有锰、铁、镍、钴等20 多种元素。其经济价值很高，广泛分布于水深4 000 6 000 米的海底，总储量估计约为3 万亿吨。现在一般利用采矿船来开采锰团块。装有深海电视的采矿机在海底收集锰团块，通过软管抽气像吸尘器一样
13、，把锰团块经软管连续地吸到水面上的采矿船中，每天采矿量可达3 000 吨。（3）海洋生物在生物资源方面，海洋中存活着20 多万种生物。专家测算，海洋的初级生产力每年为 6 000 亿吨，其中可供人类利用的鱼类、贝类、虾类、藻类等，每年为6 亿吨，而现在全世界的捕捞量仅为9 000 万吨左右。 海产品已成为人类生活中不可缺少的重要食品来源，目前海产品提供的蛋白质约占人类食用蛋白质的22%。在不破坏生态平衡的前提下，海洋每年可以产出的水产品足够300 亿人食用，海洋向人类提供食物的能力等于全球所有耕地提供农产品的1 000 倍。不仅如此，包括鱼类在内的海洋生物，已成为新型药物和保健品的原料来源，引
14、起国际医药界的日益关注。据估计，从海洋生物中可提制的药品将达 2 万种之多，世界各国为此展开了激烈的竞争。（4）海洋能源除石油、天然气外，海洋蕴藏着巨大的动力能源。据估算，可供开发利用的总量在1500 亿千瓦以上，相当于目前全世界发电总量的十几倍。其中，波浪能为700 亿千瓦，潮汐能为 27 亿千瓦， 海流能为 1 亿千瓦， 温差能为 500 亿千瓦， 盐度差能为 300 亿千瓦。 海洋能具有安全、无污染和可永久利用等优点，具备良好的开发前景。另外，海水中含有 200 万亿吨重水，其中所含的氘是受控核聚变的宝贵原料。核聚变能是被广泛看好的 21 世纪全球电力的一个重要来源。2. 海水化学资源概况和海水利用用心爱心专心- 3 -海洋化学也称化学海洋学， 它是海洋科学的四大基础学科之一。 海洋化学研究海洋环境中化学物质的分布、转移、循环的规律及其在开发利用中的化学问题。海水的成分非常复杂，全球海洋的含盐量就达5 亿亿吨，还含有大量非常稀有的元素，是地球上最大的矿产资源库。海洋
