归纳与整理教学设计第一课时

《化学与自然资源的开发利用》归纳与整理

一、教学目标

1. 通过学习天然水的净化和污水处理的几种方法，知道化学在水处理中的应用。

2. 了解海水的综合利用，从中认识和体会化学科学发展对自然资源开发、利用的重要意义。

3. 了解煤、石油和天然气等综合利用的最新进展。

二、内容分析

1. 地位和功能

在初中和高中必修化学中，学生已经学习了水、煤、石油、天然气等的有关知识，本章在此基础上，从资源和技术进步的角度，进一步介绍有关资源的开发和利用，帮助学生形成

自然资源综合利用的观念，并对工业中的一些技术问题有所了解，从而认识化学对技术进步的促进作用。

2. 内容的选择与呈现

教科书的内容分为两大部分：一部分是有关水资源的综合利用，分两个课题介绍，课题1主要介绍如何从水资源中除去杂质等而获取纯净的水；而课题2则介绍如何从海水资源中获

取有用的化学物质。另一部分介绍化石资源的开发利

用，主要是在化学必修知识的基础上介绍石油、煤和天然气的综合利用。

本单元内容结构如下：

教科书以化学与自然资源的开发和利用作为主要线索，以水和化石资源开发利用中的化学原理、方法及应用为主要内容，体现其过程中化学与技术的关系。呈现时注意与初中和高中化学必修课的衔接，拓宽和加深有关的化学原理，并注意知识的实际应用。同时，通过一些简单的图示表示生产流程，介绍化学工业中的一些方法，使学生能比较容易地了解化学与技术的实际应用。

三、课时建议

课题1 获取洁净的水 2课时

课题2 海水的综合利用 2课时

课题3 石油、煤和天然气的综合利用 2课时

复习机动 1课时

小计 7课时

课题1 获取洁净的水

一、教材分析和建议

如何获得在人们的生活和生产中可以使用的洁净的水，本课题从三个角度介绍洁净水的获取方法，即从天然淡水、从生产或生活污水及从海水中获取洁净水。教科书侧重介绍水净化的化学原理、方法和简要流程。例如，天然水的净化主要介绍了混凝法和化学软化法；污水处理介绍了中和法和沉淀法。这些方法都是以化学反应原理为基础的，教科书从基本化学反应入手，给出了一些基本的化学方程式或离子方程式，使学生能从化学的角度认识实际生产中解决问题的一些方法，然后帮助学生了解生产过程中如何实现这些原理和方法的一些技术问题。

海水淡化的相关知识，在初中化学、必修化学1化学2中都有涉及，所以教科书只以"思考与交流"的方式，让学生回忆和交流来认识其基本方法和原理，在此基础上，以图示来介绍工业上淡化海水的流程，并通过"实践活动"使学生了解目前国内外海水淡化的有关情况。

本课题安排了一个有关硬水软化的"科学探究"，不只是单纯地做软化水的实验，而是通过这个活动使学生初步了解设计实验方案的方法，以及除去杂质时选择试剂和确定加入试剂顺序的一般思路。

教学建议如下：

1. 本课题内容与学生已有的生活经验密切相关，而且在初中和高中必修阶段的化学课程中已介绍了一些相关知识，所以，本课题的教学可从学生的已有生活经验和知识经验入手。例如，从生活中自来水的使用引入，结合初中学习过的有关水净化的知识，利用教科书中的"思考与交流"，让学生通过讨论，认识自来水净化的一般过程，在此基础上，教师再介绍硬水软化的方法。

2. 可以充分利用教科书中的栏目，如利用"学与问""思考与交流"等，使学生能积极主动地思考和交流；对于教科书中的"科学探究"，可先让学生讨论他们设计的不同方案，然后教师帮助学生分析，确定合理的方法。

3. 充分利用教科书中的图示，如图22、图25、图26等，了解工业上的简单流程。如果有条件，可以组织一些实践活动，如参观自来水厂、污水处理厂；也可参观一些有关资源开发、环境保护等内容的展览。

教学重点：天然水净化和污水处理的化学原理，化学在水处理中的应用和意义。

教学难点：硬水的软化。中和法和沉淀法在污水处理中的应用。

二、活动建议

【科学探究】

三、问题交流

【学与问1】

【学与问2】处理酸性废水可用熟石灰或石灰水等；处理碱性废水可用硫酸或二氧化碳等。(化学方程式略) 【学与问3】

【思考与交流1】

1. 加热、用消毒剂或紫外线消毒等等。

2. 加絮凝剂→沉淀→过滤→吸附→杀菌。

3. 可以从两个方面考虑，首先是所采用有效的化学方法，如反应原理适用、添加试剂的性质、顺序和量等。其次，还要考虑应用化学方法所产生的经济和社会等方面的问题，主要指成本核算、对生态环境和人体健康是否有直接影响或是否有潜在的、长远的影响等。

【思考与交流2】如蒸馏法、电渗析法、离子交换法的原理等。

课题2 海水的综合利用

一、教材分析和建议

课题1是介绍如何去除水中的杂质以获取洁净的水，课题2与之相反，主要介绍如何从水中获取有用物质的方法。这两个课题既有区别又相互关联，重点在于了解作用于同一资源对象，化学与技术的应用可以实现不同的目的，满足人们不同的需求，也可以使学生更进一步认识化学上所指杂质的含义。

本课题主要介绍了从海水中提取化合物、单质和同位素等物质的方法。从海水中获取单质，教科书中介绍了一种金属（镁），一种非金属（溴），其中的化学原理并不复杂，结合工业实际生产，以图示的方式，简单介绍了生产流程，帮助学生将化学原理的应用与实际生产过程结合起来，认识化学与技术的关系。关于同位素的获取，在这里只简单介绍了重水的提取，可不作为重点内容。

教学建议如下：

1. 海水晒盐的基本原理侧重于固体物质在水溶液中的溶解原理，不宜过多涉及复杂混合溶液中各物质溶解度相互影响等问题。可结合盐田示意图和盐田的照片，让学生了解晒盐的过程。

2. 从海水中提镁和提溴，涉及的化学反应原理都是学生学习过的，教学中可利用两个"学与问"，结合图213和图

214，让学生自己归纳出化学原理，以利于学生理解生产流程，体会和认识化学原理应用于实际生产时应该考虑的一些具体问题和方法。

3. 关于氯碱工业，涉及到了电解的概念，教科书是以小注的形式给出的，教学中可根据实际情况，对电解原理作适当的补充，如增加电解饱和食盐水实验等，以帮助学生认识氯碱工业中电解饱和食盐水的原理，但不必过多介绍相关理论知识。

4. 提取重水的原理对学生来说比较陌生，在这里也并不作为重点，可以让有兴趣的同学阅读"科学视野"或查阅其他资料。

教学重点：海水晒盐。海水提镁和海水提溴的原理和简单过程。氯碱工业的基本反应原理。

教学难点：从海水中获取有用物质的不同方法和流程。

二、问题交流

【学与问1】

电解食盐水制naoh，应将几种产物分开，否则会产生其他物质。

【学与问2】

【学与问3】

课题3 石油、煤和天然气的综合利用

一、教材分析和建议

在初中化学和必修化学2中，都介绍了石油、煤和天然气的有关知识，并且，在必修化学2中又介绍了较多的有机化合物知识。在此基础上，根据课程标准的要求，本课题从化石能源综合利用的角度，进一步介绍了石油、煤和天然气的知识。

关于石油，教科书通过再现必修化学2的一幅"原油分馏及裂化的产品和用途示意图"来引入，并用"思考与交流"的形式，使学生能回忆思考并充分交流，在此基础上，介绍了石油炼制的方法。石油的分馏和裂化，在必修化学2中有简单介绍，本课题又简单介绍了其方法依据的原理和过程，但并没有过多涉及实际的生产原理和过程。关于天然气，学生已了解很多，本课题只是简单介绍了天然气作为有机化工基本原料的技术进步及应用前景。

关于煤，主要介绍了煤的干馏、煤的气化和液化。煤的液化近年来在研究和应用领域比较重视并有了一定的发展，我国在这方面也有新的进展，教科书强调煤的综合利用对于我国解决能源问题、环境问题的特殊意义。最后教科书还介绍了一碳化学的有关内容，使学生了解与传统的石油化工、煤化工和天然气化工发展不同的思路和趋势，帮助学生进一步体会和认识化学所特有的应用价值和魅力。

教学建议如下：

1. 充分利用学生已有的相关知识，通过讨论、思考、交流认识石油、煤和天然气，教学中可利用教科书中的"学与问"和"思考与交流"，复习已学过的知识。

教学重点：石油、煤和天然气综合利用的新进展。

二、问题交流

【学与问1】天然气主要来自与石油伴生的油田中。天然气的主要用途是作燃料和化工原料。

此问题由学生先交流，然后教师再进一步说明。

【学与问2】几种煤干馏的产品及主要成分：

【学与问3】

【思考与交流1】

石油炼制的方法有分馏、裂化、裂解等。

可让学生根据教科书表216，进一步列举出他们身边见过或通过其他途径知道的石油化工产品的用途。

【思考与交流2】参考必修化学2，可让学生结合生活实际，列举一些他们生活中用到的以乙烯为原料生产的产品。

【思考与交流3】煤中所含的主要元素是碳。目前煤综合利用的主要方法是煤的干馏、煤的液化和气化。

练习与实践参考

1. （1）可用淀粉碘化钾试纸。

（2）可用硝酸酸化的硝酸银溶液。

（3）氯气消毒会使水中所含的食物残渣和浮游生物等多种有机物发生变化，生成对人体有害的卤代烃（如三氯甲烷等）。这些卤代烃中有些是有毒的，有的还可能具有致癌和致畸作用。

2. （1）取水样加入少量肥皂水，振荡，观察有无沉淀或浑浊等现象发生。

（2）肯定含有碳酸钙和碳酸镁中的一种，或两种都存在，也有可能还含有氢氧化镁。

（3）参考教学资源。

3．举出三种生产、生活中氯化钠的用途即可。

教学资源

1. 水的硬度和人体健康

水的硬度最初是指水溶解肥皂的程度，现在主要用以指示水中含有钙、镁、锰、铁等盐类的浓度。国际上对水的硬度的表示方法和计算单位很不一致，我国目前习惯上以"德国度"来表示。如果1升水中含有10毫克氧化钙，这种水的硬度就是1度。一般将0~4度的水称为很软水，4~8度的水称为软水，8~16度的水称为中等硬水，16~30度的水称为硬水，30度以上的水称为最硬水。自然界中的饮用水中，雨水属软水，江、河、湖、塘等普通地面水的硬度大都不高，而地下水的硬度往往偏高。

水的硬度的高低与人体健康的关系极大。高硬度水中的

钙、镁离子能与硫酸根结合，使水产生苦涩味，还会使人的胃肠功能紊乱，出现暂时性的腹胀、排气多、腹泻等现象。我国北方不少地方饮用硬度较高的地下水，所以久居南方的人初到北方，开始一段时间会出现所谓"水土不服"现象，时间长了，胃肠逐渐适应后，这种现象就会随之消失。

那么硬水是否毫无益处呢？情况恰恰相反，美、英等国家的一些科学家、医学家根据调查发现，人类的某些心血管疾病，如高血压和动脉硬化性心脏病的死亡率，与饮水的硬度成反比关系，即饮水硬度较高，心血管病的死亡率就低，水质硬度低，死亡率反而高。这是为什么呢？实验证明，缺镁可引起大白鼠的心肌坏死和心血管内膜钙盐沉着，而摄入较多量的镁可预防胆固醇所引起的动脉粥样硬化。生活在山区的人一般比较健康长寿，除了其他各种因素以外，与他们长期饮用矿物质含量比较高的山泉水有重要的关系。当然，生活用水的硬度也并非越高越好，硬度太高的水除了水味不好、对人体健康不利之外，还会使肥皂大大降低去污能力，会使水壶内生成水垢，而增加燃料的消耗等。硬度高的水对人毕竟是弊多利少，因此世界各国制定的饮用水质标准中，都对硬度作了明确的规定。我国目前对饮用水的硬度规定为"不超过25度"。

2. 水垢的形成、危害和除去的方法

一般水垢的主要成分是碳酸钙、碳酸镁和硫酸钙，此外

也还有硅酸钙、硅酸镁和氢氧化镁等物质。水垢大都坚硬如石，但也有松软如泥的，这要看水中杂质的性质而定。

通常，水垢的形成是因为水受热蒸发时，水中所含各种盐类发生物理、化学变化的结果。主要有以下几个方面：

（1）最主要的原因是由于水在锅炉里不断蒸发，水中所含各种盐类不断浓缩，当达到饱和后即析出结晶。

（2）水中所含碳酸氢盐由于受热分解，生成难溶的碳酸盐沉淀。

（3）另一个重要原因是形成水垢的某些盐类的溶解度，随温度的升高而下降。在加热锅炉时，热量必须经炉壁传入水中，所以炉壁的温度常高于炉内的水温，这些盐类在炉壁附近溶解度显著下降，于是析出结晶，聚结在炉壁主要受热面上。炉温越高的地方，水垢也聚结得越厚、越坚固。

水垢是热的不良导体，它的导热能力比一般钢铁小30~50倍。锅炉内结有水垢后，就会严重影响热的传导，大量的热从烟道排出而散失。根据实验得知，锅炉内壁产生1毫米厚的水垢，就要多消耗煤炭3%~5%。

当锅炉内结成坚厚水垢后，锅炉中的水不能直接跟炉壁接触，炉壁的热不能被水很快吸收，炉壁温度就可烧至千度以上，在锅炉外表会形成一层易于脱落的氧化膜，发生严重的氧化腐蚀。此外，贴在锅炉内壁的水垢，在高温下，其中的卤化物产生卤素离子，卤素离子最易侵蚀钢铁，形成铁盐

水垢，使锅炉内壁变脆。这种腐蚀还会不断向炉壁深处发展。以上这些，对锅炉形成内外夹攻，致使锅炉寿命大为缩短。

另外，当水垢分解时放出大量二氧化碳气体，会使水垢局部爆裂脱落。当炉壁处在高温状态下，一旦有水从水垢缝中渗入，炉壁骤然冷却，就会发生炸裂。

所以在生产中，锅炉内如果结了较多的水垢就要除去。除去的方法：一般是用4%~5%的盐酸进行酸洗，酸洗时为了减少酸液对金属设备的腐蚀，常用乌洛托品作为缓蚀剂。

3. 离子交换剂简介

凡具有离子交换能力的物质称为离子交换剂。离子交换剂分无机和有机两大类：

（1）无机离子交换剂无机离子交换剂有天然沸石和合成沸石等。这些离子交换剂使用历史最久，但只有阳离子交换剂，而且由于颗粒核心为致密结构，一般地说交换能力较低。现在工厂里已很少使用。

（2）有机离子交换剂有机离子交换剂又可分碳质离子交换剂和有机合成离子交换剂两种。

碳质离子交换剂，主要是磺化煤。这种交换剂因颗粒核心为粗松结构，交换反应可以在颗粒的表面和内部进行，所以它的交换能力比天然无机离子交换剂大，常用于硬水软化。碳质离子交换剂由于具有不耐热、机械强度低、交换容量小和再生剂耗费大等缺点，已逐渐被有机合成离子交换树

脂代替。

常用的离子交换树脂一般都做成球状，因为球状树脂制法简单，而且球形磨损性小，表面积大，有利于交换。离子交换树脂多呈透明或半透明状，颜色有白、黄、黑及赤褐色等数种，几乎不溶于一切有机和无机溶剂中（除醛类外）。离子交换树脂在交换和再生时，体积会发生胀缩，经多次的胀缩后，就会发生老化和失效。

离子交换树脂可认为是一种不溶性固态的多价酸（或碱），它具有一般酸碱的反应性能，具有进行离子交换、催化及形成络盐等作用，不过离子交换树脂具有一定的选择性。

有机合成离子交换剂按加工成的形状，有①离子交换树脂；②离子交换膜；③离子交换纤维；④离子交换纸；⑤离子交换液；⑥离子交换块。目前使用最广泛的是离子交换树脂。它在电子、电力、医药、化工、冶金、造纸、纺织、石油、铁路、食品加工和原子能等工业部门中，已被广泛应用于纯水制取、硬水软化、原料提纯、脱色精制、元素分离、有机合成等方面，特别是在纯水制取及硬水软化方面，应用更为广泛。

4. 几种工业废水的处理

处理氰化物废水的方法有氯化法、电解法、臭氧氧化法、蒸发回收法以及反渗透、离子交换和催化氧化法。

含油废水的处理在基本原理上类似于生活下水的处理。先用初级处理将浮油（游离油）从水和乳化含油物料中分出。然后，再用二级处理以破坏油-水乳液并将剩下的油与水分离。

有多种方法可用来处理含氟化物废水，较重要的有沉淀法和吸附法。沉淀法系加化学品处理，形成氟化物沉淀或氟化物在生成的沉淀物上共沉淀，通过沉淀物的固体分离达到氟的去除。采用的化学品有石灰、镁化合物和硫酸铝。

--摘编自杨宏秀等编.化学与社会发展.化学工业出版社，2002 5. 煤的气化

与常规燃烧工艺并存的技术是把煤转化为另一种燃料形式，即气体和液体燃料燃烧。从能量转换的角度来讲，煤的气化技术是把固体（煤）的化学能转换成易于利用的气体的化学能的过程。煤的气化反应可分成：煤的热分解即干馏，以及随后的炭（或焦炭）的气化反应。干馏气体大部分是甲烷和氢：

然后，炭与作为气化剂的空气、氧气、水蒸气和氢进行反应，产生的气体又相互反应。

煤的气化技术在生产城市煤气、提高动力工业的发电效率和在化学工业中代替部分天然气和石油产品等方面，受到广泛的重视。中国煤的蕴藏十分丰富，发展煤的气化技术对

提高城市煤气普及率、发展相关工业等方面将起重要作用。

6. 煤液化技术

煤的液化方法主要分为煤的直接液化和煤的间接液化两大类。

（1）煤直接液化煤在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程称为直接液化。裂化是一种使烃类分子分裂为几个较小分子的反应过程。因煤直接液化过程主要采用加氢手段，故又称煤的加氢液化法。

（2）煤间接液化间接液化是以煤为原料，先气化制成合成气，然后，通过催化剂作用将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程。