高中數理化習題中生態環境保護意識的體現

陳杰康 林櫻 朱元榮

(1.福建省南平市建陽區第一中學高三(11)班 354200；2.中國環境科學研究院 100012)

近十幾年，在我國經濟迅速發展的大背景下，出現了一些嚴重的環境污染事件，如松花江重大水污染事件(2005年)、太湖、滇池和巢湖水污染導致的藍藻水華事件(2007年)、湖南瀏陽鎘污染事件(2009年)、福建紫金礦業潰壩事件(2010年)、廣西龍江鎘污染事件(2012年)、甘肅隴南銻污染事件(2016年)等，尤其是近些年的我國大部分區域，尤其是我國北方地區面臨嚴峻的大氣霧霾問題更是讓污染治理和生態環境保護引起大家的關注.

2012年，黨的“十八大”報告就明確提出了大力推進生態文明建設，把生態文明建設放在突出的地位，融入“五位一體”的總體布局中.生態環境保護已經成為我國當前經濟社會可持續發展的重要任務之一.2017年，習近平同志在黨的“十九大”報告中進一步指出，加快生態文明體制改革，建設美麗中國，主要包括推進綠色發展、著力解決突出環境問題、加大生態系統保護力度、改革生態環境監管體制，并進一步指出，生態文明建設功在當代、利在千秋.要牢固樹立社會主義生態文明觀，推動形成人與自然和諧發展現代化建設新格局，為保護生態環境作出我們這代人的努力.

隨著生態文明建設的大力推進，公眾生態環境保護意識的進一步提高，加強公眾的參與，也是落實生態文明建設和環境保護的必然要求之一.青少年是祖國的未來，生態環境保護的意識也有了一定的提高，是未來大力推進生態環境保護的重要力量.然而，據調查研究表明，青少年的生態環境保護意識還遠遠不夠，這與中學生，尤其是高中生的教育和學習的目的仍然以升學考試為第一因素，專注于與升學考試相關課程的教學與學習.尤其是理科生，關注數理化等科目的學習，對于生態環境保護等人文類的教育更是缺乏.目前，在高中生數理化等科目的一些習題中體現了環境污染、生態環境保護等相關內容.這是一個讓高中生在繁忙的課程學習中，間接了解生態環境污染嚴重性和生態環境保護重要性的良好渠道.本研究旨在對高中數理化中涉及環境污染、生態環境保護的一些習題對增強高中生生態環境意識方面進行分析并提出建議.

一、材料與題例

例1 (2013 北京高考題)圖1是某市3月1日至14日的空氣質量指數趨勢圖，空氣質量指數小于100表示空氣質量優良，空氣質量指數小于200表示空氣重度污染，某人隨機選擇3月1日至3月13日中的某一天到達該市，并停留2天.

(1)求此人到達當日空氣重度污染的概率；

(2)設X是此人停留期間空氣質量優良的天數，求X的分布列與數學期望；

(3)由圖判斷從哪天開始連續三天的空氣質量指數方差最大？(結論不要求證明).

例2 (2016廣東茂名一模)空氣污染，又稱為大氣污染，是指由于人類活動或自然過程引起某些物質進入大氣中，呈現足夠的濃度，達到足夠的時間，并因此危害了人體的舒適、健康和福利或環境的現象，全世界也越來越關注環境保護問題.

當空氣污染指數(單位：ug/m3)為0～50時，空氣質量級別為一級，空氣質量狀況屬于優；

當空氣污染指數為50～100時，空氣質量級別為二級，空氣質量狀況屬于良；

當空氣污染指數100～150時，空氣質量級別為三級，空氣質量狀況屬于輕度污染；

當空氣污染指數150～200時，空氣質量級別為四級，空氣質量狀況屬于中度污染；

當空氣污染指數200～300時，空氣質量級別為五級，空氣質量狀況屬于重度污染；

當空氣污染指數300以上時，空氣質量級別為六級，空氣質量狀況屬于嚴重污染.

2015年12月某日某省X個監測點數據統計如下：

空氣污染指數(ug/m3)[0,50][50,100][100,150][150,200]監測點個數1540Y10

(1)根據所給統計表和頻率分布直方圖(圖2)中的信息示出X,Y值，并完成頻率分布直方圖；

(2)若A市共有5個監測點，其中有3個監測點為輕度污染，2個監測點為良，從中任意選取2個監測點，記事件A為“其中至少有一個為良”，則事件A發生的概率是多少？

例3 (2016課標全國Ⅲ理)圖3是我國2008年至2014年生活垃圾無害化處理量(單位：億噸)的折線圖.

(1)由折線圖看出，可用線性回歸模型擬合Y和I的關系，請用相關系數加以說明；

(2)建立Y關于I的回歸方程(系數精確到0.01)，預測2016年我國生活垃圾無害化處理量.

附注：參考數據：

例4 生產中可用雙氧水氧化法處理電鍍含氰廢水，某化學興趣小組模擬該法探究有關因素對破氰反應速率的影響(注：破氰反應是指氧化劑將CN-氧化的反應)．

【相關資料】

1.氰化物主要是以CN-和[Fe(CN)6]3-兩種形式存在.

2.Cu2+可作為雙氧水氧化法破氰處理過程中的催化劑；Cu2+在偏堿性條件下對雙氧水分解影響較弱，可以忽略不計.

3.[Fe(CN)6]3-較CN-難被雙氧水氧化，且pH越大，[Fe(CN)6]3-越穩定，越難被氧化.

【實驗過程】

在常溫下，控制含氰廢水樣品中總氰的初始濃度和催化劑Cu2+的濃度相同，調節含氰廢水樣品不同的初始pH和一定濃度雙氧水的用量，設計如下對比實驗：

實驗序號實驗目的初始pH廢水樣品體積/mLCuSO4溶液的體積/mL雙氧水的體積/mL蒸餾水的體積/mL①為以下實驗操作參考760101020②廢水的初始pH對破氰反應速率的影響1260101020③76010

(1)請完成以上實驗設計表(表中不要留空格).

(2)實驗測得含氰廢水中的總氰濃度(以CN表示)隨時間變化關系如圖4所示.

(3)中和實驗②結果表明，含氰廢水的初始pH增大，破氰反應速率減小，其原因可能是 (填一點即可).在偏堿性條件下，含氰廢水中的CN最終被雙氧水氧化為HCO3-,同時放出NH3,試寫出該反應的離子方程式：____.

(4)該興趣小組同學要探究Cu2+是否對雙氧水氧化法破氰反應起催化作用，請你幫助他設計實驗并驗證上述結論，完成下表中內容.

(已知：廢水中的CN濃度可用離子色譜儀測定)

實驗步驟(不要求寫出具體操作過程)預期實驗現象和結論

例5 硼鎂泥是一種工業廢料，主要成分是MgO(占40%)，還有CaO、MnO、Fe2O3、Al2O3、SiO2等雜質，以此為原料抽取的硫酸鎂，可用于印染、造紙、醫藥等工業.從硼鎂泥中提取MgSO4.7H2O的工藝流程如圖5.

已知：NaClO與Mn2+反應產生MnO2沉淀.

沉淀物Fe(OH)3Al(OH)3Fe(OH)2開始沉淀pH2.34.07.6完全沉淀pH4.15.29.6

根據題意回答下列問題：

(1)實驗中需用1.00mol/L的硫酸80.0mL,若用98%的濃硫酸來配制，除量筒、玻璃杯、膠頭滴管外，還需要的玻璃儀器有 、 .

(2)濾渣的主要成分除含有Fe(OH)3、Al(OH)3外，還有 、 .

(3)加入的NaClO可與Mn2+反應產生MnO2沉淀，該反應的離子方程式為 .在調節pH=5-6之前，還有一種離子也會被NaClO氧化，該反應的離子方程式為 .

(4)為了檢驗濾液中Fe3+是否被除盡，可選用的試劑是 (填序號).

A.KSCN溶液 B.淀粉-KI溶液

C.H2O2D.KMnO4稀溶液

(5)已知MgSO4、CaSO4的溶解度(g/100g水)如下表：

溫度/℃40506070MgSO430.933.435.636.9CaSO40.2100.2070.2010.193

“除鈣”是指將MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去，根據上表數據，簡要說明操作步驟： 、 .

(6)如果測得提供的硼鎂泥的質量為100.0g，得到的MgSO4·7H2O為196.8g，則MgSO4·7H2O的產率為 (相對分子質量：MgO4·7H2O-246；MgO-40).

分析與討論從以上題例可見，高中部分數理化題例中可以很好地促進學生們認識數理化知識在生態環境保護中的應用，以及生態環境保護中涉及的數理化原理.其中，1、2和3是高中數學科目中的題例，4和5是高中化學科目中的題例.

例1和2是關于高中數學在大氣污染方面的應用問題.作為高中生在進行這兩個習題首先關注的結題的思路、過程和結果，其次一些相關的描述對解題的學生提高環境保護意識具有重要作用.但是，例1和2在結構上有區別，例1直接進入解題的關鍵信息，而例2增加了空氣污染和環境保護相關描述：“空氣污染，又稱為大氣污染，是指由于人類活動或自然過程引起某些物質進入大氣中，呈現足夠的濃度，達到足夠的時間，并因此危害了人體的舒適、健康和福利或環境的現象，全世界也越來越關注環境保護問題.”顯然，例2對于提高學生的生態環境保護意識更具有幫助，而例1主要關注數學本身知識以及數學知識在環境污染問題預測中的應用.

例3是關于數學在生活垃圾方面的預測應用.與例1類似，缺乏對生活垃圾及其對生態環境破壞方面的描述.例如，可以增加我國垃圾總量的描述，以及我國垃圾處理率方面的描述，讓學生直觀感受我國生活垃圾處理面臨的問題.在進一步解題過程，獲得結果，如例2中要求“預測2016年我國生活垃圾無害化處理量”，將會間接使學生去思考我國生活垃圾處理問題.

例4和5是化學方面關于廢水處理和固體廢棄物再利用方面的化學反應.例4，只是涉及雙氧水氧化法處理電鍍含氰廢水過程中的一些化學反應機理，實際上對于提高高中生生態環境保護意識作用不大.如果增加含氰電鍍廢水的危害，配合后面含氰電鍍廢水的處理的一些原理，可能對于提高生態環境保護意識更具效果.例5與例4類似.

另外，如果這些例題通過整個解題過程、思路，最終獲得的結果也能提示生態環境保護重要性，這可能對于提高高中生生態環境保護意識更具有作用.例4的問題設置就是一個例子，未來的生活垃圾處理量增加，對于我們生態環境保護具有重要作用.當然，其結果對于生態環境保護意識的提高還不是太明顯.因此，在中央、地方對生態環境保護的新要求和高度上，進一步提高高中數理化習題中生態環境保護方面的知識十分迫切.

三、結語與建議

目前，高中生學習還是更多關注考試成績與升學.在國家進一步提高生態環境保護要求的大背景下，通過高中課程的學習，尤其是高中數理化習題中滲透生態環境保護方面的知識，對于提高理科生生態環境保護意識具有重要意義.目前，這類題目的數量和比例還遠遠不夠.一些涉及生態環境保護的數理化習題，其結構的設計上，對于生態環境保護方面的提示還不足.

鑒于高中生學習特點，建議如下：

1.增加涉及生態環境保護方面的數理化習題；

2.在涉及生態環境保護方面的習題中，適當增加相關方面如污染趨勢、污染情況等方面，以及進一步修復和保護的重要性方面的描述；

3.在解題過程和結構中，突出生態環境保護的重要性，例如可以通過數據對比的方式.

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