2019-2020年九年級(jí)化學(xué) 9.3 化學(xué)與環(huán)境教案 滬教版.doc

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2019-2020年九年級(jí)化學(xué) 9.3 化學(xué)與環(huán)境教案 滬教版 重點(diǎn)： 1、實(shí)驗(yàn)探究酸雨的成因及危害，知道酸雨的防止措施； 2、水資源在今后可能出現(xiàn)的危機(jī)，水污染原因及凈水原理； 3、垃圾對(duì)環(huán)境的污染，區(qū)分各種固體廢棄物，尋找合適的回收、利用處理垃圾的方法。 難點(diǎn)： 實(shí)驗(yàn)探究?jī)羲怼? 1．通過(guò)有關(guān)環(huán)境污染的資料，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)環(huán)境污染日益惡化的趨勢(shì)和危害，再讓學(xué)生討論中國(guó)環(huán)境標(biāo)志的創(chuàng)意，從而培養(yǎng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境人人有責(zé)的社會(huì)責(zé)任感，激發(fā)學(xué)生從我做起，為環(huán)保作力所能及的工作。 2．實(shí)驗(yàn)探究和查閱資料認(rèn)識(shí)酸雨的成因以及危害，加深對(duì)酸雨的認(rèn)識(shí)，討論治理酸雨的措施，增強(qiáng)消除大氣污染的緊迫感。 3．過(guò)討論了解水體污染源以及防治方法，實(shí)驗(yàn)探究污水凈化原理；通過(guò)查閱資料并交流討論了解污染水體的物質(zhì)了解“赤潮”、“水華”的成因和危害，增強(qiáng)學(xué)生節(jié)約水，愛(ài)惜水，保護(hù)水的意識(shí)。 4．引導(dǎo)學(xué)生分析每天自己家中的廢棄物，從而聯(lián)想每天整個(gè)社區(qū)的固體廢棄物，討論了解這些廢棄物將造成的危害；通過(guò)討論“為什么垃圾是放錯(cuò)地方的資源”，知道一般垃圾的回收處理方法和意義。 [參考資料] 一、燃料電池 燃料電池與常規(guī)化學(xué)電源的顯著區(qū)別是：常規(guī)化學(xué)電源的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，這些物質(zhì)耗盡后電池就不能再提供電能；而燃料電池所需的燃料和氧化劑貯存在電池外部的容器中，只要連續(xù)向電池供給燃料和氧化劑，它就可以不斷地輸出電能。 我們知道水電解以后，可以生成氫和氧，其逆反應(yīng)則是氫和氧化合生成水。燃料電池正是利用水電解及其逆反應(yīng)獲得電能的裝置。以天然氣、石油、甲醇、煤等原料為燃料制造氫氣，然后與空氣中的氧反應(yīng)，便可以輕易地得到需要的電能。 燃料電池主要由燃料電極和氧化劑電極及電解質(zhì)組成，加速燃料電池電化學(xué)反應(yīng)的催化劑是電催化劑。作為燃料電極的電催化劑有過(guò)渡金屬和貴金屬鉑、鈀、釕、鎳等。作氧電極用的電催化劑有銀、金、汞等。常用的燃料有氫氣、甲醇、肼、液氨、烴類(lèi)和天然氣。氧化劑一般用空氣或純氧氣，也有用過(guò)氧化氫水溶液的。航天用的燃料電池，大部分用氫或肼作燃料。由電催化劑和防水劑組成的燃料電極和氧電極形成正、負(fù)兩極，正、負(fù)兩極之間用電解質(zhì)（堿溶液或酸溶液）隔開(kāi)，燃料和氧化劑分別通入兩個(gè)電極，在電催化劑的催化作用下，同電解質(zhì)一道發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)中產(chǎn)生的電子由導(dǎo)線(xiàn)引出，這樣就產(chǎn)生電流。迄今為止，在所有電池中效率最高的是堿性燃料電池，它是燃料電池家族中的第一代，發(fā)電效率達(dá)70%，曾成功地應(yīng)用于載人宇宙飛行中，但成本昂貴；磷酸型燃料電池是燃料電池的第二代，無(wú)論是技術(shù)方面還是實(shí)用方面，都非常引人注目，80年代中期這種電站開(kāi)始試運(yùn)行；熔融碳酸型（MCFC）電池是燃料電池的第三代產(chǎn)品，與主要用于小規(guī)模發(fā)電的磷酸型相比，MCFC可稱(chēng)得上是大容量發(fā)電燃料電池（可達(dá)2萬(wàn)千瓦）；在未來(lái)社會(huì)中更受人注目的是第四代燃料電池，即固體電解質(zhì)型燃料電池（SOFC），它是以氧化鋯等固體為電解質(zhì)的，它不僅在性能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于磷酸型電池和MCFC，而且，由于它的電解質(zhì)是固體，免去了腐蝕和溢漏的危險(xiǎn)。燃料電池家族中的第五代是聚合物電解質(zhì)型薄膜燃料電池（PEMFC）。要將氫能用于汽車(chē)、飛機(jī)，就非得借助PEMFC不可。最近在燃料電池的行列中，又出現(xiàn)了一位新秀，它就是生物燃料電池。一般燃料電池的催化劑都用貴金屬，從細(xì)菌細(xì)胞中，提煉出一種叫做甲醇脫氫酶的生物催化劑，可以加速氫氣的釋放，從而加快電子從甲醇中脫出的速度。 燃料電池的規(guī)模和用途可隨意選擇，大到可以代替大中型的火力發(fā)電廠，小到可以在醫(yī)院、旅館和特殊部門(mén)等特別場(chǎng)合中使用。燃料電池的綜合效率高（發(fā)電效率可高達(dá)40%-60%，綜合利用率可達(dá)80%）、對(duì)環(huán)境影響極小，因此它被認(rèn)為是繼火力、水力和原子力之后的第四大發(fā)電體系。 二、綠色的能源——太陽(yáng)能 太陽(yáng)是個(gè)巨大的能源，它不斷向外輻射能量。由于直接利用太陽(yáng)能不會(huì)污染環(huán)境，因此，它是很有開(kāi)發(fā)價(jià)值的能源，現(xiàn)在正進(jìn)一步研究如何開(kāi)發(fā)利用這一無(wú)污染且用之不竭的新能源。目前，太陽(yáng)能可通過(guò)四個(gè)渠道被人類(lèi)利用： （1）通過(guò)大氣和水分的升騰循環(huán)，再通過(guò)風(fēng)、流水、波浪、海流等以風(fēng)能和水能等形式釋放出來(lái)。 （2）被海洋吸收，成為海洋內(nèi)能，再以潮汐等形式釋放出來(lái)。 （3）通過(guò)植物的光合作用把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存起來(lái)，再以草木、沼氣、煤、石油、天然氣等燃料的形式釋放出來(lái)。 （4）通過(guò)轉(zhuǎn)化成電能，被人們直接利用，這種方式目前主要通過(guò)太陽(yáng)能電池來(lái)實(shí)現(xiàn)。 太陽(yáng)能電池就是利用晶體硅和非晶體硅為材料制成的一種將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的 裝置，常用的太陽(yáng)能電池是硅電池。許多國(guó)家的太陽(yáng)能利用日益商品化。在日本、美國(guó)和歐洲，用太陽(yáng)能供電的無(wú)線(xiàn)電、風(fēng)扇、電冰箱等日用品琳瑯滿(mǎn)目。 （1）太陽(yáng)能照相機(jī) 日本制成的世界上第一架太陽(yáng)能照相機(jī)，重量?jī)H有475克，機(jī)內(nèi)裝有先進(jìn)的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，其蓄電池可連續(xù)使用4年。美國(guó)一家公司生產(chǎn)了一種新型的135照相機(jī)，它的光圈、速度均由微電腦自動(dòng)控制，電力則有太陽(yáng)能硒光電池提供，只要有光線(xiàn)，就能供電。 （2）太陽(yáng)能電話(huà) 以太陽(yáng)作能源的無(wú)線(xiàn)電話(huà)已在英國(guó)一家無(wú)線(xiàn)電公司問(wèn)世。它利用頂端上裝的太陽(yáng)能接受板，可以不斷給電池充電。使用者的聲音通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波輸入附近的電話(huà)交換機(jī)，再傳送到各地電話(huà)通訊網(wǎng)去。巴黎伏德瓦特公司制作的太陽(yáng)能收費(fèi)公用電話(huà)，耗電量極低，只要在陽(yáng)光下充電幾小時(shí)，便足夠使用十天之多。 （3）太陽(yáng)能冰箱 法國(guó)的太陽(yáng)能冰箱以甲醇為制冰機(jī)，每24小時(shí)可制冰10千克，保鮮30千克食物。印度研制出一種倉(cāng)庫(kù)用的大型太陽(yáng)能冰箱，上部裝有的拋物線(xiàn)鏡將陽(yáng)光集中在半導(dǎo)體網(wǎng)孔上，把光轉(zhuǎn)換成電流，箱內(nèi)溫度保持在負(fù)2攝氏度，可冷藏500千克食品，每天還可制出25千克冰。 （4）太陽(yáng)能電視機(jī) 芬蘭研制的太陽(yáng)能電視機(jī)只要白天把半導(dǎo)體硅光電轉(zhuǎn)換器放在有陽(yáng)光的窗臺(tái)上，晚上不需要電源便可觀看電視。轉(zhuǎn)換器貯存的電能，可供工作電壓為12V的電視機(jī)使用3~4小時(shí)。印度研制的太陽(yáng)能電視機(jī)，其能源吸收系統(tǒng)只要每天工作4小時(shí)，即使3天無(wú)太陽(yáng)，也能不用電源而正常接收訊號(hào)播放節(jié)目。 （5）太陽(yáng)能住宅 這是利用太陽(yáng)能電池的一種特殊民用建筑，包括陽(yáng)光集能、蓄能、發(fā)電、加熱以及相應(yīng)的控制裝置。目前各國(guó)設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能住宅一般比較小，居住面積100平方米左右。如以色列缺乏能源，但每年有320個(gè)以上的晴天，所以，政府號(hào)召市民購(gòu)買(mǎi)太陽(yáng)能住宅。目前，該國(guó)已成為世界普及太陽(yáng)能發(fā)電、加熱最快的國(guó)家。 太陽(yáng)能電池的前景很廣闊，據(jù)預(yù)測(cè)：到21世紀(jì)中期，全世界電力總耗量的20%-30%將由太陽(yáng)能電池提供。 三、能代替鋼鐵的陶瓷 陶瓷能代替鋼嗎？回答是肯定的。我們所說(shuō)的這個(gè)陶瓷，并不是我們常見(jiàn)的陶瓷，而是一種被稱(chēng)為高技術(shù)的新品種陶瓷。高技術(shù)陶瓷與普通陶瓷，“血統(tǒng)”上并無(wú)淵源，但材料科學(xué)家能從地球上現(xiàn)有的幾十萬(wàn)種原料中，慧眼獨(dú)具，發(fā)展出這種“身懷絕技”的“萬(wàn)能”材料來(lái)，的確是受了普通陶瓷的啟迪。 長(zhǎng)久以來(lái)，金屬一直占據(jù)著材料王國(guó)的霸主，尤其是鋼鐵，應(yīng)用范圍更加廣泛。鋼鐵作為材料有它的許多優(yōu)點(diǎn)，然而也存在著諸如不耐腐蝕、不耐高溫、不夠堅(jiān)硬、不能絕熱等缺點(diǎn)。有趣的是，鋼鐵等金屬的短處，反過(guò)來(lái)恰恰是非金屬材料的長(zhǎng)處。不過(guò)陶瓷也有自己的“薄弱環(huán)節(jié)”：雖硬但無(wú)韌性，一碰就碎，以敲就斷，而且毫無(wú)彎曲延長(zhǎng)的余地。因此，要讓陶瓷代替鋼鐵，必須對(duì)陶瓷材料進(jìn)行“抽筋換骨”的手術(shù)，做到揚(yáng)長(zhǎng)避短。材料科學(xué)家分析了普通陶瓷的成分以后，認(rèn)為它的一種主要原料，含雜質(zhì)較多的黏土，是普通陶瓷的“薄弱環(huán)節(jié)”的根源，所以，他們?cè)囉霉杷猁}類(lèi)化工原料和一些人工合成的氧化物來(lái)取代黏土。科學(xué)家曾將沙淀粉和氧化鋯三種原料按一定比例混合，放進(jìn)溫度為1400oC、充有氮?dú)獾臓t子內(nèi)燒上7小時(shí)，最后制成一種銀灰色的氧化硅陶瓷。這種高技術(shù)陶瓷，密度和鋁差不多，能耐受1500oC以上的高溫，韌性很好，硬度尤其驚人，只有用金剛石才能把它割斷。以后，又試驗(yàn)制成了碳化硅、氧化鋯、碳化鈦、增韌氧化鋁等幾種新陶瓷材料。 成分不同的高技術(shù)陶瓷，性能和應(yīng)用各不同。用鋼鐵制造的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸，受溫度的限制，只能利用汽油燃燒后的一小部分熱能，大部分熱能都從汽缸的冷卻系統(tǒng)散失了。氧化鋯陶瓷能解決此難題，它特別耐磨損、耐腐蝕、耐高溫，用它制成的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸，不需要冷卻系統(tǒng)，使燃油在汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱能最大限度地轉(zhuǎn)化成汽車(chē)獲得的動(dòng)力。而且由于汽缸硬度大，幾乎不易受磨損，并且也不受燃油產(chǎn)生的酸性氣體的腐蝕。因此，這種高技術(shù)陶瓷汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命長(zhǎng)、功率大、制造成本低，可以節(jié)省大量金屬材料和30%的油耗量。 利用氧化鋯硬度超過(guò)鋼材在高溫下不會(huì)軟化的特點(diǎn)，機(jī)械工程師設(shè)計(jì)了氧化鋯陶瓷車(chē)刀，在自動(dòng)車(chē)床上以最高的切削速度，加工最硬的合金鋼零件。陶瓷車(chē)刀削如泥，刀刃不軟不崩，零件表面光潔度高。用含鋯的高技術(shù)陶瓷制作的切削刀具，刀體一旦受到外力的沖擊產(chǎn)生裂縫時(shí)，它會(huì)自動(dòng)膨脹，將裂縫彌合起來(lái)。氧化鋯陶瓷剪刀和家用小刀，刀口久用不鈍，不銹不裂，被稱(chēng)為永不報(bào)廢的長(zhǎng)命剪刀。 高技術(shù)陶瓷可以比鋼鐵硬，也可以像銅鋁等有色金屬那樣有延展性和可塑性。把氧化鈦陶瓷研磨成極其細(xì)致的細(xì)晶粒，家上黏合劑，高溫熔燒成板材，將板材加熱到180oC，可以壓延成波浪形的陶瓷板。氟化鈣陶瓷，只需加熱到80oC便歐擠壓變形的特性。專(zhuān)家們認(rèn)為高技術(shù)陶瓷能被“軟化”，就意味著為這種材料最終能被延展、擠拉、卷繞成材打開(kāi)了希望之門(mén)。 高技術(shù)陶瓷作為未來(lái)材料之王的“萬(wàn)能材料”，其潛力實(shí)在是無(wú)止境的。 四、污染水體的元兇 污染水體的主要物質(zhì)有六類(lèi)： 1．有毒物質(zhì) 包括氰化物、有機(jī)農(nóng)藥、酚、砷及其化合物，重金屬類(lèi)物質(zhì)（如汞、鉛、鎘、鉻）和致、癌物質(zhì)（如芳香族化合物）。 2．病微生物 包括各種病毒、細(xì)菌、原生動(dòng)物等。 3．耗氧污染物 這些物質(zhì)能消耗水中大量的溶解氧，惡化水質(zhì)，使水發(fā)黑變臭，危害水生生物，危害農(nóng)業(yè)，包括一些有機(jī)物和無(wú)機(jī)物。 4．無(wú)機(jī)污染物 包括酸、堿、無(wú)機(jī)鹽和無(wú)機(jī)懸浮物等。這些物質(zhì)使水具有酸性或堿性，降低水質(zhì)，危害水生生物，危害農(nóng)業(yè)。 5．合成洗滌劑等有機(jī)物 包括諸如多氯聯(lián)苯，它們通過(guò)“食物鏈”逐級(jí)傳遞，最終影響到人類(lèi)。 6．植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 包括含氮、磷、鉀等元素的物質(zhì)。這類(lèi)物質(zhì)是水體生物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，一旦過(guò)剩，會(huì)使水中的一些浮游生物和某些藻類(lèi)迅速繁殖，破壞水體原有的生態(tài)平衡，最終會(huì)導(dǎo)致水體萎縮，這就是全球?yàn)橹^疼的“水體營(yíng)養(yǎng)化”。發(fā)生在江河、湖泊中的“水華”，近海海域或?？诘摹俺喑薄本褪撬w富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致的。 江、河、湖、海有它們自己的平衡，由于人類(lèi)活動(dòng)的干擾，生活污水、工業(yè)廢水源源流入湖、海，農(nóng)田肥料也被雨水?dāng)y帶而來(lái)，使水中生物所需的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)剩，一些浮游生物和某些藻類(lèi)迅速生長(zhǎng)繁殖。 由于它們生長(zhǎng)周期短，增殖與死亡頻頻交替，瘋長(zhǎng)，過(guò)多的占據(jù)了水體及水面，使陽(yáng)光難以射入水中，使水生植物光合作用受阻，釋放氧氣減少，威脅水生動(dòng)物。同時(shí)，這些小的浮游生物還可附在魚(yú)鰓上，使本已缺氧的魚(yú)、貝類(lèi)呼吸困難，以致大量窒息死亡；而且水華或赤潮生物劇長(zhǎng)及死亡分解過(guò)程也消耗大量水中溶解的氧，它們死后被微生物分解過(guò)程中還能產(chǎn)生某些生物毒素，也可使魚(yú)、貝等中毒死亡。 五、對(duì)污水的處理 污水的處理，根據(jù)對(duì)水質(zhì)的要求，可分為三級(jí)。污水的一級(jí)處理也稱(chēng)預(yù)處理。在污水處理引進(jìn)的污水，通常先通過(guò)鐵柵欄過(guò)濾，去掉體積較大的雜物，然后再流入污水池中，經(jīng)沉淀及浮選等過(guò)程，把污水中的懸浮物和固體沉淀物去掉。然后再根據(jù)污水的性質(zhì)，加入一定量的堿或酸等化學(xué)實(shí)際、試劑，將污水中的酸堿物質(zhì)中和。我國(guó)20世紀(jì)80年代，各城市的污水處理站大多為一級(jí)處理。污水的一級(jí)處理可理解為一般的物理化學(xué)法的初步除污過(guò)程。 污水的二級(jí)處理，指的是在一級(jí)處理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步做生化處理。例如采用生物膜法，利用微生物去除污水中的可溶性有機(jī)污染物。污水經(jīng)過(guò)二級(jí)處理后，大部分有機(jī)質(zhì)被去除，水中只留下一些無(wú)機(jī)鹽類(lèi)及少量的懸浮物。目前，我國(guó)不少新型化工廠可達(dá)污水二級(jí)處理標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，作為企業(yè)污水的處理，根據(jù)排放污水的不同性質(zhì)，采用的物理、化學(xué)、生物等去污的具體方法也是各式各樣的。為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，工廠的污水還可以與廢料的回收再利用等因素結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行綜合的治理。 污水的三級(jí)處理，也稱(chēng)深度處理，是利用較為復(fù)雜的物理、化學(xué)等方法進(jìn)一步除去水中的有害物質(zhì)。其處理方法有活性炭吸附、離子交換、臭氧氧化、電滲析、反滲透等等。通過(guò)深度處理后，污水可以?xún)艋焦I(yè)用水的標(biāo)準(zhǔn)，故三級(jí)處理后的水可以再次在工業(yè)上使用。由于深度處理的成本較高，因此目前還沒(méi)能普遍采用。但我國(guó)的水資源并不豐富，許多城市供水還很緊張，可以相信，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，水的深度處理必定會(huì)得到廣泛的重視和應(yīng)用。