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1、改善大气质量一、教学设计一、教学设计本节包括大气污染的危害和改善大气质量两部分内容。由于学生对于大气主要污染物及其来源是熟悉的，教科书对此并没有展开，而是采用简明的文字和图画相结合的方式来呈现。重点强调：自然因素和人类活动都能产生大气污染物(如图 4-2 所示)，目的是使学生对于大气污染物的来源有一个全面的认识。对于大气污染的危害，重点介绍了酸雨的形成和臭氧层受损中所涉及到的化学原理。对于温室效应和全球气候变暖，由于学生有一定的知识基础，则采用了“思考与交流”的方式，由学生自己进行总结。我国是世界上耗煤量最大的国家之一。随着经济的发展和人们生活水平的提高，我国一些城市的汽车拥有量迅速增加。此外
2、，室内空气污染也越来越引起人们的重视。因此，教科书从减少煤等化石燃料燃烧产生的污染、减少汽车等机动车尾气污染和减少室内空气污染等三个方面介绍了改善大气质量的措施。本节教学重点：大气主要污染物及其危害，改善大气质量的主要方法。本节教学难点：臭氧层受损和汽车尾气系统中催化转化器的化学反应原理。教学建议如下：1本节内容与社会、生活有密切的联系，学生也具有一定的知识基础。因此，教学要体现开放性。例如，课前可将学生分成几个小组，每个小组从以下课题中任选一个专题进行研究，以论文、调查报告或多媒体的形式进行总结，然后每个小组选出代表在课上进行汇报和交流。最后教师进行小结。(1)从空气质量报告入手，分析当地大
3、气的主要污染物及其成因。(2)全球三大环境问题(酸雨、臭氧层受损、全球气候变暖)的成因、危害，以及人类采取的措施。(3)化石燃料燃烧对大气可能造成的污染和治理途径。(4) 汽车等机动车对大气可能造成的污染和治理途径。(5)室内空气污染物的主要来源和对人体的危害，以及如何避免或减少室内空气污染。(6) 世界上的八大公害事件，等等。2充分利用教科书提供的素材，培养学生的基本观念。例如，教科书通过“资料卡片”介绍我国国家标准中室内污染物 HCHO 和氡的最高允许含量，使学生树立“量”的观念：在日常生活中，要完全避免室内污染物是不可能的。但是，只有当污染物的浓度达到或超过某个值时，才会对人体产生危害；
4、通过介绍汽油抗爆震剂的发展最早是四乙基铅，目前是甲基叔丁基醚，最后提到甲基叔丁基醚是否会对人体造成危害还有争议等，以此为例让学生认识科学发展的局限性，树立一分为二、辩证地看问题的观念；通过“科学史话”介绍氟氯代烷的功与过，使学生树立合理使用化学品的意识，等等。3对于改善大气质量，既要突出化学方法的重要作用，也要让学生认识到治理大气污染是一项长期的系统工程，根本途径在于改变我国的能源结构等。教学设计参考：针对大气污染的危害的教学，采用问题讨论和启发讲授法。引入课题：观看空气质量预报录像。问题情景：观看酸雨、臭氧空洞、全球气候变暖造成的气候灾难等录像，使学生认识到大气环境所面临的严峻现实。提出问题
5、：1酸雨是怎样形成的?写出有关的化学反应方程式。2酸雨有什么危害？如何防治？3为什么说现代“杞人忧天”有道理？臭氧层是如何被破坏的？4你知道哪些温室气体？它们的来源是什么？5为防止温室效应进一步加剧，人类采取了哪些措施？教师讲解：重点是酸雨形成过程中的化学反应，氟氯代烷破坏臭氧的化学机理。巩固练习：结合习题进行针对训练。二、问题交流二、问题交流【思考与交流 1】提示：1从节约能源、吸收 CO2气体、减少有害气体的排放等方面考虑。2保护大气随手可做的小事有很多。例如： 倡导步行和骑自行车，使用节能型灯具，少用罐装食品和饮品，尽量使用可再生物品，拒绝过分包装，将垃圾分类回收； 拒绝使用一次性筷子，
6、少使用贺年卡，节约用纸； 少使用喷雾剂和发泡剂（含有氟氯代烷） ，使用无氟冰箱，不在野外烧荒，房屋装修要尽量简单，在室内、院内养花种草，等等。【思考与交流 2】1主要的温室气体有 CO2、CH4、N2O、O3和氟氯代烷等。化石燃料的大量使用(产生 CO2)；森林面积减少(减少吸收 CO2)；制冷剂和喷雾剂的广泛生产和使用(产生氟氯代烷)；航空业迅速发展(飞机在高空频繁飞行会产生大量的 CO2和 N2O 等)；化肥的大量使用(导致土壤产生 N2O)等都会导致大气中的温室气体不断增加。 2地球周围的大气本来就存在着温室效应，它使地球保持了一个适于人类生存的正常温度环境。只是由于人类活动等向大气中排
7、放了过量的温室气体，使温室效应加剧，从而在全球范围内引发了一系列问题。例如，温室效应加剧引起的全球气候变暖可能导致：两极的冰川融化，海平面升高，淹没许多城市；影响农业生产；生态系统发生变化，一些物种将灭绝；加剧洪涝、干旱和其他气象灾害的发生；增加传染病的传播几率，危害人类健康，等等。3对于温室效应加剧的长期影响还需要人类进一步研究，但大气中温室气体的不断增加对气候的影响已经明显表露出来。因此，为了保护人类赖以生存的地球，人类应该共同防止温室效应进一步加剧，可以采取以下措施。(1) 减少温室气体。例如，减少使用煤、石油和天然气等化石燃料，更多地利用太阳能、风能和地热，发展核能和氢能等；大力植树造
8、林，严禁乱砍滥伐森林；限制并逐步停止氟氯代烷的生产和使用；控制煤矿、稻田和垃圾填埋场等场所排放的 CH4；控制人口增长，等等。这些都是切实可行的。(2) 除去或回收温室气体。这种方法由于受到成本和技术等的限制，目前不太容易实行，但也是人类努力的方向。4关于“如何减少大气中 CO2的量” ，这个问题具有开放性，没有固定答案，要鼓励学生积极思考。例如，将 CO2气体液化后埋入地下或海底是科学家们正在研究的解决过剩 CO2的方法之一。【思考与交流 3】1讲究厨房卫生，减少厨房污染。例如，安装和使用抽油烟机，炒菜时的油温不要过高，及时清理厨余垃圾等。2合理使用杀虫剂、消毒剂、清洁剂和化妆品等。3家庭装
9、修时要尽量简单，遵循经济实用和美观舒适的原则。4装修后的房间不宜立即入住，应当通风一段时间，最好经过环保检测合格后再居住。5居室中适当绿化。一些花草能吸收有害物质，例如，铁树可以吸收苯，吊兰、芦荟等可以吸收甲醛等。6购买家具时要选择正规企业生产的、符合国家标准的环保家具，等等。【学与问 1】由于学生在义务教育阶段和高中必修课程中对于酸雨有什么危害和如何防治酸雨有了一定的了解，此处采用“学与问”的形式由学生自己进行总结。酸雨有很大的危害，能直接引起江河湖泊和土壤的酸化，危及水生生物和陆地植物的生存，影响渔业、林业、农业和畜牧业的正常生产。酸雨还能加速房屋、桥梁、堤坝、管道和电缆等的腐蚀，特别是对
10、文物古迹、雕塑绘画和人文景观的腐蚀作用尤其显著。此外，酸雨还会对人体健康造成影响。防治酸雨的根本措施是减少人为排放污染物的量。针对我国是燃煤大国、以硫酸型酸雨为主的特点，防治酸雨主要从以下几个方面着手（可参考本节教科书中的“二、改善大气质量”的有关内容）：1采用原煤脱硫技术，降低原煤的含硫量；2改进燃烧装置和燃烧技术，使煤充分燃烧，提高燃烧效率，减少二氧化硫和氮氧化物的排放量；3对煤燃烧后形成的烟气脱硫，目前主要采用石灰法，脱硫效果较好；4积极发展洁净煤技术，开展煤的综合利用，如煤的气化和液化等，以减少直接燃烧煤产生的二氧化硫和氮氧化物；5调整和优化能源结构，降低燃煤在能源结构中的比率，加快开
11、发和利用太阳能、风能、地热能、核能和氢能等新能源。【学与问 2】除了教科书中介绍的推广使用无铅汽油和装置催化转化器以外，减少汽车尾气对大气污染的措施还有(仅供参考)：1改进发动机的燃烧方式，从而使汽油、柴油等燃料充分燃烧；2使用一些新型清洁燃料，如液化石油气(LPG，图 4-12)、压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、乙醇汽油和氢气等，以减少或杜绝污染物的排放；3使用一些新型能源作为汽车的动力，如锂离子电池(图 4-13)、氢氧燃料电池、电能和太阳能等；4执行严格的汽车尾气排放标准，禁止没有达到环保标准的汽车上路，等等。三、习题参考三、习题参考1(1) 当汽车速度增加时，氮的氧化物质量
12、增加得最快(增加的倍数最多)。原因：汽车尾气中氮的氧化物(主要是 NO 和 NO2)是燃料高温燃烧时的副产物。在常温下，空气中的 N2和 O2并不能直接化合生成氮氧化物。但是在汽油、柴油、天然气等燃料的燃烧过程中，当达到一定温度时，空气中的 N2和 O2就会发生反应生成 NO，NO 在常温下可继续与空气中的 O2反应生成 NO2。温度越高，生成 NO的量也越多。当汽车速度增加时，温度升高，因此，氮的氧化物质量增加。(2) 从表中数据可以看出，要使污染程度减到最小，汽车的速度应保持在 80 kmh-1。 (3) 本题具有开放性，以下解答仅供参考。结论 1：无论汽车以什么速度行驶，尾气中一氧化碳的
13、质量总是最大。结论 2：当汽车速度从 50 kmh-1提高到 80 kmh-1时，尾气中一氧化碳和碳氢化合物的质量减小，原因可能是速度提高，温度升高，燃料燃烧充分；当汽车速度提高到 120 kmh-1时，尾气中一氧化碳和碳氢化合物的质量又增大，原因可能是速度过高，消耗的燃料增多而造成的。结论 3：要使尾气中污染物的排放总量达到最小，汽车速度不能过高或过低，要保持在一个合适的速度。2(1) 酸雨主要是由人为排放的硫氧化物和氮氧化物等酸性气体转化而成的：(2) 在金属活动性顺序中，排在氢后面的金属如 Cu、Ag 等受酸雨破坏的程度较小，因为这些金属不易与酸发生化学反应。此外，合金如不锈钢、铝合金等
14、耐酸雨的能力也较强。 (3) 因为气体的溶解度随温度下降而增大，所以冬天会有较多的 SO2和 NO2气体溶于雨水。此外，冬天对能量的需求较大，发电厂会燃烧更多的燃料。所以冬天雨水的酸性通常较高。3(1) 氟氯代烷、含溴的卤代烷烃（哈龙） 、N2O、NO、CCl4和 CH4等都可能破坏臭氧层。(2) CFCl3和 CF2Cl2中氯元素的质量分数分别为 77.45%、58.68%，因此，CFCl2破坏臭氧的能力较强。(3) 为了保护臭氧层，人类采取了以下行动： 制定国际公约，减少并逐步停止氟氯代烷等的生产和使用，如保护臭氧层维也纳公约 关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书(后经两次修正)； 研制开发
15、新型的制冷剂和喷雾剂等，寻找氟氯代烷的替代品，如积极促进实现所有冰箱的无氟化等； 加强氟氯代烷的回收，等等。4(1) 2.7105 mol5参考资料：三峡水电站共安装水轮发电机组共 26 台，机组单机额定容量为 70 万千瓦，总装机容量为 1 820 万千瓦，年发电量约为 847 亿千瓦时。三峡水电站建成后将是世界上最大的水电站。建设三峡水电站，相当于建设一座年产约 5 000 万吨原煤的特大型煤矿或年产约2 500 万吨石油的特大型油田，相当于建设约 10 座装机容量为 200 万千瓦的大型火力发电厂，发电效益十分可观。三峡水电站提供的强大电能将送往华中、华东地区和广东省，大大提高电网运行的可靠性和经济性，同时为改善这些地区的大气质量起到巨大的作用。三峡水电站与燃煤电站相比，可大大减少污染气体的排放(如下表)以及大量的灰尘和废渣等，减轻因有害气体的排放而引起的酸雨等环境污染问题。与三峡水电站同等规模的燃煤电站的气体排放情况与三峡水电站同等规模的燃煤电站的气体排放情况(单位：百万吨/年)