基于真實情境“工業(yè)脫硫法”的二氧化硫教學(xué)設(shè)計

新課標(biāo)指出，學(xué)生能否應(yīng)對和解決陌生的、復(fù)雜的和開放性的真實問題情境，是檢驗其核心素養(yǎng)水平的重要方面。以往的教學(xué)中對于二氧化硫的教學(xué)設(shè)計的情境通常從“食品”“酸雨”“功與過”的角度，本文則是以實際工業(yè)生產(chǎn)中常用的脫硫法為情境載體，從工業(yè)脫硫法的應(yīng)用中探尋二氧化硫的性質(zhì)，進而從物質(zhì)類別以及元素價態(tài)的角度對二氧化硫進行學(xué)習(xí)和分析。一、教學(xué)內(nèi)容分析該節(jié)課的內(nèi)容選自蘇教版必修1專題4“硫與環(huán)境保護”，該專題的教學(xué)內(nèi)容將圍繞硫及其化合物的性質(zhì)、應(yīng)用及相互轉(zhuǎn)化介紹了硫元素及其化合物的知識。本單元主要介紹二氧化硫、亞硫酸、濃硫酸的有關(guān)知識，讓學(xué)生認識硫及其化合物的轉(zhuǎn)化，了解學(xué)習(xí)元素化合物的一般方法，幫助學(xué)生建構(gòu)元素及其化合物的知識網(wǎng)絡(luò)。基于物質(zhì)的類別、核心元素價態(tài)以及物質(zhì)的特性視角去預(yù)測二氧化硫的性質(zhì)，提供給學(xué)生認識元素化合物的一般方法和認識視角。該部分教學(xué)內(nèi)容承接“氯、鈉”元素化合物知識的從物質(zhì)類別視角學(xué)習(xí)物質(zhì)，又從核心元素價態(tài)新的視角認識其氧化性和還原性，從而為后面“氮、鐵”等變價元素物質(zhì)的學(xué)習(xí)做鋪墊，因此該內(nèi)容在整個教學(xué)過程中起到承上啟下的作用。二、教學(xué)目標(biāo)1.通過二氧化硫物質(zhì)的辨別，能夠預(yù)測二氧化硫的性質(zhì)，形成基于物質(zhì)類別預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)的視角。2.通過二氧化硫還原性和氧化性的實驗探究，能夠設(shè)計實驗并且驗證其性質(zhì)，形成基于元素價態(tài)預(yù)測和驗證物質(zhì)性質(zhì)的視角。3.通過二氧化硫漂白作用的實驗，能夠認識到二氧化硫的特性，形成基于物質(zhì)特性認識典型物質(zhì)性質(zhì)的視角。4.能概括和運用典型物質(zhì)性質(zhì)的一般認識框架，分析和預(yù)測物質(zhì)可能具有的化學(xué)性質(zhì)。三、教學(xué)思路該教學(xué)設(shè)計以“知識線”、“情境線”、“素養(yǎng)線”貫穿整節(jié)課，具體如圖1所示。四、教學(xué)過程板塊一：初識二氧化硫[展示圖片]二氧化硫是空氣質(zhì)量檢測報告中必不可少的一項指標(biāo)，那么二氧化硫是什么？請同學(xué)們跟隨老師的腳步一起走進對于二氧化硫的認識。[實驗展示]（1）裝在礦泉水瓶中的SO2氣體。（2）扇聞。（3）加水溶解，并迅速蓋上瓶蓋，觀察。與另一瓶氣體對比。（4）根據(jù)相對分子質(zhì)量確定收集方法。[PPT展示]展示：初識SO2顏色、狀態(tài)、氣味、密度、溶解性、毒性[過渡]二氧化硫是有毒氣體，空氣中含量過多會引起呼吸道疾病、形成酸雨腐蝕建筑等危害。從生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的二氧化硫1981-2018年的平均濃度變化以及今年九月全國空氣質(zhì)量報告中可以看到二氧化硫的濃度在持續(xù)減少。板塊二：基于物質(zhì)類別的視角再識二氧化硫[講解]想要減少二氧化硫的排放，除了減少化石燃料的使用外，對于生產(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化硫廢氣進行處理或回收利用也是十分重要的一個環(huán)節(jié)。我們看一下現(xiàn)在主要的幾種工業(yè)脫硫法。[PPT]工業(yè)上煙氣脫硫的方法鈉堿液吸收法、氨脫硫法、催化氧化法、堿性氧化鋁法。[資料卡片1]鈉堿液吸收法：主要利用氫氧化鈉溶液吸收二氧化硫可以轉(zhuǎn)變?yōu)閬喠蛩徕c。應(yīng)用：得到的亞硫酸鈉用于造紙工業(yè)。[任務(wù)1]根據(jù)資料卡1書寫化學(xué)方程式，判斷二氧化硫的物質(zhì)類別并且預(yù)測二氧化硫的性質(zhì)。[書寫]書寫化學(xué)方程式：SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O[總結(jié)]二氧化硫?qū)儆谒嵝匝趸铩ｎA(yù)測二氧化硫的性質(zhì)為：（1）與堿反應(yīng)生成亞硫酸鹽和水。（2）與水反應(yīng)生成亞硫酸。（3）與堿性氧化物反應(yīng)。[過渡]但是燒堿溶液的價格成本較高。展示原料價格，因此工業(yè)生產(chǎn)往往采用價格較低廉的堿性物質(zhì)。思考應(yīng)用選用哪些物質(zhì)？[生]工業(yè)生產(chǎn)考慮成本，首先考慮應(yīng)用生石灰或堿石灰。[PPT展示]傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的是石灰石一石膏法，但是現(xiàn)在處于“碳達峰”和“碳中和”的大背景下，時代賦予我們新的使命，從低碳的角度考慮，石灰石-石膏法產(chǎn)生CO2較多，因此現(xiàn)在工業(yè)轉(zhuǎn)用氨脫硫法，請同學(xué)們閱讀資料卡片2。[資料卡片2]氨脫硫法：將二氧化硫通到足量濃氨水中得到亞硫酸銨，然后通入氧氣即可制得硫酸銨可用于農(nóng)業(yè)化肥。[任務(wù)2]①根據(jù)資料卡2書寫化學(xué)方程式；②并且分析硫元素的價態(tài)變化；③基于元素化合價態(tài)預(yù)測二氧化硫的性質(zhì)。[書寫]書寫化學(xué)方程式SO2+2NH3·H2O=（NH4）2SO3+H2O2（NH4）2SO3+O2=2（NH4）2SO4[講解]硫的化合價：+4、+6。化合價升高，作為還原劑，具有還原性（+4價的硫有二氧化硫、亞硫酸以及亞硫酸鹽）；從價態(tài)角度分析S處于中間價態(tài)，可以降低，應(yīng)該具也有氧化性。板塊三：基于元素價態(tài)的視角再識二氧化硫[實驗探究]利用桌面上的實驗試劑和儀器，設(shè)計實驗方案，去驗證二氧化硫的性質(zhì)。（硫化氫的水溶液、二氧化硫水溶液、高錳酸鉀水溶液）[生]設(shè)計實驗方案：1.根據(jù)高錳酸鉀溶液具有強氧化性，將其與二氧化硫水溶液混合，可以發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀溶液褪色。從而表現(xiàn)出二氧化硫具有還原性。2.將硫化氫溶液與二氧化硫水溶液混合，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了黃色的單質(zhì)，猜測可能產(chǎn)生硫單質(zhì)（黃色的固體），因此二氧化硫具有氧化性。[展示視頻]二氧化硫和硫化氫氣體燃燒產(chǎn)生硫單質(zhì)的反應(yīng)。[展示PPT]1.SO2的還原性2.SO2的氧化性[問]工業(yè)上也可以利用二氧化硫的氧化性和還原性脫硫，根據(jù)資料卡片3和4分別判斷是應(yīng)用二氧化硫的什么性質(zhì)？[資料卡片3]催化氧化法：在五氧化二釩的催化劑作用下，二氧化硫可以與空氣中的氧氣作用生成三氧化硫。這種處理方法條件高，且為可逆反應(yīng)，效率低。但工業(yè)上利用這一原理來生產(chǎn)硫酸。[PPT]展示反應(yīng)原理：[資料卡片4]堿式氧化鋁法：將強堿與氧化鋁制成球形，可以吸收廢氣中的二氧化硫，其程度可高達90%，如果這種裝置吸收達到飽和，可在150-350℃的范圍內(nèi)回收。其產(chǎn)生的二氧化硫可在650℃時和一氧化碳反應(yīng)，得到固體硫。回收的二氧化硫可以生產(chǎn)高純度的硫[問]根據(jù)資料卡片3和4，寫出脫硫的反應(yīng)原理并且分析利用了二氧化硫的什么性質(zhì)？[講解]二氧化硫的去除方法還有很多，對于工業(yè)生產(chǎn)的選擇要考慮多方面的因素，比如說成本、原料以及工藝設(shè)備要求等。板塊四：基于物質(zhì)特性的視角辨別二氧化硫——漂白性[過渡]以上我們基于物質(zhì)類別視角和元素價態(tài)視角，探究并認識了二氧化硫的性質(zhì)。那么二氧化硫還有沒有其他性質(zhì)呢？接下來我們一起觀看這樣一個視頻。[視頻]觀看二氧化硫與品紅溶液的反應(yīng)。觀察現(xiàn)象，思考你能得到什么結(jié)論？[講解]二氧化硫通人品紅溶液中品紅褪色，加熱后恢復(fù)顏色、二氧化硫可以漂白，并且這個過程是可以恢復(fù)的。[PP展示]二氧化硫的漂白性原理：二氧化硫與有色物質(zhì)化合生成無色物質(zhì)，無色物質(zhì)不穩(wěn)