初中化学教学和社会热点问题的结合.ppt

初中化学教学和社会热点问题的结合 李树伟2010 9 初中化学教学和社会热点问题的结合 中学化学教学中培养科学素养的重要意义中学化学课堂教学设计与提高学生科学素养的关系社会热点问题是化学教学的重要课程资源在初中化学教学中应用的几个社会热点问题 2 毒牛奶事件与三聚氰胺 2008年10月 三聚氰胺 英文名Melamine 是一种三嗪类含氮杂环有机化合物 重要的氮杂环有机化工原料 简称三胺 又叫2 4 6 三氨基 1 3 5 三嗪 1 3 5 三嗪 2 4 6 三胺 2 4 6 三氨基脲 蜜胺 三聚氰酰胺 氰脲三酰胺 分子式C3N6H6 C3N3 NH2 3 分子量126 12 3 4 5 三聚氰胺的物理性质 三聚氰胺性状为纯白色单斜棱晶体 无味 密度1 573g cm 3 16 常压熔点354 分解 快速加热升华 升华温度300 溶于热水 微溶于冷水 极微溶于热乙醇 不溶于醚 苯和四氯化碳 可溶于甲醇 甲醛 乙酸 热乙二醇 甘油 吡啶等 低毒 在一般情况下较稳定 但在高温下可能会分解放出氰化物 6 三聚氰胺的化学性质 呈弱碱性 pKb 8 与盐酸 硫酸 硝酸 乙酸 草酸等都能形成三聚氰胺盐 在中性或微碱性情况下 与甲醛缩合而成各种羟甲基三聚氰胺 但在微酸性中 pH值5 5 6 5 与羟甲基的衍生物进行缩聚反应而生成树脂产物 遇强酸或强碱水溶液水解 胺基逐步被羟基取代 先生成三聚氰酸二酰胺 进一步水解生成三聚氰酸一酰胺 最后生成三聚氰酸 7 三聚氰胺的主要用途 作为生产三聚氰胺甲醛树脂 MF 的原料三聚氰胺甲醛树脂 melamine formaldehyderesin 三聚氰胺与甲醛反应所得到的聚合物 又称蜜胺甲醛树脂 蜜胺树脂 蜜胺树脂加无机填料后制成模塑制品 色彩丰富 大多用于装饰板 餐具 日用品 餐具外观酷似瓷器或象牙 不易脆裂又适宜机械洗涤 蜜胺树脂与脲醛树脂混合可配制成胶粘剂 用于制造层压材料 用丁醇改性的蜜胺树脂可作涂料和热固性漆 作阻燃剂 减水剂 甲醛清洁剂等 8 假蛋白原理 由于食品和饲料工业蛋白质含量测试方法的缺陷 三聚氰胺也常被不法商人用作食品添加剂 以提升食品检测中的蛋白质含量指标 因此三聚氰胺也被人称为 蛋白精 蛋白质主要由氨基酸组成 其含氮量一般不超过30 而三聚氰胺的分子式含氮量为66 左右 通用的蛋白质测试方法 凯氏定氮法 是通过测出含氮量来估算蛋白质含量 因此 添加三聚氰胺会使得食品的蛋白质测试含量偏高 从而使劣质食品通过食品检验机构的测试 酱油 酸奶 纯牛奶等均采用这种方法检验 三聚氰胺作为一种白色结晶粉末 没有什么气味和味道 所以掺杂后不易被发现 9 凯氏定氮法 MRMO MR 10 因为蛋白质含氮量通常在16 左右 所以将克氏定氮法测得的含氮量乘上系数6 25 便得到该样品的蛋白质含量 整个反应过程可分为消化 蒸馏 吸收及滴定三大步骤 样品与浓硫酸共热时 分解出氮 二氧化碳和水 氮转变成氨 进一步与硫酸作用生成硫酸铵 此过程通常称之为 消化 11 消化反应进行得比较缓慢 通常需要加入硫酸钾或硫酸钠以提高反应液的沸点 并加入硫酸铜作为催化剂 以加快反应速度 以甘氨酸为例 其消化过程可表示如下 CH2NH2COOH 3H2SO4 2CO2 3SO2 4H2O NH32NH3 H2SO4 NH4 2SO4 NH4 2SO4 2NaOH 2H2O Na2SO4 2NH3 12 微量克氏定氮仪 参见图5 1 1套 组 克氏定氮烧瓶 2只 组 13 知识就是力量 知识就是生命 14 怎样避免喝到毒牛奶 15 1 科学与科学素养的内涵 1 什么是科学 科学是一种知识体系 科学是一种探索或研究活动 科学是一种社会活动 科学在传统和内涵上主要指自然科学 一 中学化学教学中培养科学素养的重要意义 16 2 科学素养内涵的发展 什么是 科学素养 科学素养的内涵随社会和认识的发展而发展 发达国家与发展中国家关注的重点不同 我国公众科学素养的调查 17 辞海 科学是运用范畴 定理 定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质和规律的知识体系 是社会意识形态之一 百度 科学是人类智慧结晶的分门别类的学问 科学就是讲求证据 逻辑严密的人类认知 达尔文 科学就是整理事实 从中发现规律 做出结论 18 2003年中国公众科学素养调查 结果 传达出一个与这个科技时代不太相符的信息 尽管我国公众的科学素养水平正在逐步提高 但科学家在公众心目中的地位却有所下降 由2001年的第一位下降到第二位 同时 我国公民迷信程度仍然严重 相当比例人群仍然相信 相面 周公解梦 求签 星座预测 蝶仙或笔仙 19 要完成新课标的教学目标 首先要解决教育者的科学素养问题 要求我们的科学教师 首先要做到 精通科学原理 树立科学精神 坚守科学道德 推崇科学态度 20 STS是 Science TechnologyandSociety 的英文缩写 于20世纪60年代起源于美国 是世界各国适应现代社会发展需要的教育改革新理念 强调教学与科学 技术 社会发展现状的紧密结合 在培养学生科学素养的同时渗透一定的社会意识教育 21 2 现行中学化学教学的缺失 化学教育价值的异化 化学教学目标的失衡 化学教学内容的封闭 化学教学方法的失魅 化学教学思维的僵化 化学学习兴趣的低落 22 化学实验最能体验科学素养的内涵滴定分析结果的计算误差控制在0 1 要求滴定操作的每一步骤都要控制在0 1 亲自动手操作 深入领会 感悟偶然误差的规律 感悟科学的真谛 23 常用滴定分析仪器 24 标准溶液的使用和管理GB T601 2002标准溶液配制和标定标准标定标准滴定溶液的浓度时 须两人进行实验 分别各做四平行 每人四平行测定结果极差的相对值不得大于重复性临界极差 C R95 4 的相对值0 15 两人共八平行测定结果极差的相对值不得大于重复性临界极差 C R95 8 的相对值0 18 取两人八平行测定结果的平均值为测定结果 在运算过程中保留五位有效数字 浓度值报出结果取四位有效数字 25 新课标教材酸碱滴定实验的方法 人教版 选修4 化学反应原理 P48 P52关于中和滴定 0 1000mol L 1酸碱互滴 加到19 00 19 96 20 00 20 04mL 选修6 实验化学 P41 P54关于酸碱滴定三个实验 用中和滴定法测定NaOH的浓度 酸碱滴定曲线的测绘 食醋中总酸量的测定 26 建议和意见取材非常符合新课标的理念 培养科学素养 酸碱滴定曲线应先计算 后实验测绘验证 P43练习放出10 00mL错误 P44准确放出25 00mL错误 我们不能教孩子作假 不能教授伪科学 27 课程目标义务教育阶段的化学课程以提高学生的科学素养为主旨 激发学生学习化学的兴趣 帮助学生了解科学探究的基本过程和方法 培养学生的科学探究能力 使学生获得进一步学习和发展所需要的化学基础知识和基本技能 引导学生认识化学在促进社会发展和提高人类生活质量方面的重要作用 通过化学学习培养学生的合作精神和社会责任感 提高未来公民适应现代社会生活的能力 二 中学化学课堂教学设计与提高学生科学素养的关系 28 教学目标的确定 重要性 教学的起点 核心和归宿 教学目标的三个方面及其相互关系 29 设定 知识 方法 技能 情意 态度 目标 科学素养 知识 技能 过程 方法 情感 态度 价值观 属性 认知 认知 体知 体知 理性 理性 人文性 人文性 求真 手段 求善 教学目标的三个方面及其相互关系 30 三 社会热点问题是化学教学的重要课程资源 课程资源的开发和利用 是保证新课程实施的基本条件 教材一直是我国学校教育的主要课程资源 以至于人们常常误认为教材就是唯一的课程资源进行课程改革 必然要打破教材作为唯一的课程资源的模式 合理构建课程资源的结构和功能 以适应时代发展的多样化的需要 31 河北师范大学学科教育研究所王克勤 中外初中化学教材分析比较之借鉴 初中化学是学生系统学习化学知识的启蒙课程 如何很好地引领学生步入化学知识的大门 并不断激发 强化学生的化学学习兴趣 让学生始终保持强烈的求知欲望 这是化学教育教学的主要任务之一 我们认为 在把握教材内容的基础上 精心创设学习情景 让学生在一定情景中去探究 去发现 去体验 同时 学习情景的创设一是要真实 情景内容可以是日常生活和社会实际中的问题 也可以是对这些问题的再设计或模拟 二是学习情景尽可能做到 问题化 正如古语所说 学始于思 思源于疑 32 新闻 质检首次公布查苏丹红结果涉30家企业88种样品 2005年04月06日新京报 质检总局检查显示两种京产咸蛋含有苏丹红 2006年11月22日新京报 四 在初中化学教学中应用的几个社会热点问题 33 苏丹红 是一种化学染色剂 并非食品添加剂 苏丹红1号 1 苯基偶氮 2 萘酚 该物质具有偶氮结构 由于这种化学结构的性质决定了它具有致癌性 对人体的肝肾器官具有明显的毒性作用 苏丹红属于化工染色剂 主要是用于石油 机油和其他的一些工业溶剂中 目的是使其增色 也用于鞋 地板等的增光 又名 苏丹 34 35 苏丹红的结构式 36 二恶英 Dioxin 是一种无色无味 毒性严重的脂溶性物质 它的毒性十分大 是砒霜的900倍 有 世纪之毒 之称 国际癌症研究中心已将其列为人类一级致癌物 二恶英实际上是二恶英类 Dioxins 一个简称 它指的并不是一种单一物质 而是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物 二恶英包括210种化合物 这类物质非常稳定 熔点较高 极难溶于水 可以溶于大部分有机溶剂 是无色无味的脂溶性物质 所以非常容易在生物体内积累 37 二噁英的结构式 38 毒性最强的 2 3 7 8 四氯二苯并对二恶英 其英文缩写为TCDD 39 新闻 星巴克中国半年内下架反式脂肪食品 第一财经日报2007年02月15日 认清反式脂肪酸 中国医药报2005年第171期 40 41 反式脂肪现在已经渗透到食品的各个角落 生日蛋糕 油炸食品 蛋糕 甜甜圈 饼干 炸薯片 炸薯条 早餐麦片 巧克力几乎都是用的反式脂肪 因为它便宜啊 反式脂肪或称氢化植物油稳定性极强不易被氧化 并且常温下呈固体状或半液体状 还耐高温 所以 用反式脂肪有利于加工的食品 尤其是烘 烤 炸的加工食品能较长时间或长期保存 并且加工的食品容易成形 外表好看诱人 咖啡伴侣可以使咖啡变得细滑香浓 但很少人去探究咖啡伴侣到底是什么 42 反式脂肪或称氢化植物油稳定性极强不易被氧化 并且常温下呈固体状或半液体状 还耐高温 所以 用反式脂肪有利于加工的食品 尤其是烘 烤 炸的加工食品能较长时间或长期保存 并且加工的食品容易成形 外表好看诱人 反式脂肪受食品加工业的青睐 并坚持用这种油至今 43 44 脂肪的生理功能 储存能量 提供能量生物体膜的重要组成成分脂溶性维生素的载体提供必须脂肪酸防止机械损伤与热量散发等保护作用作为细胞表面物质 与细胞识别 种特异性和组织免疫等密切关系 45 脂肪酸 饱和脂肪酸 Saturatedfattyacids 如软脂酸 C16 0 硬脂酸 C18 0 不饱和脂肪酸 Unsaturatedfattyacids 单不饱和脂肪酸 Monounsaturatedfattyacids 如油酸 多不饱和脂肪酸 Polyunsaturatedfattyacids PUFA 如DHA EPA AA等 46 脂肪酸的营养平衡 膳食油脂的科学选择 WHO推荐人类膳食用油脂脂肪酸标准模式 饱和脂肪酸 单不饱和脂肪酸 多不饱和脂肪酸 1 1 1 其中 不饱和脂肪酸中的 6脂肪酸与 3脂肪酸之比为4 1 47 几种油脂的主要脂肪酸组成 48 顺式脂肪酸 cis 氢原子都位于同一侧 链的形状曲折 看起来象U型反式脂肪酸 trans 氢原子位于两侧 看起来象线形 顺式脂肪酸与反式脂肪酸 49 顺式脂肪酸 反式脂肪酸 结构式 结构示意 50 脂肪酸的碳链直链一元羧酸占绝大多数 并且几乎都是偶数碳双键的位置和构型绝大多数不饱和脂肪酸的双键是顺式构型 大多数多烯脂肪酸为非共轭体系 两个双键之间由一个亚甲基隔开 熔点不饱和脂肪酸的熔点比同碳数的饱和脂肪酸的熔点低 双键越多熔点越低 分布16碳和18碳的脂肪酸在油脂中分布最广 含量最多 人体中饱和脂肪酸最普遍的是软脂酸和硬脂酸 不饱和脂肪酸是油酸 高等植物和低等动物中 不饱和脂肪酸含量高于饱和脂肪酸 51 新闻 卫生部 规范使用食盐不会对人体健康造成危害 2009年08月13日中国新闻网 食盐抗结剂被指比三聚氰胺还毒卫生部声明规范使用不会有害 2009年08月14日新文化报 52 亚铁氰化钾化学式是K4 Fe CN 6 3H2O 学名三水合六氰合铁 酸钾 浅黄色晶体 为铁和氰形成的配位化合物 俗称黄血盐 易溶于水 在水溶液中离解为K 和 Fe CN 6 4 亚铁氰化钾在空气中稳定 加热至70 失去结晶水 强热后分解 铁 盐溶液与亚铁氰化钾反应 得到蓝色的普鲁士蓝沉淀 蓝黑墨水成分 化学式为K Fe CN 6Fe 此反应用于检验Fe3 亚铁氰化钾用于制造蓝色颜料 染料 晒图纸 用作钢铁生产的淬火剂 这种化学品本身是低毒品 可用作抗结剂 但要严格控制含量 不推荐用于食品 53 新闻 警惕水产品中的有 苏丹红第二 之称的 孔雀石绿 2010年8月5日食品产业网 新闻 深圳水产品抽检违禁药物孔雀石绿 重出江湖 2010年7月24日晶报 54 孔雀石绿 MalachiteGreen 是有毒的三苯甲烷类化学物 既是染料 也是杀菌剂 可致癌 孔雀石绿绿色碱性染料 用于染羊毛 丝 皮革等 它是带有金属光泽的绿色结晶体 可用作治理鱼类或鱼卵的寄生虫 真菌或细菌感染 孔雀石绿也常用作处理受寄生虫影响的淡水水产 55 56 孔雀石和孔雀石绿 孔雀石是含铜的碳酸盐矿物 化学成分为Cu2 OH 2CO3 孔雀石绿可用作生物染色剂 把细胞或细胞组织染成蓝绿色 方便在显微镜下研究 孔雀石绿也用作丝绸 皮革和纸张的染料 虽然称作孔雀石绿 但其实它不含有孔雀石的成份 只是两者颜色相似而已 57 58 新闻 矿泉水新标10月1日实施溴酸盐不得超0 01毫克 升 2009年7月29日重庆晨报 韩国最早曝光瓶装矿泉水含溴酸盐超标 2009年8月26日慧聪水工业网 59 矿泉水中不含有溴酸盐 但普遍含有溴化物 近年来 矿泉水企业普遍采用臭氧杀菌 使得溴酸盐现象凸显出来 目前 溴酸盐已被国际癌症研究机构定为2b级潜在致癌物 如果每升矿泉水中含有超过0 05毫克的溴酸盐 长期饮用将增加癌症的患病率 但现在执行的天然矿泉水标准没有涉及溴酸盐含量的内容 60 溴化物KBr和溴酸盐KBrO3 61 新闻 卫生部发紧急通知全国严查 毛发水 兑制酱油 2009年1月01日来源 新京报 62 毛发等属于非食品原料 而且毛发本身就含有铅 砷等较多的有害物质 根本就不能被用来加工食品 调味品用的原料 毛发在水解等反应中所用的工业盐酸 及其它试剂中也含过量砷 铅 汞等有毒物质 此外 在盐酸水解植物蛋白的过程中 还会形成致癌物质三氯丙醇等有毒有害物质 因此这种提取了胱氨酸后的 毛发水 中 含有大量的有毒有害物质 如果消费者食用了用这种 毛发水酱油 可能会导致砷中毒及其它急 慢性毒害 对身体造成伤害 63 64 新闻 增白剂降低面粉营养价值并对儿童产生不良影响 2010年09月23日BTV 天下天天谈 新闻 江苏1家面粉企业在增白剂内加石灰粉被令停产 2010年04月09日02 27新京报 65 过氧化苯甲酰的增白原理是 通过与面粉中水和酶发生混合反应 释放出活性氧来氧化面粉中极少量的有色物质 达到使面粉增白的目的 在我国 过氧化苯甲酰作为被合法使用的面粉增白剂已存在了近30年 尽管我国限制最大使用量为每公斤0 06克 比国际水准更加严格 尽管长期以来对于是否禁止使用过氧化苯甲酰在学术界还存在较大争议 但是此次卫生部还是决意彻底取消其食品添加剂资格 我们认为充分显示了保民生 保安康的谨慎性原则 同时也体现出三聚氰胺等事件后人们对于食品安全问题的关注给政府带来的压力 66 过氧化苯甲酰结构式 67 化学学科的分支及其进展 ChemistryChem istry 68 化学是一门在原子 分子层次上研究物质的组成 结构 性质及其变化规律的科学 化学的定义 69 为什么说化学是实验科学 三聚氰胺呈弱碱性 pKb 8 醋酸呈弱酸性 pKa 4 74 化学数据来源于实验结果 数据随测定条件而改变 70 化学正在由实验科学走向计算科学 标志 1998年诺贝尔化学奖 71 1998年诺贝尔化学奖沃尔特 库恩 美国加利福尼亚大学物理系教授 的密度泛函理论对化学作出了巨大的贡献 量子化学理论和计算的丰硕成果被认为正在引起整个化学的革命 量子化学家几十年的辛勤耕耘得到了充分的肯定 这标志着古老的化学已发展成为理论和实验紧密结合的科学 沃尔特 库恩的密度泛函理论构成了简化以数学处理原子间成键问题的理论基础 是目前许多计算得以实现的先决条件 传统的分子性质计算基于每个单电子运动的描写 使得计算本身在数学上非常复杂 沃尔特 库恩指出 知道分布在空间任意一点上的平均电子数已经足够了 没有必要考虑每一个单电子的运动行为 这一思想带来了一种十分简便的计算方法 密度泛函理论 方法上的简化使大分子系统的研究成为可能 酶反应机制的理论计算就是其中典型的实例 而这种理论计算的成功凝聚着无数理论工作者30余年的心血 如今 密度泛函方法已经成为量子化学中应用最广泛的计算方法 72 波普J Pople 美国西北大学数学教授 量子化学理论和计算的丰硕成果被认为正在引起整个化学的革命 量子化学家几十年的辛勤耕耘得到了充分的肯定 这标志着古老的化学已发展成为理论和实验紧密结合的科学 约翰 波普尔系统完整地建立了的量子化学方法学 被应用于化学的各个分支 随着计算机科学的飞速发展 量子化学计算已成为与实验技术相得益彰 相辅相成的重要手段 约翰 波普尔系统完整地建立了的量子化学方法学 被应用于化学的各个分支 基于薛定谔等人所建立的量子力学基本方法 约翰 波普尔发展了多种量子化学计算方法 波普尔的方法使得在理论上研究分子的性质以及它们在化学反应中的行为成为可能 73 简单地说 应用波普尔的方法 程序 人们把一个分子或一个化学反应的特征输入计算机中 所得到的输出结果就是该分子的性质或该化学反应可能如何发生的具体描述 这些计算结果通常被用于形象地注释或预测实验结果 通过设计GAUSSIAN程序 波普尔使他的计算方法和技术容易地被研究者所采用 74 该程序的第一版本GAUSSIAN70于1970年完成 此后 他和合作者相继推出了从GAUSSIAN76到GAUSSIAN98八个版本的逐步完善的程序库系列 GAUSSIAN程序库已成为当今全世界在大学 研究所及商业公司中工作的成千上万化学工作者的重要研究工具 时至今日 量子化学已应用于化学的所有分支和分子物理学 它在提供分子的性质和分子间相互作用的定量信息的同时 也致力于深入了解那些不可能完全从实验上观测的化学过程 75 实例1稀有气体王国的发现 图 76 1892年 世界闻名的英国 自然 杂志上刊登了一封读者来信 写信的人是著名的物理学家 英国剑桥大学教授雷利 他在测定氮气的密度时 得到了一个非常奇怪的结果 雷利选择了两种制备氮气的方法 第一种方法是将空气通过赤热的铜屑 空气中的氧气就会与铜发生反应而被除去 雷利认为 剩下的气体就是纯的氮气 第二种方法是将氨和氧的混合气体通过赤热的氧化铜 反应的催化剂 氨就被氧气氧化 生成氮气和水 用干燥剂把水吸收掉 剩下的也是纯的氮气 77 雷利开始测定这两种来源不同的氮气的密度 来源于空气的氮气的密度是1 2572g L 源于氨的氮气的密度是1 2508g L 为什么同样是氮气 测得的密度却不同呢 78 面对这样微小的差别 不同的人会有不同的看法 有人认为 这是很小的测量误差 可以忽略不计 雷利则认为 即使这样细微的差别 也一定有原因 必须弄清楚 可是 他百思不得其解 这个问题确实难倒了这位大物理学家 最后 他只好以读者的名义写信给 自然 杂志 公开征求答案 79 拉姆塞 WilliamRamsay1852一1916 看到对杂志上的来信 立即意识到 空气里一定含有一种比氮气更重的气体 才会使来源于空气的氮气密度比来源于氨的氮气密度大 因为拉姆塞毕竟是一位化学家 他确信由氨制得的氮气很纯净 但空气则是一种混合物 在除去氧气以后 留下的气体中除氮气外 很有可能存在着其他气体 80 拉姆塞欣然与雷利合作 决定共同探索这个难题 他们查阅了有关文献 看到了卡文迪许的论文 于是 拉姆塞参考了卡文迪许所做的实验 设计了自己的方案 这次 拉姆塞更仔细地除掉了空气里的氧气 氮气 二氧化碳和水蒸气 最后 拉姆塞发现 残留的未知气体的体积只是原来空气体积的l 80 81 拉姆塞用分光镜观察了这种未知气体的光谱线 发现了橙色的和绿色的光谱线 它们不属于任何已知元素的光谱线 由此判断这种气体是一种新的化学元素 拉姆塞和雷利将它命名为氩 其希腊文的含义是 懒惰 82 后来 拉姆塞又在液态空气中发现了3种新元素 第一种命名为氪 其希腊文的含义是 隐藏 第二种命名为氖 其希腊文的含义是 新 第三种命名为氙 其希腊文的含义是 陌生 这都说明了因为它们的 惰性 而不容易被人发现 最后 拉姆塞又与英国物理学家卢瑟福 E Rutherford 共同发现了氡这个具有放射性的稀有气体 加上1868年天文学家洛克耶 SirJ N Lockyer 和约翰逊 P J C Janssen 在太阳光谱中发现的氦 稀有气体一共包括6种元素 它们构成了一个稀有气体王国 83 1916年7月23日拉姆塞去世 享年64岁 著名科学家威廉 汤姆生在评述拉姆塞的伟大发现时指出 大部分学者认为科学的想象力更胜于精确的量度 其实 雷利和拉姆塞的工作证明 一切科学上的伟大发现 几乎完全来自精确的量度和从大量伪数字中明察秋毫 拉姆塞的理论思维能力与动手能力都很强 他把发现的氦 氖 氩 氪和氙等气体 作为一族 完整地插入了化学元素周期表中 使化学元素周期表更加完善 他的这一工作 比每一个单独元素的发现都更为重要 84 谢谢 85