1、1.1 化学使世界更美好（共 2 课时） 第 2 课时 化学研究什么 化学促进社会的发展 一、设计思想 通过介绍化学研究大洋深处“可燃冰”的组成、性质和用途，化学研究金刚石内部结 构，探究其高硬度的原因，化学研究用空气中的氮气来生产氮肥，化学研究开发石油、煤 为原料制造合成纤维让学生知道化学研究化学研究物质的组成、结构、性质以及变化规律。 化学是研制新物质的科学，是信息科学、材料科学、能源科学、环境科学、海洋科学、生 命科学和空间技术等研究的重要基础。 。 通过介绍我国古代杰出的化学工艺和目前我国化学和化学工业的巨大成就，让学生初 次体会到化学对社会的进步和发展出了重大的贡献，激发学生学习化学
2、的兴趣。通过介绍 化学学科的发展和现代的生活方式给了我们更多的使用各种各样物质的机会，但随着工业 的发展全球性的环境问题伴随而来，让学生学会用辩证的观点认识社会的发展和环境污染 问题，而化学神奇之处可以变废为宝。初次体验树立环保和可持续发展意识的重要性。 二、教学目标 1. 知识与技能 （1）复习理解物理变化和化学变化的概念及它们的本质区别 （2）能运用概念判断一些易分辨的典型的物理变化和化学变化 （3）复习理解物理性质和化学性质的概念 （4）能运用概念判断一些物理性质和易分辨的典型的化学性质 2. 过程与方法 通过对实验现象的观察和分析，感受归纳整理的化学实验学习方法。 3. 情感态度与价值
3、观 （1）激发学生亲近化学、热爱化学并渴望了解化学的情感。 （2）让学生体验人类社会的发展离不开化学，体验学习化学的重要意义。 （3）用辩证的观点认识社会的发展和环境污染问题，而化学神奇之处可以变废为宝。 （4）初次体验树立环保和可持续发展意识的重要性。 三、重点和难点 教学重点：激发学生亲近化学、热爱化学并渴望了解化学的情感，。 教学难点：用辩证的观点认识社会的发展和环境污染问题。 化学神奇之处可以变废为宝。 四、教学用品 药品：蜡烛。 仪器：铁架台、铁夹、酒精灯、玻璃导管、湿布。 媒体：多媒体电脑、实物投影仪、PPT 课件。 五、教学流程 1. 流程图 2 复习概念 3 作出判断 8 化学
4、研究什 么 9 人类文明史 中的化学 1 0 人类 文明史中 的化学 1 6 化学促进 社会发展 1 8 环境污染 1 9 白色 污染 2 0 变废 为宝 1 7 化学 促进社会 发展 1 学习主题 的引入 实 验 4 大洋深 处 的可燃冰 6 空气中的氮 气生产氮肥 7 开发石油 、 煤等矿物 5 金刚石内部 结构 图 片 图 片 图 片 图 片 1 4 新型材料的开 发和利用 1 3 塑料可以制造 各种日用品 1 2 铝成为生活中 金属制品的主角 1 1 钢铁产量猛增 1 5 合 成药物为治 疗疾病作出贡献 图 片 图 片 图 片 图 片 图 片 2 1 结束 本课 2. 流程说明 1 创
5、设情境，导入新课。 2 复习上节课中三个化学反应的现象、文字表达式。 3 教师举例、学生判断，复习上一节课中的四个基本概念。 4、5、6、 7 用多媒体介绍化学研究的事例，学生体验和交流更多内容。 8 化学研究物质的组成、结构、性质以及变化规律。 9、10 用多媒体介绍人类文明史中化学的作用，学生体验和交流更多内容。 11、12、13 、14、15 用多媒体介绍化学促进社会发展。 16、17 教师介绍、学生体验化学促进社会发展。 18、19、20 用辩证的观点认识社会的发展和环境污染问题，用化学知识可以变废为 宝。 21 师生共同小结本课，结束本课。 六、教学案例 1. 教学过程 教学内容 教
6、师活动 学生活动 设计意图 学习主题的 引入 引入实验：点燃蜡烛，观察蜡烛在 燃烧，在火焰上再加一玻璃导管，方向 竖直向上，导管的另一端也有火焰，如 果用湿布包住玻璃导管，导管内壁出现 白色固体，先问学生为什么导管的另一 头也有火焰，是什么物质在燃烧？再问 学生导管内壁出现白色固体是什么物质？ 最后请学生分析这个实验中包含了蜡烛 的哪些变化？那些性质？ 讲解前一节课我们学习了物质发生 物理变化和化学变化，物质具有物理性 质和化学性质，我们来判断以下描述是 什么？镁带燃烧；夏天汽车轮胎爆胎； 酸液能和大理石上发生作用产生二氧化 碳气体；银是银白色能导电的；铜可以 做电线。 讲解变化表示物质运动的
7、过程，性 质是物质的属性，常用“是” 、 “能”等 描述。 学生回答：蜡 烛燃烧是化学 变化，蜡烛融 化、凝固和气 化是物理变化。 蜡烛能燃烧是 化学性质。 学生回答：镁 带燃烧是化学 变化；夏天汽 车轮胎爆胎是 物理变化；酸 液能和大理石 上发生作用产 生二氧化碳气 体是化学性质； 银是银白色能 导电的属于银 的物理性质； 铜可以做电线 是铜的用途。 复习引入，巩 固旧知识。 化学研究什 么 介绍PPT 课件介绍 大洋深处的“可燃冰” 金刚石内部结构 用空气中的氮气生产氮肥 开发石油、煤为原料制造合成纤维 讲解化学研究物质有些什么性质， 能发生哪些变化，有些什么用途。还要 探究物质性质和发生
8、变化的原因，也就 需要探究物质组成和结构的奥秘。 讲解化学研究物质的组成、结构、 性质以及变化规律。化学是研制新物质 的科学，是信息科学、材料科学、能源 科学、环境科学、海洋科学、生命科学 学习教师介绍 的材料，如果 学生能补充一 些就更好。 和空间技术等研究的重要基础。 人类文明史 中的化学 设问我们的祖先创造了古代杰出的 化学工艺，同学们是否有所耳闻？ 介绍酿酒；制陶瓷；烧石灰；早在 商代就会制精美的青铜器，是早期炼铜； 春秋晚期炼铁，铁制工具大大提高了农 业、手工业生产的效率。造纸发明之后， 纸的广泛使用促进了文化的传播和发展。 学生和教师一 同讨论回答： 四大发明中的 制火药、造纸、
9、烧瓷器。 了解我国古代 的早期化学成 就，让学生感 悟祖先的聪明 才智。 化学促进社 会的发展 设问化学化工在人们生活的衣食住 行各方面作出了哪些重要的贡献？ 介绍19 世纪，低成本的钢铁冶炼方 法的发明，使钢铁产量猛增，钢铁成为 当今的主要结构材料；铝轻盈美观，不 易生锈，铝合金有可与钢铁媲美的强度 和硬度，使金属铝成为生活中金属制品 的主角；化工合成的塑料可以制造各种 日用品，还可以建造管道、房屋，有的 塑料可以制成人工骨骼、人造关节为病 人带来福音，塑料的用途越来越广；新 型材料的开发和利用更离不开化学，电 脑的产生得益于化学半导体材料和硅芯 片技术的突破，化学提供的以玻璃、石 英、塑料
10、等为材质的光导纤维大大提高 了信息传送容量；化学合成的各种药物 为治疗疾病作出贡献。 学生讨论回答： 让学生先说说， 他们也许能谈 谈，让学生初 次体会到化学 对社会的进步 和发展作出了 重大的贡献， 激发学生学习 化学的兴趣。 环境污染 讲解化学学科的发展和现代的生活 方式给了我们更多的使用各种各样物质 的机会，但随着工业的发展全球性的环 境问题伴随而来。 设问我们知道有哪些环境问题？ 设问造成这些环境问题的原因是什 么？ 学生回答：气 候变暖，酸雨、 臭氧层空洞等 等。 工业生产中的 废气、废水、 废渣的随意排 放；塑料制品 的随意丢弃等 等。 环境问题学生 是感兴趣的， 也是知晓一点 的
11、，所以尽可 能由学生讨论 谈及。 白色污染， 变废为宝， 保护环境 讲解随意丢弃的塑料制品我们称之 为“白色污染” ，现在化学家研制可降解 塑料解决“白色污染”问题。从化学的 角度“垃圾”不是废物，变废为宝是化 学的另一神奇之处，是化学应用于保护 环境造福人类的新的重大贡献。所以我 们要努力学好化学，为社会的进步作出 贡献。 课的结束 小结化学研究物质？化学对社会发 展有哪些重大贡献？我们为什么要学习 化学？我们如何学好化学？ 教师与学生共 同讨论完成。 2. 主要板书 1.1 化学使世界更美好（第二课时） 四、化学研究什么？ 1、化学研究物质的组成、结构、性质以及变化规律。 2、化学是研制新
12、物质的科学，是信息科学、材料科学、能源科学、环境科学、海洋科 学、生命科学和空间技术等研究的重要基础。 五、化学促进社会的发展 1、人类文明史中的化学：制火药、制陶瓷、烧石灰、早期炼铜和炼铁、酿酒。 2、现代生活更离不开化学： 3、生活垃圾的处理“变废为宝” ，化学对环境保护作出新贡献。 。 3. 相关链接 金刚石参考资料： (金刚石的分子结构) (金刚石的晶体结构) 金刚石的化学成分是纯碳，石墨的化学成分也是纯碳，金刚石坚硬无比，而石墨 质地非常软。这是因为石墨中的碳原子是成层排列的，原子间的结合力很小，金刚石 中的碳原子则是交错整齐地排列成正四面体结构，每个碳原子都紧密地与其它 4 个碳
13、原子直接连接，构成一个牢固的结晶体。要使碳原子形成这样的结构，需要 2 千摄氏 度高温和 5 万个大气压。人们现在已经能够利用高温高压制造出人造金刚石 生物固氮作用（biological nitrogen fixatio）：大气中的氮被原还为氨的过程。生物固氮 只发生在少数的细菌和藻类中。估计全球每年生物固氮作用所固定的氮（N 2）约达 17500 万吨，其中耕地土壤约有 4400 万吨，超过了每年施入土壤 4000 万吨肥料氮素 （工业固氮）的量（Burris，1977） 。因此，生物固氮作用有很大潜力。固氮微生物种 类：到 1982 年固氮微生物达 70 多个属，大多数是原核微生物（细、放
14、、蓝细菌） ，也 有真菌。根据固氮微生物与高等植物以及其他生物关系，分为二个类型。1自生固氮 微生物在土壤中或培养基中，独自生活时能固定氨态氮。在进行固氮作用时对植 物或其它生物没有明显的依存关系。有好气性、厌气性、兼厌气性有化能自养异养， 光能自养、异养型生固氮微生物。2共生固氮微生物二种微生物紧密地生长在一 起时，由固氮的共生菌进行分子态氮的还原作用。 人造血管：北京理工大学研发成功直径 6 毫米以下的“人造血管” ，并且正在一条狗身 上进行实验，将进一步应用于人类临床实验。这项技术填补了国际空白，有助于心脏 病的治疗。 据北京理工大学材料科学与工程学院副院长杨荣杰教授介绍，理工大学成功研
15、发 出直径 6 毫米以下的小口径血管后，首先由阜外医院在一条狗身上进行实验，22 个月 未发现堵塞现象。到目前为止，共进行了 9 例狗动脉植入试验，除手术致死进行病理 分析以外，其余全部存活。根据国家相关标准，在一定数量动物身上进行实验并成功 后，这项技术就可以进行人类临床实验。 据了解，全球每年有超过 60 万人需要进行血管重建手术。其中大于 6 毫米的“人 造血管”已经实现了商品化，而小于 6 毫米的小口径血管制备则成为一个国际性的难 题。北京理工大学材料科学与工程学院采用丝素蛋白为基本原料，制备出了 35 厘米 抗凝血材料及小口径血管样品。 杨教授表示，下一步，这项技术将走出实验室，尝试
16、产业化，由现在的人工生产 转为机械化生产，放大到公斤级制备。实现产业化后，这种“人造血管”的成本至少 能降低 50，使更多患者能够接受。 可燃冰参考资料： 1. 什么是可燃冰 谈到能源，人们立即想到的是能燃烧的煤、石油或天然气，而很少想到晶莹剔透 的“冰” 。然而，自 20 世纪 60 年代以来，人们陆续在冻土带和海洋深处发现了一种 可以燃烧的“冰” 。这种“可燃冰”在地质上称之为天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称 Gas Hydrate） ，又称“笼形包合物” （Clathrate） ，分子结构式为： CH4H2O。 天然气水合物是一种白色固体物质，外形像冰，有极强的
17、燃烧力，可作为上等能 源。它主要由水分子和烃类气体分子（主要是甲烷）组成，所以也称它为甲烷水合物。 天然气水合物是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH 等）下， 由气体或挥发性液体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质。 一旦温度升高或 压力降低，甲烷气则会逸出，固体水合物便趋于崩解。 （1 立方米的可燃冰可在常温常 压下释放 164 立方米的天然气及 0.8 立方米的淡水）所以固体状的天然气水合物往往 分布于水深大于 300 米 以上的海底沉积物或寒冷的永久冻土中。海底天然气水合物 依赖巨厚水层的压力来维持其固体状态，其分布可以从海底到海底之下 1000 米 的范 围以
18、内，再往深处则由于地温升高其固体状态遭到破坏而难以存在。 从物理性质来看，天然气水合物的密度接近并稍低于冰的密度，剪切系数、电解 常数和热传导率均低于冰。天然气水合物的声波传播速度明显高于含气沉积物和饱和 水沉积物，中子孔隙度低于饱和水沉积物，这些差别是物探方法识别天然气水合物的 理论基础。此外，天然气水合物的毛细管孔隙压力较高。 2. 可燃冰的成因 可燃冰是天然气分子（烷类）被包进水分子中，在海底低温与压力下结晶形成的。 形成可燃冰有三个基本条件：温度、压力和原材料。首先，可燃冰可在 0以上生成， 但超过 20便会分解。而海底温度一般保持在 24左右；其次，可燃冰在 0时， 只需 30 个大
19、气压即可生成，而以海洋的深度，30 个大气压很容易保证，并且气压越 大，水合物就越不容易分解。最后，海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化， 可产生充足的气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压力、气源三者都具备的条件 下，可燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。 3. 可燃冰的资源量 世界上绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，据估算，海洋里天然气水合物的 资源量是陆地上的 100 倍以上。据最保守的统计，全世界海底天然气水合物中贮存的 甲烷总量约为 1.8 亿亿立方米 (180001012m3 ) ，约合 1.1 万亿吨 (111012t) ，如 此数量巨大的能源是人类未来动力的希望，是 21
20、 世纪具有良好前景的后续能源。 可燃冰被西方学者称为“21 世纪能源”或“未来新能源” 。迄今为止，在世 界各地的海洋及大陆地层中，已探明的“可燃冰”储量已相当于全球传统化石能源 （煤、石油、天然气、油页岩等）储量的两倍以上，其中海底可燃冰的储量够人类使 用 1000 年。 4. 可燃冰的缺点 天然气水合物在给人类带来新的能源前景的同时，对人类生存环境也提出了严峻 的挑战。天然气水合物中的甲烷，其温室效应为 CO2 的 20 倍，温室效应造成的异 常气候和海面上升正威胁着人类的生存。全球海底天然气水合物中的甲烷总量约为地 球大气中甲烷总量的 3000 倍，若有不慎，让海底天然气水合物中的甲烷气
21、逃逸到大 气中去，将产生无法想象的后果。而且固结在海底沉积物中的水合物，一旦条件变化 使甲烷气从水合物中释出，还会改变沉积物的物理性质，极大地降低海底沉积物的工 程力学特性，使海底软化，出现大规模的海底滑坡，毁坏海底工程设施，如：海底输 电或通讯电缆和海洋石油钻井平台等。 5. 海底宝贝来之不易 可燃冰是天然气和水结合在一起的固体化合物，外形与冰相似。由于含有大量甲 烷等可燃气体，因此极易燃烧。同等条件下，可燃冰燃烧产生的能量比煤、石油、天 然气要多出数十倍，而且燃烧后不产生任何残渣和废气，避免了最让人们头疼的污染 问题。科学家们如获至宝，把可燃冰称作“属于未来的能源” 。 可燃冰这种宝贝可是
22、来之不易，它的诞生至少要满足三个条件：第一是温度不能 太高，如果温度高于 20，它就会“烟消云散” ，所以，海底的温度最适合可燃冰的 形成；第二是压力要足够大，海底越深压力就越大，可燃冰也就越稳定；第三是要有 甲烷气源，海底古生物尸体的沉积物，被细菌分解后会产生甲烷。所以，可燃冰在世 界各大洋中均有分布。 6. 可燃冰在中国的状况 作为世界上最大的发展中的海洋大国，我国能源短缺十分突出。目前我国的油气 资源供需差距很大，1993 年我国已从油气输出国转变为净进口国，1999 年进口石油 4000 多万吨，2000 年进口石油近 7000 万吨，预计 2010 石油缺口可达 2 亿吨。因此 急需
23、开发新能源以满足中国经济的高速发展。海底天然气水合物资源丰富，其上游的 勘探开采技术可借鉴常规油气，下游的天然气运输、使用等技术都很成熟。因此，加 强天然气水合物调查评价是贯彻实施党中央、国务院确定的可持续发展战略的重要措 施，也是开发我国二十一世纪新能源、改善能源结构、增强综合国力及国际竞争力、 保证经济安全的重要途径。 我国对海底天然气水合物的研究与勘查已取得一定进展，在南海西沙海槽等海区 已相继发现存在天然气水合物的地球物理标志 BSR ，这表明中国海域也分布有天然 气水合物资源，值得我们开展进一步的工作；同时青岛海洋地质研究所已建立有自主 知识产权的天然气水合物实验室并成功点燃天然气水
24、合物。 七、教学反思 本节课是序言的第二节课，这节课学生还是具有较强的好奇心，所以课题引入，对激 发学生学习化学的兴趣十分重要。我安排实验创设情境导入新课：点燃蜡烛，但又不仅仅 是点燃蜡烛，还要在火焰上再加一竖直向上玻璃导管，导管的另一端也有火焰，再要用湿 布包住玻璃导管，导管内壁出现白色固体，蜡烛的燃烧缘于生活，但添加玻璃导管后的蜡 烛燃烧高于生活，学生感到新奇，就能激发兴趣，活跃思维。 第二课时学习要从学生的实际出发，提出了许多富有想象力的问题，使学生亲身感受 到生活离不开化学，同时也感受到许多美好的愿望不是一朝一夕能实现的，而是要靠化学 家的智慧和辛勤劳动逐步实现的。由此产生了希望了解化学的强烈愿望。教材抓住这种情 感，导出了“化学研究物质的组成、结构、性质以及变化规律” “化学促进社会的发展” ， 并以丰富多彩的图画和语言，概述了人类认识化学、利用化学和发展化学的历史和方法， 充分展示了化学的魅力和学习化学的价值。 学习社会发展和环境污染时切勿给学生造成化学是造成环境污染的元凶这样的错误认 识，而是要让学生体会到化学的神奇之处是能处理污染、改善环境、变废为宝，化腐朽为 神奇。
