人教版選修6 第一單元課題二 化學(xué)實驗的綠色追求 教案.doc

課題二 化學(xué)實驗的綠色追求一、教學(xué)設(shè)計化學(xué)制品在科學(xué)的發(fā)展、人類的生產(chǎn)和生活中應(yīng)用極為廣泛，化學(xué)制品的研制與開發(fā)離不開化學(xué)實驗。但是化學(xué)實驗中，可能會用到產(chǎn)生一些對人類和環(huán)境有害的物質(zhì)，另外，化學(xué)制品的不合理使用，也會對人類帶來一些負(fù)面的影響，怎樣將這些影響降為零或者說降低到最低極限呢？這正是現(xiàn)代化學(xué)實驗的一種理想追求。本課題通過生產(chǎn)和生活中的實例介紹了綠色化學(xué)概念；通過【實踐活動】“電解水的微型實驗”介紹了微型實驗的概念；實驗1-2“氯氣的生成及其性質(zhì)的微型實驗”，通過減少實驗用品的用量，即化學(xué)實驗的微型化來減少有害物質(zhì)的生成，從而達(dá)到化學(xué)實驗的綠色化。實驗1-3“污水處理電浮選凝聚法”就是通過化學(xué)手段處理污染的一個實例。本課題教學(xué)重點：了解綠色化學(xué)的含義和微型實驗的特點，樹立環(huán)境保護意識。本課題教學(xué)難點：學(xué)生利用已有的化學(xué)知識來設(shè)計一些簡單的微型實驗。新課程倡導(dǎo)的學(xué)習(xí)方式是“主動參與、樂于探究、勤于動手”，教材的編寫力求體現(xiàn)這一特點。要落實這種學(xué)習(xí)方式，教師教學(xué)設(shè)計中的主導(dǎo)思想也應(yīng)是讓學(xué)生主動參與到教學(xué)中來，改變單一的講解為通過討論、實驗活動等方式來組織教學(xué)。在教學(xué)中，應(yīng)從學(xué)生的已有知識出發(fā)，用一些實例，說明在化學(xué)實驗時，應(yīng)如何注重對環(huán)境的保護，如對于有毒氣體的制備、有毒氣體的性質(zhì)實驗等要注意對尾氣的處理。在實驗過程中，要防止或減少有害物質(zhì)的生成；在日常生活中，也應(yīng)該用綠色化學(xué)的理念和原則來指導(dǎo)我們的行動。在學(xué)生了解了綠色化學(xué)的概念后，組織學(xué)生閱讀資料，然后進行【實踐活動】和【思考與交流】，思考【實踐活動】中體現(xiàn)了綠色化學(xué)的哪些原則，在以往的學(xué)習(xí)中，還有哪些實驗體現(xiàn)了綠色化學(xué)的思想，并歸納出在今后的學(xué)習(xí)中，可以從哪些方面來考慮化學(xué)實驗的綠色化。在討論過程中，可以將書中的五個方面選出一個或若干個進行展開，如尾氣處理，涉及了哪些有毒氣體（如氯氣，二氧化硫等），可以用什么試劑進行處理，裝置是怎樣的，如何操作等等。在了解了微型實驗意義的基礎(chǔ)上，教師可適當(dāng)介紹實驗代用品問題。儀器和試劑是進行化學(xué)實驗的先決條件，但有時缺少某些儀器或試劑，開展實驗活動有一定的困難，這就要因地制宜，就地取材，盡量利用現(xiàn)有的或易得的材料，自己動手制作部分簡易的實驗儀器和試劑，盡一切努力開展實驗，可以發(fā)動學(xué)生參與，一起動手，解決困難。這樣做也可以進一步培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力和艱苦奮斗的精神。教學(xué)設(shè)計參考1：（1）引出課題：觀察初中實驗室用一氧化碳還原氧化銅的實驗裝置圖，提出問題：“為什么在裝置的最右端有個點燃尾氣的裝置？”引出本課題化學(xué)實驗的綠色追求。（2）提出問題：什么是綠色化學(xué)？化學(xué)品的使用原則是什么？（3）閱讀教材，組織討論，落實綠色化學(xué)概念的教學(xué)，了解使用化學(xué)品的5r原則。（4）實踐活動：完成教材中的【實踐活動】，并且再現(xiàn)初中電解水的裝置，組織學(xué)生討論本實驗和初中教材中做過的電解水實驗有什么不同點？從裝置的大小，藥品的用量，安全性以及能源的消耗等方面進行比較。這個實驗體現(xiàn)了微型環(huán)保的綠色化學(xué)的理念，借此使學(xué)生了解微型實驗的特點就是在保證不影響實驗效果的前提下，盡可能地減少藥品的用量，污染少、操作方便、實驗過程快速安全。（5）閱讀教材并交流【實踐活動】的體會，總結(jié)開發(fā)綠色化學(xué)實驗的途徑。教學(xué)設(shè)計參考2：（1）創(chuàng)設(shè)情景：實驗室氫氣還原氧化銅實驗的試管壁上往往沾有少量的銅單質(zhì)，如果你是一個實驗管理員，你會用什么試劑來清洗呢？（2）學(xué)生討論：能溶解銅的反應(yīng)有：；從反應(yīng)的條件、反應(yīng)物的腐蝕性、生成物的毒性等方面來考慮，選擇用鐵鹽溶液最好。（3）引出課題：通過上述討論，使學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)實驗時一定要注重環(huán)境保護，同時也要學(xué)會保護自己的身體健康，體現(xiàn)以人為本的理念，從而引出本單元的課題化學(xué)實驗的綠色追求。（4）提出問題：什么是綠色化學(xué)？在化學(xué)實驗室中，使用化學(xué)品時，怎樣體現(xiàn)綠色化學(xué)的思想？化學(xué)品的使用原則是什么？（5）組織討論，閱讀教材：落實綠色化學(xué)概念的教學(xué)，了解使用化學(xué)品的5r原則。（6）實踐活動：完成教材中的【實踐活動】，并且再現(xiàn)初中電解水的裝置，組織學(xué)生討論本實驗和初中教材中做過的電解水實驗有什么不同點？從裝置的大小，藥品的用量，安全性以及能源的消耗等方面進行比較，從而了解微型實驗的特點是在保證不影響實驗效果的前提下，盡可能減少藥品的用量，其儀器容量小、污染少、操作方便、實驗現(xiàn)象直觀明顯、實驗過程快速安全。（7）閱讀教材并交流【實踐活動】的體會，總結(jié)開發(fā)綠色化學(xué)實驗的途徑。二、活動建議【實踐活動】該實踐活動內(nèi)容是一個電解水的微型實驗，目的是通過實驗，比較與初中學(xué)習(xí)的電解水實驗的不同點，了解微型實驗的特點，以及微型實驗與綠色化學(xué)的關(guān)系。實驗原理可以作為實驗1-3的知識鋪墊，電解水的實驗學(xué)生雖然熟悉，但是實驗原理并不清楚。在此實驗中，要講明加入5 naoh溶液是為了增大溶液的導(dǎo)電能力，溶液中的h在陰極放電生成h2，oh在陽極放電，生成o2。本實驗安全，無毒，對環(huán)境和學(xué)生的身體都不會造成危害，如果有條件應(yīng)該讓學(xué)生親自動手完成實驗。實驗中在點燃?xì)馀輹r，應(yīng)注意與實驗裝置保持一定的距離，防止堿液在爆鳴時濺入眼睛；雖然使用的是稀堿液，但也要注意不要將溶液粘在皮膚和衣服上。另外可用10的稀硫酸來代替稀naoh溶液來增強溶液的導(dǎo)電性。【思考與交流】上述【實踐活動】后，組織學(xué)生討論，以認(rèn)識微型實驗。本實驗減少反應(yīng)物的用量，減少了實驗的危險性，節(jié)約了能源，但是實驗現(xiàn)象和實驗的結(jié)果都沒有改變，實驗效果很好。實踐活動是從減少實驗試劑的用量這個方面來體現(xiàn)化學(xué)實驗綠色化的，教師也可以在此基礎(chǔ)上做如下拓展：實驗室制備有毒氣體時一定要進行尾氣的回收；實驗室可用氯酸鉀分解或用雙氧水分解來制備氧氣，從反應(yīng)結(jié)果和過程看，雙氧水分解反應(yīng)后的生成物是水，沒有污染，且反應(yīng)不需加熱，節(jié)約能源；另外還可以通過控制滴加雙氧水的量來控制反應(yīng)的速率和生成氧氣的量，可根據(jù)需要隨時停止反應(yīng)，從而也利于節(jié)約藥品。活動流程：1電解水的微型實驗從哪些方面體現(xiàn)了化學(xué)實驗的綠色化？2在學(xué)習(xí)化學(xué)的過程中，還有哪些實例體現(xiàn)了化學(xué)實驗綠色化的思想？3有哪些反應(yīng)可以用于實驗室制氧氣，從綠色化學(xué)觀點來看，選用哪種藥品比較好？利用這種藥品制備氧氣時還有哪些優(yōu)點？4歸納總結(jié)化學(xué)實驗綠色化的主要途徑有哪些？【學(xué)與問】這里設(shè)計的兩個小問題，都是在知識上為實驗1-2的實施做準(zhǔn)備，學(xué)生在化學(xué)必修1和必修2中分別學(xué)習(xí)了氯氣的有關(guān)性質(zhì)，并且也做過一些相關(guān)的實驗，但實驗均屬于常規(guī)的實驗。教師要利用這一活動，讓學(xué)生做好實驗前的預(yù)習(xí)。參考答案氯氣通常情況下是黃綠色有刺激性氣味的氣體，能溶于水，常溫常壓下1體積的水約能溶解2體積的氯氣。它的化學(xué)性質(zhì)很活潑，具有氧化性，能將fe2、br、i氧化成fe3、br2、i2；能與大部分的金屬反應(yīng)生成金屬氯化物，如氯氣與鐵、銅、鈉等金屬反應(yīng)生成氯化鐵、氯化銅、氯化鈉等；能與很多非金屬反應(yīng)，如與氫氣反應(yīng)生成氯化氫；與水反應(yīng)生成鹽酸和次氯酸；與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成次氯酸鈉、氯化鈉和水。三、實驗說明實驗1-2 氯氣的生成及其性質(zhì)的微型實驗1實驗?zāi)繕?biāo)（1）通過微型實驗呈現(xiàn)學(xué)生已知的氯氣的生成反應(yīng)和性質(zhì)實驗，從而使學(xué)生認(rèn)識和體驗微型實驗的意義及與常規(guī)實驗的關(guān)系。（2）培養(yǎng)進行化學(xué)實驗創(chuàng)新設(shè)計的意識。2預(yù)習(xí)指導(dǎo)（1）實驗原理：了解實驗室制氯氣的原理：。利用【學(xué)與問】組織復(fù)習(xí)氯氣具有的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。教師可提供下面的表格，讓學(xué)生回憶或查書后填寫完成。由于氯氣與金屬鐵、銅、鈉以及非金屬氫氣的反應(yīng)需要加熱點燃，所以無法利用本實驗的微型實驗裝置來完成。針對這一點可組織學(xué)生討論，進一步探討微型實驗的特點。（2）操作技能：鞏固固體藥品和液體藥品取用方法的掌握。（3）操作要點：微型實驗，實驗藥品的用量一定要少，本實驗中氯酸鉀的用量就是芝麻大小的兩粒，可以用藥匙柄的后端小藥匙來取用，而其他液體試劑均只取一滴。在使用滴管時，每次都要清洗滴管，避免不同試劑的交叉污染。氯氣能與naoh溶液反應(yīng)，生成的次氯酸鈉和氯化鈉均是無色溶液，為了觀察到現(xiàn)象，我們在naoh溶液中滴加了酚酞，反應(yīng)時溶液的紅色逐漸褪去。氯氣與kbr溶液的反應(yīng)，溶液顯現(xiàn)橙色的時間略長，需要耐心等一會兒才能觀察到。3建議與改進實驗時，可以先在白色的紙上寫好化學(xué)試劑的化學(xué)式或名稱以及標(biāo)號，再壓上玻璃板，根據(jù)白紙上的化學(xué)試劑的名稱來滴放試劑，以避免將試劑的位置記錯。另外，naoh溶液的濃度可以高一些，且應(yīng)多滴一滴，以便將多余的氯氣吸收，防止對環(huán)境的污染。本實驗只要嚴(yán)格控制實驗時藥品的用量，實驗時幾乎聞不到氯氣的刺激性氣味。也可以用培養(yǎng)皿代替玻璃板，但表面皿的直徑要略大于培養(yǎng)皿的直徑。氯氣與水反應(yīng)能生成次氯酸，次氯酸具有強氧化性，能使有色物質(zhì)漂白，利用此裝置還可以進行氯氣與濕潤的有色布條作用，有色布條被漂白成白色；與濕潤的ph試紙作用，試紙先變紅后變白等實驗。滴有酚酞的naoh溶液由紅色變?yōu)闊o色，是由于中和褪色還是漂白褪色，這也是一個很好的探究課題。教師可以讓學(xué)生自己探討，通過提出假設(shè)，實驗驗證，得出結(jié)論?？上蛲噬蟮娜芤褐性俚稳雗aoh溶液，若是中和褪色，則觀察到的現(xiàn)象是，溶液變?yōu)榧t色；若是漂白褪色，則溶液不會變?yōu)榧t色。4問題與討論（1）。（2）這是一個開放性的問題，教師可以從反應(yīng)的原理入手，讓學(xué)生展開充分的討論。這套簡易裝置可以用來制備氣體并試驗氣體的性質(zhì)，有關(guān)的反應(yīng)不需要加熱。此裝置適宜的實驗還有：caco3與鹽酸反應(yīng)生成co2，co2與na2o2、紫色石蕊溶液（濕潤的藍(lán)色石蕊試紙）、ca(oh)2或ba（oh）2反應(yīng)。na2so3與h2so4反應(yīng)生成so2，so2與品紅溶液、溴水、碘和淀粉的混合溶液、紫色石蕊溶液（濕潤的藍(lán)色石蕊試紙）、酸性kmno4、h2s溶液反應(yīng)。5拓展實驗可以利用計算機的軟盤盒或cd盒來完成上述實驗。這些盒的材質(zhì)均為塑料，可以用粗銅絲在酒精燈上燒至紅熱（銅絲傳熱很快，注意銅絲后端的塑料皮不要剝?nèi)?，避免燙傷，可以用鐵質(zhì)的螺絲刀來代替銅絲），在軟盤盒或cd盒蓋的中心燙出一個直徑約為5毫米的圓洞，以便滴加試劑。實驗時在盒底的中心放kclo3，在它的周圍滴其他試劑，蓋好蓋，通過小圓洞向kclo3上滴加濃鹽酸，觀察實驗現(xiàn)象?？梢园l(fā)現(xiàn)在試劑的上方盒蓋上有水霧，這說明反應(yīng)是放熱的。實驗1-3 污水處理電浮選凝聚法1實驗?zāi)繕?biāo)（1）了解電浮選凝聚法處理污水的原理及裝置，復(fù)習(xí)膠體的性質(zhì)。（2）通過實驗，使學(xué)生認(rèn)識化學(xué)在解決污染問題中的作用，培養(yǎng)學(xué)生保護環(huán)境的意識。2預(yù)習(xí)指導(dǎo)實驗原理：利用電解原理對污水進行處理，其中電解的原理學(xué)生是未知的，實驗之前需要補充這些知識，預(yù)習(xí)時首先要明確實驗原理。非惰性電極fe作陽極，電極自身發(fā)生氧化反應(yīng)生成亞鐵離子：，另外水中負(fù)二價氧也發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣：；陰極水中正一價的氫發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣：。實驗從兩方面來達(dá)到凈化水的目的：第一是電凝聚，在陽極除了電極發(fā)生的氧化反應(yīng)外，還發(fā)生反應(yīng)：，由于fe（oh）3具有吸附性，可將水中的污染物小顆粒吸附而沉積下來，從而達(dá)到凈化水的目的。第二是浮選，在實驗過程中，陰極生成的氫氣氣泡將污水中的懸浮物帶到水的表面，在水面上形成浮渣層，易與水體分離，從而達(dá)到凈化水的目的。本實驗是在實驗室模擬用電浮選凝聚法凈化水，在實際的生產(chǎn)實踐中由于此方法的耗電量較高，所以其成本較高。操作技能：調(diào)節(jié)溶液的ph時需要使用ph試紙，試紙放在潔凈干燥的表面皿中，用潔凈干燥的玻璃棒沾取溶液，滴在ph試紙上，待液體散開后，與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對比，讀取溶液的ph。若ph沒有達(dá)到56的要求，再次使用玻璃棒和表面皿時必須清洗干燥后才能使用。操作要點：為了便于觀察到污水變清的實驗現(xiàn)象，還可以在水中加入少量的有機染料，通過觀察溶液的顏色變化來判斷污水是否被凈化。但是使中間水層徹底變澄清需要很長的時間，只要觀察到溶液的顏色變淺即可說明問題。3實驗要求嚴(yán)格按照實驗步驟中的要求進行實驗，必須使用直流電源，在使用電源時應(yīng)該小心，防止觸電。溶液的ph需要調(diào)到56之間。當(dāng)溶液的ph大于6時，可以用稀鹽酸來降低溶液的ph，若溶液ph小于5，我們可以通過加入naoh溶液來調(diào)節(jié)ph達(dá)到所需的范圍。認(rèn)真記錄實驗現(xiàn)象（參考下表），實驗開始時應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生觀察兩電極上產(chǎn)生的氣體及氣體的顏色，推測氣體是什么氣體。實驗中注意觀察溶液顏色的變化。實驗快結(jié)束時觀察到污水表面逐漸形成一層浮渣，容器底部也積聚一層沉渣。完成實驗報告，做好評價。實驗記錄4建議與改進為了加快實驗的速率，可適當(dāng)增大直流電源的電壓和電極金屬板的面積。污水中還需加入少量的na2so4溶液，以增大溶液中的離子濃度，從而增大溶液的導(dǎo)電性，加快電解速率，達(dá)到快速凈化的目的。建議用硫酸代替鹽酸來調(diào)節(jié)溶液的ph，否則cl也可能在陽極放電生成氯氣，造成環(huán)境污染。5問題與討論教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)