基于“綠色化學(xué)”理念的內(nèi)容結(jié)構(gòu)化教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

張現(xiàn)霞

摘要： 內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化是促進(jìn)學(xué)生從化學(xué)學(xué)科知識(shí)向化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵?！熬G色化學(xué)”具有豐富的內(nèi)涵，能貫穿化工生產(chǎn)的全過(guò)程。以“工業(yè)制硫酸”為例，基于“綠色化學(xué)”理念開(kāi)展內(nèi)容結(jié)構(gòu)化教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐：基于知識(shí)關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化，分析討論“工業(yè)制硫酸”的生產(chǎn)原理、生產(chǎn)條件、能量利用、三廢治理、原料評(píng)價(jià)等；概括化工生產(chǎn)的基本思路，開(kāi)展基于認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化；不斷建構(gòu)、完善、應(yīng)用“綠色化學(xué)”的核心觀(guān)念，提升核心觀(guān)念的結(jié)構(gòu)化水平；基于案例實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，形成高中化學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的“教”“學(xué)”設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞： 高中化學(xué)； 內(nèi)容結(jié)構(gòu)化； 綠色化學(xué)； 工業(yè)制硫酸

文章編號(hào)： 10056629（2023）11004908 中圖分類(lèi)號(hào)： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1 問(wèn)題的提出

結(jié)構(gòu)化是按照對(duì)象內(nèi)部要素的邏輯關(guān)系，進(jìn)行連接、組合形成結(jié)構(gòu)的過(guò)程，重在對(duì)事物內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索，認(rèn)識(shí)各要素之間的基本關(guān)系，探索內(nèi)在基本規(guī)律［1］。《高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“課程標(biāo)準(zhǔn)”）中先后共出現(xiàn)了29次與“結(jié)構(gòu)化”相關(guān)的表述，指出：內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化是促進(jìn)學(xué)生從化學(xué)學(xué)科知識(shí)向化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵，主要有基于知識(shí)關(guān)聯(lián)、認(rèn)識(shí)思路、核心觀(guān)念三種結(jié)構(gòu)化形式，教師在組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)應(yīng)高度重視化學(xué)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，充分認(rèn)識(shí)知識(shí)結(jié)構(gòu)化對(duì)于學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的重要性，尤其是應(yīng)有目的、有計(jì)劃地進(jìn)行“認(rèn)識(shí)思路”和“核心觀(guān)念”的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，逐步提升學(xué)生的結(jié)構(gòu)化水平，發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)［2］。

教育部2022年10月26日印發(fā)《綠色低碳發(fā)展國(guó)民教育體系建設(shè)實(shí)施方案》，要求基礎(chǔ)教育階段要培養(yǎng)踐行綠色低碳理念、適應(yīng)綠色低碳社會(huì)、引領(lǐng)綠色低碳發(fā)展的新一代青少年?！熬G色化學(xué)”是在全球資源日益短缺和環(huán)境日趨惡化背景下提出的新理念，Anastas和Warner于1998年提出了“綠色化學(xué)”十二條原則，并為國(guó)際化學(xué)界所公認(rèn)［3］。蔣葉濤等將這十二條原則分為三塊：總體原則（防污優(yōu)先、原子經(jīng)濟(jì)、綠色合成、安全意識(shí)），用料原則（原料無(wú)毒無(wú)害、可再生，產(chǎn)品無(wú)毒無(wú)害、可降解），過(guò)程原則（少用助劑、少衍生化、條件溫和、催化高效）［4］。課程標(biāo)準(zhǔn)中共有15處出現(xiàn)了“綠色化學(xué)”，其中有8處與化工生產(chǎn)有關(guān)?！熬G色化學(xué)”已成為化工生產(chǎn)領(lǐng)域的共識(shí)，是化工生產(chǎn)單元教學(xué)的核心觀(guān)念。

硫酸是最重要的化工產(chǎn)品之一，我國(guó)最早的硫酸廠(chǎng)可追溯到1876年投產(chǎn)的天津機(jī)器局［5］，硫酸工業(yè)目前仍在不斷發(fā)展中。高中階段“工業(yè)制硫酸”的教學(xué)內(nèi)容既是“非金屬及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用”的情境素材，又是“運(yùn)用反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理綜合調(diào)控化學(xué)反應(yīng)”的真實(shí)案例，在幫助學(xué)生建立知識(shí)結(jié)構(gòu)化、認(rèn)識(shí)思路結(jié)構(gòu)化和核心觀(guān)念結(jié)構(gòu)化方面大有可為。鑒于此，研究嘗試以滬科版必修第二冊(cè)“工業(yè)制硫酸”為例，開(kāi)展基于“綠色化學(xué)”理念的內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，嘗試提煉高中化學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的“教”“學(xué)”設(shè)計(jì)思路。

2 教材及思路分析

教材以“硫酸的重要用途→生產(chǎn)原理的確定→原料的選擇→反應(yīng)條件的控制→能量的利用→三廢的處理”為線(xiàn)索展開(kāi)教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖1）。

在分析生產(chǎn)原理時(shí)，教材設(shè)置了“想一想”欄目，引導(dǎo)學(xué)生從硫酸的組成、硫元素的化合價(jià)等角度進(jìn)行分析，教師可以組織學(xué)生應(yīng)用硫的“價(jià)類(lèi)”轉(zhuǎn)化關(guān)系設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化路徑，從中概括確定化工生產(chǎn)反應(yīng)原理和反應(yīng)原料的基本思路。

在選擇原料時(shí)，教材從成本、反應(yīng)條件、廢渣和尾氣處理、物能循環(huán)利用等角度進(jìn)行了闡述，教師可以組織學(xué)生對(duì)不同原料進(jìn)行優(yōu)劣勢(shì)分析，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考化工生產(chǎn)對(duì)環(huán)境和社會(huì)的影響，從而領(lǐng)悟“綠色化學(xué)”的用料原則。

在介紹生產(chǎn)過(guò)程時(shí)，教材通過(guò)“想一想”欄目，引導(dǎo)學(xué)生利用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，討論促進(jìn)SO2又快又多地轉(zhuǎn)化為SO3的反應(yīng)條件，教師可以組織學(xué)生從中概括提高產(chǎn)出的基本思路，領(lǐng)悟“綠色化學(xué)”的過(guò)程原則和原子經(jīng)濟(jì)原則。

在討論能量利用和三廢處理時(shí)，教材先提出能耗和污染問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題，教師可以組織學(xué)生從中概括化工生產(chǎn)中充分利用能量及治理三廢的基本思路，領(lǐng)悟“綠色化學(xué)”的防污優(yōu)先、綠色合成、安全意識(shí)等原則。

通過(guò)深入分析還發(fā)現(xiàn)，“原料選擇”和“三廢處理”存在因果關(guān)系，若按照教材順序，即在學(xué)習(xí)“三廢處理”前討論“原料選擇”，這不利于學(xué)生全面自主分析原料的優(yōu)劣勢(shì)。因此，本研究將內(nèi)容邏輯改為“生產(chǎn)原理的確定→生產(chǎn)條件的控制→能量的利用→三廢的處理→原料的評(píng)價(jià)→發(fā)展的方向”的順序。為確保學(xué)生能充分開(kāi)展討論、探究，本課內(nèi)容分2課時(shí)進(jìn)行。

3 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

（1） 根據(jù)硫元素的“價(jià)類(lèi)”轉(zhuǎn)化關(guān)系，結(jié)合化學(xué)史，設(shè)計(jì)從原料到硫酸產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化路徑，概括工業(yè)制硫酸的一般流程，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡理論討論和解決硫鐵礦制硫酸中的問(wèn)題，提煉化工生產(chǎn)中確定反應(yīng)原理和反應(yīng)原料、提高產(chǎn)出率的基本思路。

（2） 了解硫鐵礦制硫酸的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程、三廢處理和能源利用等，從物能利用和環(huán)境保護(hù)等角度對(duì)制備硫酸的不同原料進(jìn)行評(píng)價(jià)，概括化工生產(chǎn)中治理三廢和充分利用能量的基本思路。

（3） 通過(guò)分析工業(yè)制硫酸的反應(yīng)原理、反應(yīng)原料、生產(chǎn)過(guò)程、產(chǎn)品處理、能量利用、工藝發(fā)展等，樹(shù)立并領(lǐng)悟“綠色化學(xué)”理念的豐富內(nèi)涵，形成資源全面節(jié)約、物能充分利用的意識(shí)。

4 課時(shí)內(nèi)容結(jié)構(gòu)教學(xué)流程設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析，具體課時(shí)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)化教學(xué)流程見(jiàn)圖2。

5 教學(xué)過(guò)程

5.1 第1課時(shí)工業(yè)制硫酸的反應(yīng)原理和生產(chǎn)過(guò)程

環(huán)節(jié)一：工業(yè)制硫酸的轉(zhuǎn)化路徑

［化學(xué)史情境］教材第59頁(yè)：早期的硫酸制備。

［情境任務(wù)］根據(jù)硫的“價(jià)類(lèi)”轉(zhuǎn)化關(guān)系，結(jié)合化學(xué)史，設(shè)計(jì)由含硫原料制硫酸的轉(zhuǎn)化路徑，用流程圖簡(jiǎn)要表示工業(yè)制硫酸的主要階段，概括化工生產(chǎn)中確定反應(yīng)原理和反應(yīng)原料的基本思路。

［學(xué)生討論及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議］

方案1：1000多年前，綠礬、膽礬煅燒SO3→H2SO4

方案2：18世紀(jì)，硫黃、硝石燃燒SO2氮氧化合物SO3→H2SO4

方案3：19世紀(jì)后期，硫鐵礦煅燒SO2SO3→H2SO4

工業(yè)制硫酸簡(jiǎn)要流程圖（見(jiàn)圖3）。

確定化工生產(chǎn)反應(yīng)原理和反應(yīng)原料的基本思路：從化工產(chǎn)品的組成和性質(zhì)角度逆向推理，根據(jù)反應(yīng)原理設(shè)計(jì)科學(xué)的轉(zhuǎn)化路徑，選擇易獲取、含量豐富的原料。

設(shè)計(jì)意圖：在化學(xué)史情境中利用硫的“價(jià)類(lèi)”關(guān)系分析不同歷史階段制備硫酸的方案，從基于知識(shí)關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化走向基于認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化，提煉確定化工生產(chǎn)中反應(yīng)原理和反應(yīng)原料的基本思路，初步領(lǐng)悟“綠色化學(xué)”的用料原則。

環(huán)節(jié)二：接觸法制備硫酸的反應(yīng)原理

［情境任務(wù)］建國(guó)初期，基于硫鐵礦資源較豐富、硫黃資源較匱乏的實(shí)際國(guó)情，我國(guó)硫酸工業(yè)的主要原料是硫鐵礦。用化學(xué)方程式表示硫鐵礦制硫酸的反應(yīng)原理，利用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理討論在造氣、轉(zhuǎn)化、吸收三個(gè)階段，理論上如何提高硫酸的產(chǎn)出，概括化工生產(chǎn)中提高產(chǎn)出的基本思路。

［學(xué)生討論及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議］

第一階段：造氣 4FeS2+11O2煅燒2Fe2O3+8SO2，通過(guò)粉碎硫鐵礦、氣固逆流等方式，增大接觸面積，使反應(yīng)充分進(jìn)行。

第二階段：轉(zhuǎn)化 2SO2+O2高溫催化劑2SO3，通過(guò)使用高效催化劑、增大反應(yīng)物濃度等方式，在適宜的溫度、較高的壓強(qiáng)條件下提高反應(yīng)速率；在較高壓強(qiáng)、較低溫度條件下通過(guò)通入過(guò)量O2、循環(huán)利用未轉(zhuǎn)化的原料、及時(shí)分離SO3等方式提高SO2的轉(zhuǎn)化率。

第三階段：吸收 SO3+H2OH2SO4，采用氣液逆流的方式，增大接觸面積，提高SO3的吸收效率。

化工生產(chǎn)中提高產(chǎn)出的基本思路：調(diào)控反應(yīng)溫度、壓強(qiáng)、濃度、催化劑等條件加快反應(yīng)速率；通過(guò)調(diào)控反應(yīng)條件促使平衡向生成物的方向移動(dòng)和原料循環(huán)利用等方式提高原料利用率；采用逆流原理使反應(yīng)充分進(jìn)行等。

設(shè)計(jì)意圖：以硫鐵礦制硫酸的一轉(zhuǎn)一吸工藝為例，從理論角度討論提高產(chǎn)出的措施，從基于知識(shí)關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化走向基于認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化，概括化工生產(chǎn)中提高產(chǎn)出的基本思路，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)化學(xué)原理對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的指導(dǎo)作用，初步領(lǐng)悟“綠色化學(xué)”的原子經(jīng)濟(jì)原則。

環(huán)節(jié)三：硫鐵礦制備硫酸的生產(chǎn)過(guò)程

［資料補(bǔ)充］（1） 轉(zhuǎn)化階段，SO2和O2在不同溫度、不同壓強(qiáng)下的原料轉(zhuǎn)化率如表1所示。

（2） 轉(zhuǎn)化階段在475℃、 1atm條件下，使用V2O5作為催化劑時(shí)的反應(yīng)速率比不用催化劑提高1.6×108倍。催化劑對(duì)反應(yīng)具有選擇性，其活性受溫度影響很大，在長(zhǎng)期受熱和化學(xué)作用時(shí)會(huì)發(fā)生一些不可逆的變化即催化劑中毒。

［分析討論］根據(jù)以上數(shù)據(jù)和信息，討論在實(shí)際硫鐵礦制硫酸的第二階段適宜采用怎樣的反應(yīng)條件？

［學(xué)生討論及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議］（1）常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果繼續(xù)加壓，會(huì)對(duì)設(shè)備的耐壓性能提出更高要求，增加成本，故選擇常壓。（2）催化劑對(duì)提高反應(yīng)速率至關(guān)重要，實(shí)際生產(chǎn)中以V2O5作為催化劑，需防止催化劑中毒并為其提供適宜溫度（400～500℃），以確保催化劑的催化效能，同時(shí)反應(yīng)速率、SO2的平衡轉(zhuǎn)化率都比較理想。綜上，硫鐵礦制硫酸的第二階段的實(shí)際反應(yīng)條件是：V2O5做催化劑、常壓、400～500℃。

［真實(shí)化工情境］理論分析可以指導(dǎo)實(shí)際化工生產(chǎn)，但實(shí)際化工生產(chǎn)還需考慮現(xiàn)實(shí)因素，觀(guān)看工廠(chǎng)真實(shí)的硫鐵礦制硫酸視頻。

［情境任務(wù)］用流程圖簡(jiǎn)要表示硫鐵礦制硫酸的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程（見(jiàn)圖4）。

［學(xué)生討論及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議］見(jiàn)圖4。

［觀(guān)念提升］在實(shí)際化工生產(chǎn)中，需從產(chǎn)量、成本、環(huán)保等多角度綜合考慮生產(chǎn)條件和工藝流程，其中粉碎硫鐵礦、循環(huán)利用原料、逆流吸收SO3等措施都是為了提高原料利用率，這正是“綠色化學(xué)”所倡導(dǎo)的高原子經(jīng)濟(jì)性。

設(shè)計(jì)意圖：以硫鐵礦制硫酸為例，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程，分析化工生產(chǎn)中所需考慮的實(shí)際因素，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步領(lǐng)悟“綠色化學(xué)”的原子經(jīng)濟(jì)、催化高效、條件溫和等原則。

5.2 第2課時(shí) 我國(guó)工業(yè)制硫酸的發(fā)展

環(huán)節(jié)一：從物能利用角度全面評(píng)價(jià)硫鐵礦制硫酸

［銜接引入］“綠色化學(xué)”不僅倡導(dǎo)高原子經(jīng)濟(jì)性，也倡導(dǎo)高能源利用率。

［情境任務(wù)］結(jié)合教材第58頁(yè)SO2在接觸室中的多段催化氧化示意圖（見(jiàn)圖5）和第60頁(yè)“硫酸工業(yè)中熱能的合理利用”文本，分析討論硫鐵礦制硫酸工業(yè)中哪些過(guò)程需要消耗能量？在這些過(guò)程中如何提高能源利用率？概括化工生產(chǎn)中充分利用能量的基本思路。

［學(xué)生討論及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議］

礦石粉碎機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、電爐、泵等需要電能，接觸室內(nèi)需要為催化劑維持適宜溫度，也需要能量。

提高能源利用率的措施：提高煤等燃料的燃燒效率；造氣階段在沸騰爐外設(shè)置廢熱鍋爐回收高溫廢熱；轉(zhuǎn)化階段把熱交換器和接觸室合為一體，充分利用轉(zhuǎn)化階段的反應(yīng)熱。

化工生產(chǎn)中充分利用能量的基本思路：提高燃料燃燒效率；充分利用反應(yīng)自身放出的熱量，如采用廢熱鍋爐、熱交換器等。

［分析討論］描述圖5接觸室中SO2和O2的流動(dòng)方向，分析轉(zhuǎn)化過(guò)程中的能量變化和能量利用。

［學(xué)生討論及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議］

SO2和O2進(jìn)入接觸室，從熱交換器的內(nèi)管流過(guò)，再?gòu)慕佑|室頂部進(jìn)入催化劑層，而后從熱交換器外管流出，進(jìn)入下一層催化劑，最后從轉(zhuǎn)化器下方流出。

SO2轉(zhuǎn)化為SO3是一個(gè)放熱的可逆反應(yīng)，使用熱交換器，經(jīng)頂層催化劑反應(yīng)后的SO2和O2從熱交換器外管流出，放出的熱量可用于預(yù)熱內(nèi)管中還未反應(yīng)的、待加熱的原料，同時(shí)為外管中的SO2和O2降溫，使其進(jìn)入下一層催化劑時(shí)仍維持在催化劑最佳活性溫度。

［情境過(guò)渡］“綠色化學(xué)”倡導(dǎo)高原子經(jīng)濟(jì)性和高能源利用率，其目的是使過(guò)程和終端達(dá)到零排放或零污染。

［情境任務(wù)］硫鐵礦制硫酸過(guò)程中的三廢主要成分有哪些？是否需要處理？如何處理？概括化工生產(chǎn)中治理三廢的基本思路。

［學(xué)生討論及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議］

廢氣主要成分有SO2、硫酸霧、顆粒物等，若不處理直接排放會(huì)污染大氣?？煽紤]使用堿性溶液進(jìn)行吸收，如用NaOH溶液、石灰乳、氨水等，用石灰乳吸收SO2獲得的產(chǎn)物可用作石膏，用氨水吸收SO2獲得的產(chǎn)物可作氮肥。

若排出的是沒(méi)有被污染的冷卻廢水，則可循環(huán)利用。若排出的是酸性廢水，不處理直接排放會(huì)造成水體污染，可用石灰乳等堿性物質(zhì)中和處理。

廢渣主要成分有氧化鐵、硫化亞鐵及其他有害物質(zhì)，如不處理則會(huì)造成土壤污染。若廢渣中含鐵量高，可直接作為煉鐵的原料或制備鐵的系列化工產(chǎn)品；若含鐵量低、有害物質(zhì)含量高，則需要預(yù)處理后再用于煉鐵。

化工生產(chǎn)中治理三廢的基本思路：采用化工聯(lián)合思想將三廢轉(zhuǎn)化為有用的產(chǎn)品即變廢為寶；通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將三廢轉(zhuǎn)化為無(wú)毒無(wú)害的物質(zhì)。

［觀(guān)念提升］化工生產(chǎn)中要做到零排放或零污染，可從物質(zhì)和能量?jī)煞矫嫠伎肌Ｎ镔|(zhì)方面，一是提高原子經(jīng)濟(jì)性，盡可能提高產(chǎn)出，如使用合適的催化劑、適宜的溫度和壓強(qiáng)、原料循環(huán)利用、化工聯(lián)合生產(chǎn)等；二是關(guān)注三廢的治理，將其轉(zhuǎn)化為無(wú)毒無(wú)害或有用的產(chǎn)品。能量方面，一是使用新能源，如太陽(yáng)能等；二是提高能源的綜合利用效率，如固體燃料粉碎、液體燃料霧化、使用熱交換器等。

設(shè)計(jì)意圖：從物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量利用角度分析熱交換器的設(shè)計(jì)原理和三廢處理方式，從基于知識(shí)關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化走向基于認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化，概括化工生產(chǎn)中充分利用能量及治理三廢的基本思路；再?gòu)幕谡J(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化走向基于核心觀(guān)念的結(jié)構(gòu)化，歸納總結(jié)化工生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)零排放、零污染的路徑，引導(dǎo)學(xué)生感悟“綠色化學(xué)”是貫穿化工生產(chǎn)全過(guò)程的核心觀(guān)念，并領(lǐng)悟其綠色合成、安全意識(shí)的原則。

環(huán)節(jié)二：我國(guó)硫酸工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

［情境任務(wù)］近年來(lái)，我國(guó)硫酸工業(yè)不斷推陳出新，以硫鐵礦為原料制備的硫酸占比不斷下降，2019年我國(guó)工業(yè)制硫酸的原料結(jié)構(gòu)分布見(jiàn)圖6。相較于硫鐵礦，硫黃制酸的優(yōu)勢(shì)有哪些？目前我國(guó)冶煉煙氣制酸的比例正穩(wěn)步提升，試分析其原因。

［學(xué)生討論及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議］

硫鐵礦制酸會(huì)產(chǎn)生三廢，治理成本大、能耗高、硫資源利用率低。相較于硫鐵礦，硫黃是制硫酸的優(yōu)質(zhì)原料，具有生產(chǎn)流程短、三廢治理量小等優(yōu)勢(shì)，但我國(guó)硫黃資源少，主要依賴(lài)進(jìn)口。冶煉煙氣是冶煉金屬硫化礦產(chǎn)生的含SO2的煙氣，可用來(lái)生產(chǎn)硫酸，有色金屬工業(yè)的發(fā)展可帶動(dòng)冶煉煙氣制酸的發(fā)展，故我國(guó)冶煉煙氣制酸的比例穩(wěn)步提升。

［觀(guān)念提升］“綠色化學(xué)”倡導(dǎo)從源頭做起，盡量采用無(wú)毒無(wú)害、治理成本低的原料，獲得環(huán)境友好產(chǎn)物。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)制硫酸的不同原料進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生形成化工聯(lián)合思想，領(lǐng)悟“綠色化學(xué)”的用料原則和防污優(yōu)先原則。

［觀(guān)念升華］綜合考慮工業(yè)制硫酸的反應(yīng)原理、原料選擇、生產(chǎn)過(guò)程、產(chǎn)品處理、能量利用、工藝發(fā)展等，提煉化工生產(chǎn)基本思路，完善“綠色化學(xué)”核心觀(guān)念。

化工生產(chǎn)基本思路見(jiàn)圖7。

“綠色化學(xué)”核心觀(guān)念見(jiàn)圖8（參照人教版必修二對(duì)“綠色化學(xué)”的闡釋?zhuān)?］）。

環(huán)節(jié)三：遷移與評(píng)價(jià)

（1） 海水曬鹽后的母液（苦鹵）常用作提取溴的原料，其原因是什么？

（2） 工業(yè)合成氨氣的原料氮?dú)庖话銇?lái)源于空氣，氫氣主要來(lái)源于水和碳?xì)浠衔铮瑢?shí)際生產(chǎn)中維持氫氮比為2.8～2.9，其目的是什么？為了提高原料利用率，還能采取哪些措施？

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用“綠色化學(xué)”理念分析化工生產(chǎn)相關(guān)問(wèn)題，發(fā)展并評(píng)估學(xué)生遷移知識(shí)解決問(wèn)題的能力。

6 教學(xué)反思

6.1 對(duì)單元結(jié)構(gòu)化教學(xué)的思考

化工生產(chǎn)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，是化學(xué)學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)化為社會(huì)價(jià)值的具體體現(xiàn)?！熬G色化學(xué)”是化工生產(chǎn)的核心觀(guān)念，也是學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”素養(yǎng)的具體體現(xiàn)?；凇熬G色化學(xué)”理念開(kāi)展化工生產(chǎn)單元教學(xué)，既有利于促進(jìn)學(xué)生從化學(xué)知識(shí)向化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化，也有利于教師把握教學(xué)內(nèi)容的本質(zhì)和關(guān)鍵，體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科獨(dú)特的“綠色低碳”育人價(jià)值。

研究嘗試對(duì)“工業(yè)制硫酸”進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，不斷引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)、完善“綠色化學(xué)”核心觀(guān)念，后續(xù)可將其用于其他化工生產(chǎn)案例的學(xué)習(xí)，如純堿工業(yè)、氨工業(yè)、硝酸化工、石油化工等，形成基于“綠色化學(xué)”理念的化工生產(chǎn)單元結(jié)構(gòu)化教學(xué)設(shè)計(jì)思路（見(jiàn)圖9）。

6.2 關(guān)于內(nèi)容結(jié)構(gòu)化“教”“學(xué)”設(shè)計(jì)的思考

學(xué)習(xí)是學(xué)生主動(dòng)地在頭腦內(nèi)部構(gòu)造認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過(guò)程［8］，認(rèn)識(shí)思路和核心觀(guān)念統(tǒng)稱(chēng)為認(rèn)知結(jié)構(gòu)［9］，知識(shí)結(jié)構(gòu)化是認(rèn)知結(jié)構(gòu)化的基礎(chǔ)。教師在教學(xué)中應(yīng)該主動(dòng)地從“知識(shí)關(guān)聯(lián)”“認(rèn)識(shí)思路”和“核心觀(guān)念”三方面入手，進(jìn)行內(nèi)容結(jié)構(gòu)化教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐；學(xué)生在學(xué)習(xí)中亦應(yīng)當(dāng)主動(dòng)地在教師引導(dǎo)下從知識(shí)結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)向認(rèn)知結(jié)構(gòu)化，這樣才能讓學(xué)科核心素養(yǎng)切實(shí)落地（見(jiàn)圖10）。

此外，教師的教學(xué)設(shè)計(jì)要基于學(xué)生學(xué)習(xí)起點(diǎn)，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，同時(shí)也要關(guān)注學(xué)生視野的拓展，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)了解學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀、關(guān)注未來(lái)發(fā)展方向。例如目前我國(guó)硫酸工業(yè)已發(fā)展到兩轉(zhuǎn)兩吸工藝階段，教師可以引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)應(yīng)用“綠色化學(xué)”核心觀(guān)念分析化工生產(chǎn)中的新問(wèn)題，進(jìn)一步將核心觀(guān)念內(nèi)化為學(xué)科思維。

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