绿色化学教案

绿色化学教案2007年3月1-2第一章绪论一、教学目的通过本章教学，首先让学生了解化学动力学和热力学的有关知识和有机化学的有关知识，为后面的学习作一知识铺垫。让学生了解绿色化学是在什么背景下诞生的，明确绿色化学兴起的历史必然性和现实必要性，了解人类所面临的各种环境问题的成因、危害及解决途径。二、教学的重点、难点绿色化学兴起对人类可持续发展的重要意义，环境问题的成因与危害。三、教学时数本章教学需6课时四、教学内容1.1什么是化学（预备知识）1.1.1什么是化学1.1.2化学相关知识介绍1.2化学给人类带来的困惑1.2.120世纪化学的贡献1.2.220世纪人类面临的危机1.3绿色化学兴起的背景和历史沿革1.3.1环境保护的三个时期1.3.2绿色化学在各国的兴起1.3.3美国“总统绿色化学挑战奖”1.3.4绿色化学在中国1.4绿色化学与可持续发展1.4.1传统化学工业与传统发展观1.4.2绿色化学与可持续发展观开篇绪言：1.为什么开设这门课程？2.学什么？如何学？1、化学与生活生产紧密相联――消除化学盲是提高综合素质的需要国人在不同层次存在以下几盲：文盲、机盲、科普盲、外语盲、还有化学盲。为什么把化学盲单独列出呢，而不是艺术盲、物理盲或是其它什么盲呢，因为化学与我们的生活息息相关，所以消除化学盲是提高综合素质的需要。在座的各位在中学都学过化学，说到化学大家都会想到化学反应议程式，还有那些玻璃器皿，现在我们换一个角度来谈一些与化学有关的问题。（化学对我们的生活、社会、经济、文化、人类的影响）我先请大家思考几个问题。⑴“某某牌化妆品来自全天然产物，不含任何化学品，安全高效。”这种说法科学吗？（有两个误区：化学品，全天然）――由学生回答这个常识⑵、还有其它一些常识性知识：蚊香无毒你信吗？换脸化妆品你信吗？放鞭炮的问题仅仅是爆炸引起的危险吗这些常识很简单，下面一个故事需要大家动动脑子⑶化学盲引发的闹剧――白磷自然引发的迷信故事⑷朱砂丸事件――一个真实的悲剧一个女孩由于过多服用了乡下郎中开的药朱砂丸后中毒辣毒身亡，这个女孩不是文盲，不是一直生长在偏避的山区，而是一个受过四年高等教育的大学生，她就是我校计算机专业才毕业的一位女大学生，这是一个发生在个体上的悲剧，这种悲剧的发生固然有很多因素，但却反映了我们教育中存在的问题？反映了我们现在大学生的素质问题――综合素质问题。现在社会对大学生的综合素质要求越来越高，就连北京对做家政的大学生都提出了很高的要求，社会希望大学生不仅有良好的专业素质，还要见多识广，有宽阔的知识面。因为化学化工不仅与人类的生产生活密切相关，与我们的很多领域有着很密切的关系，（见课件：中心学科）所以化学影响可以说是牵一发动全身，因此，作为化学的基本知识也应该成为素质教育的一项1-3重要内容。拓宽知识面是提高综合素质的有效途径，也是学校的职责。也是我们开设绿色化学的目的之一。为什么不是普通化学而是绿色化学，它和普通的化学有什么关系，为什么要加上绿色二字？绿色化学内含了先进的理念－绿色理念。综合素质不仅表现在我们要有宽广的知识面还要有先进的理念，这种先进理念的建立甚至比知识本身更为重要，但需要知识做为铺垫。引入2、通过绿色化学知识的学习建立绿色理念――当今重大的环境问题几乎都与化学品生产有着直接或间接的关系问题的提出：⑴在科学不发达的过去，人类面临的最大问题是什么（生存问题），在科学发达的今天，人类目前面临的最大问题又是什么呢（环境、资源问题，依然是生存问题）为什么科学发展到今天，人类面临的依然是生存问题？这不得不让我们反思19世纪中期到20世纪末发展起来的科学技术进行反思要，21世纪的科技之路应该怎么走？尤其是对化学化工方面的反思。21世纪的化学应该向何方发展？为什么呢，它在提高人类生存质量的同时，也使人类面临危机，人类需反思不仅仅是技术本身，更重要的是观念，因为这不完全是技术问题，更是一个观念问题。人类发展进程中出现了问题，针对这一问题我们需要建立一种新的理念，从而来指导我们的科技发展。反思传统的科技发展观，人们不会不记得：人类一直利用科学技术的力量把地球和自然作为征服的对象，决不允许自然违抗人类的意愿。不仅如此，人类的很多生活方式也是建立在这种观念之下而形成。无论生产与生活都在直接和间接地、肆意的、无节制的向大自然索取，而且在索取的过程中还在伤害大自然，于是乎出现了一系列危及人类生存的新问题：资源问题、污染问题、健康问题等等。科技的发展之路依然沿着这个思路走下去吗，显然是走不下去的，一个种的理念伴随着滚滚的绿色风暴在人类的反思过程中席卷全球，并很快渗透到人类生产、生活的各个领域，工、农、商、社、科技、教育。大家对这场绿色风暴了解多少呢。⑵绿色化学内涵的理念和价值观绿色化学作为绿色浪潮中的一朵奇葩，它的理念、它内含的价值观、它所引发的绿色产业革命都是值得我们关注的。作为现时代的大学生，我们的理念应该是紧跟时代潮流，紧扣时代脉搏，新的理念的建立，需要新知识的铺垫，新的科技发展，需要我们不仅有新知识、新理念，还要有创新意识。绿色化学不仅涉及了化学的一些基本知识，由于它是这个时代的产物，体现了传统学科所缺乏的新的理念、新的思维方式，也为解决人类生存问题开了一剂良药、是开启人类更高层次文明大门的一把金钥匙，是打开我们眼界的一扇窗口，透过它我们学习到的不仅仅是简单的化学知识，还有科技和教育对经济、对社会、对文化、乃至对人类的可持续发展所产生的重大影响，或许对我们常为之而困惑的学为何用有所启发吧。美国环境教育专家DavidWors说过：“人们普遍认为，环境问题可以通过某种技术解决。先进的技术固然有用，但现在的危机不仅仅是技术的问题，它更是人们思维的问题，环境危机实际上是一种教育的危机——教育本身就是一种形成和发展人们的思维能力的手段。”因此，绿色化学观点、理论应进入课堂，使化学专业的学生能在“绿色”的高度上认识化学、理解化学、学习化学。其他专业的学生也应该对环境、对绿色化学有新的认识，从而提高科学素养，增强环境意识。把绿色意识贯穿到教学内容中，传授绿色科技知识、传播绿色文化、倡导绿色行为是教育界义不容辞的职责。这也是我开设本门课的目的之二。3、学习总体要求本课程侧重于开阔视野，拓展知识面。要求理解和掌握绿色化学的基本原理、基本概念、基本方法等基础知识及应用，充分认识环境问题给人类带来的严重危害，认识绿色化学兴起的必要性和历史必然性及其对人类可持续发展的重要影响，强化“绿色”意识，树立科学的发展观。1.1什么是化学（预备知识）1、外界条件对化学反应速率、化学平衡的影响，催化剂的作用原理2、有机化合物特点、官能团、常见反应类型及有机合成路线设计原理。3、对映异构体的特点。引入：为了便于以后学习，本节将对与本课程学习有关的化学知识和概念作一简单介绍。1.1.1什么是化学化学是研究物质化学运动的科学，它的研究对象包括物质的组成、结构、性质、化学变化规律及其应用。化学所研究的物质不仅包括存在于大自然中的所有物质。还包括由人类创造的新物质。化学是一门中心科学。从科学为人类服务角度去看待化学，我们有理由说化学以其实用性和创造性奠定了其中心科学的地位。对于传统科学而言，化学的中心科学地位表现为承上启下的中心作用。通常认为传统科学有六门，分别是数学、物理、化学、天文学、地理学、生物学。一般而言，科学可按照它的研究对象由简单到复杂的程度之分。位于前面的科学如数学和物1-4理，研究的对象简单，但理论性强不乏深度，对后面的科学研究有着指导意义，后面科学研究的对象相对而言要复杂的多，多要借用前面科学的理论和方法才得以更好地发展。而化学处于中间位置，既要用到其前面科学的研究理论，又为后面科学的发展提供理念依据。对于当代新兴科学而言，化学的中心科学地位体现在与多学科的交叉和渗透中，并为许多学科领域服务。信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学堪称当代之八大新兴或朝阳科学，其研究和发展无不与化学相关。诸如在“生物化学”基础上形成的“分子生物学”，离不开化学理论和方法指导的环境、材料、能源和核科学，与化学息息相关的信息、地球、空间科学等等。此外化学合成和分离还提供了必要的物质基础，它对物理学、生物学、地质学、计算机科学、电子学、药学、环境科学、工程学、冶金学，以及很多其他的领域，都有重大的贡献。1.1.2化学相关知识介绍1、化学反应速率化学反应速率也即化学反应速度，是指化学反应的快慢。有些化学反应进行得很快，几乎在一瞬间就能完成，例如炸药爆炸、酸碱中和反应等。也有一些反应则进行得很慢，例如煤炭和空气在室温下可以长期共存而不发生显著的变化，水泥的水化过程也有长达数十年之久的。人（白磷自然引发的迷信故事）即使同一反应，在不同的条件下，反应速率也不相同。例如钢铁在常温下、在干燥的环境中氧化较慢，在高温湿热的环境中氧化要快得多。在人类的生产和生活中，常会碰到需要加快或减慢反应速率的情况，因此人们必须了解化学反应速率的一般规律，以及影响化学反应速率的各种因素，以便去改变和控制化学反应速率。这也是化学动力学研究的问题。关于这个问题我们通过复习主要要搞清以下几个问题：⑴影响化学反应速度有哪些外因？哪些内因？⑵外因是如何通过内因影响化学反应速度的？这些内容我们在高中都学过，下面请同学回答第一个问题。影响化学反应速度的外因有温度、压力（气相反应）、反应物的浓度及催化剂等。下面我们讨论第二个问题，首先我们要看看影响化学反应速度的内因有哪些，然后再讨论外因和内因之间的关系。影响化学反应速度的内因有活化能、活化分子、有效碰撞（请同学回答），根据图1＿2活化能示意图，说明这三者的涵义（引导同学回答：内因？内因因素之间关系？）化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的生成，按照现代化学反应速率理论：参加反应的分子必须具有足够的能量，才能够克服反应所需要的能垒，发生“有效碰撞”才能使化学反应得以进行。达到这一能量的分子我们称之为“活化分子”，反应所需要克服的能垒我们称之为“活化能”。因此，影响任意一内因都会影响反应速度。外因是如何通过内因对反应速度产生影响？降低活化能能够提高反应速度，那么如何降低反应活化能？加入适当的催化剂。催化剂：能改变化学反应速率．而本身的组成、物质的量及化学性质在反应前后保持不变的物质。图中所示是合成氨反应的两平行路线，一条是没加催化剂，活化能为E，很高，另一条是加了催化剂，使得反应活化能大大降低。问题：对比这两条线路，其反应途径是否改变？催化剂是否参加反应？启发学生总结出机理（催化剂对反应速度的影响是通过改变反应活化能而实现的），能反应历程量ΔEE1E2EEEEEEEEEEEEEE反应物分子平均能量活化分子的最低能量生成物分子平均能量1-5催化剂对化学工业生产十分的重要，启发学生总结出其作用。（能否降低反应速度？对降低能耗有无贡献？为什么有选择性？――中间产物的形成，）。最后应该指出：催化剂能改变化学反应的速率，缩短反应时间和生产周期，但一个按热力学规律不能发生的化学反应，加了催化剂后，也决不会发生化学反应。那么温度、浓度又是如何通过对内因的影响而影响化学反应速率的呢？请同学们思考。见图。结论：关键是有效碰撞数决定了反应速率。问题：压力加大对反应速度有何影响？对逆反应速度有无影响？为什么？如果在反应体系内加入与反应无关的气体，总压力虽增加了，但分压未增加，或者说反应物产物的总量没有改变，所以反应速度不会改变？思考：1、对于一个放热反应，无需外加能量，反应就可以进行吗？2、只要有合适的催化剂，任何反应都可以进行？3、催化剂虽能提高反应的速率，但本身不参加化学反应，正确吗？2、化学平衡问题：什么是化学平衡，研究它有什么意义？当一个化学反应进行到一定进度时，其正反应速度＝逆反应速度时，这个状态就叫做化学平衡状态。特点：反应物和产物的浓度不再随时间变化而变化，是一动态平衡。外界条件一改变，平衡将随之而变。我们所关注的是如何来控制这个平衡，让反应向着我们需要的产物的方向进行，使产物的浓度达到最大，这也是我们研究化学平衡的目的。事实上人们已经根据实验总结出一条普