跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)7垃圾的分類與回收利用一、項(xiàng)目背景隨著城市化進(jìn)程加快，垃圾產(chǎn)生量急劇增加，若處理不當(dāng)會(huì)對(duì)土壤、水體和大氣造成嚴(yán)重污染。垃圾分類與回收利用是實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)、減少環(huán)境污染的關(guān)鍵措施。通過(guò)分類，可將可回收物轉(zhuǎn)化為再生資源，將有害垃圾單獨(dú)處理以避免污染，將廚余垃圾等有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化為肥料或能源。本項(xiàng)目結(jié)合化學(xué)知識(shí)（如物質(zhì)轉(zhuǎn)化、化學(xué)反應(yīng)、材料特性等），引導(dǎo)學(xué)生探究垃圾分類的科學(xué)依據(jù)，設(shè)計(jì)回收利用方案，培養(yǎng)環(huán)保意識(shí)與社會(huì)責(zé)任感。二、項(xiàng)目目標(biāo)1.理解垃圾分類的標(biāo)準(zhǔn)（如可回收物、有害垃圾、廚余垃圾、其他垃圾）及其化學(xué)依據(jù)；2.掌握可回收物（如塑料、金屬、紙張）和廚余垃圾的回收利用原理（如化學(xué)轉(zhuǎn)化、生物降解）；3.設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的垃圾回收利用方案（如制作再生紙、塑料分類模型），驗(yàn)證其可行性并提出優(yōu)化建議。三、項(xiàng)目任務(wù)與問(wèn)題設(shè)計(jì)任務(wù)一：垃圾分類標(biāo)準(zhǔn)與化學(xué)依據(jù)[項(xiàng)目指引]不同類型的垃圾因化學(xué)組成和性質(zhì)差異，需采用不同的處理方式。垃圾分類的科學(xué)依據(jù)與物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。1.垃圾分類標(biāo)準(zhǔn)與化學(xué)特性(1)可回收物主要包括廢紙、塑料、金屬、玻璃等，其共同特點(diǎn)是_________（填“可化學(xué)降解”“可物理再生”或“易燃”）。例如，廢紙的主要成分是纖維素[化學(xué)式為(C6H10O5)n]，可通過(guò)_________（填“化學(xué)溶解”或“物理分離”）回收利用。(2)有害垃圾包括廢電池、廢熒光燈管、過(guò)期藥品等，其危害主要源于所含的有害化學(xué)物質(zhì)。例如，廢電池中的汞（Hg）、鎘（Cd）等重金屬，若進(jìn)入土壤會(huì)_________（填“被微生物分解”“形成穩(wěn)定化合物”或“長(zhǎng)期積累并污染環(huán)境”）。(3)廚余垃圾（如剩菜剩飯、果皮）的主要成分是有機(jī)物（如蛋白質(zhì)、碳水化合物），其化學(xué)性質(zhì)是_________（填“易氧化”“易水解”或“易被微生物分解”），可通過(guò)_________（填“焚燒”“填埋”或“堆肥”）轉(zhuǎn)化為肥料。2.垃圾分類的化學(xué)意義(1)將可回收物與其他垃圾分開(kāi)，可減少_________（填“資源浪費(fèi)”“能源消耗”或“化學(xué)反應(yīng)污染”）。例如，回收1噸廢紙可減少砍伐17棵樹(shù)木。(2)有害垃圾單獨(dú)處理可避免_________（填“重金屬污染”“有機(jī)揮發(fā)物污染”或“溫室氣體排放”）。例如，廢熒光燈管中的汞（Hg）若進(jìn)入水體，會(huì)轉(zhuǎn)化為甲基汞（CH3Hg+），該物質(zhì)易被生物吸收并通過(guò)_________（填“食物鏈”“水流”或“蒸發(fā)”）富集，最終危害人體健康。任務(wù)二：可回收物與廚余垃圾的回收利用原理[項(xiàng)目指引]可回收物和廚余垃圾的回收利用需基于其化學(xué)組成設(shè)計(jì)工藝流程。例如，塑料可通過(guò)裂解轉(zhuǎn)化為化工原料，金屬可通過(guò)熔煉提純，廚余垃圾可通過(guò)微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化為沼氣。3.可回收物的回收利用(1)廢塑料的主要成分是高分子聚合物（如聚乙烯PE、聚丙烯PP），其回收利用的常見(jiàn)方法是_________（填“焚燒發(fā)電”“裂解為單體”或“直接填埋”）。例如，聚乙烯[化學(xué)式為(C2H4)n]在高溫下可裂解為乙烯（C2H4），化學(xué)方程式為_(kāi)________。(2)廢金屬（如鐵、鋁）的回收利用需經(jīng)過(guò)熔煉去除表面雜質(zhì)，再通過(guò)電解或還原提純。例如，用一氧化碳還原氧化鐵（Fe2O3）的化學(xué)方程式為_(kāi)________。(3)廢紙的回收利用需經(jīng)過(guò)_________（填“脫墨”“漂白”或“打漿”）去除油墨和雜質(zhì)，再通過(guò)_________（填“壓制成型”或“纖維重組”）制成再生紙。4.廚余垃圾的回收利用(1)廚余垃圾的主要成分是有機(jī)物（如淀粉、蛋白質(zhì)），可通過(guò)_________（填“厭氧發(fā)酵”“好氧堆肥”或“焚燒”）轉(zhuǎn)化為沼氣（主要成分是甲烷CH4）和有機(jī)肥。例如，淀粉[化學(xué)式為(C6H10O5)n]在微生物作用下分解為葡萄糖（C6H12O6），化學(xué)方程式為_(kāi)________。(2)葡萄糖進(jìn)一步發(fā)酵生成乙醇（C2H5OH）和二氧化碳（CO2）的化學(xué)方程式為_(kāi)________，該反應(yīng)可用于生產(chǎn)生物燃料。(3)廚余垃圾堆肥過(guò)程中，微生物通過(guò)_________（填“有氧呼吸”“無(wú)氧呼吸”或“光合作用”）分解有機(jī)物，釋放的熱量可使堆肥溫度升高至_________（填“40℃”“60℃”或“80℃”），加速有機(jī)物分解并殺滅病菌。任務(wù)三：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易垃圾回收利用方案[項(xiàng)目指引]根據(jù)垃圾分類標(biāo)準(zhǔn)與回收利用原理，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的垃圾回收利用方案（如制作再生紙模型、塑料分類裝置），并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其可行性。5.方案設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)(1)設(shè)計(jì)方案（簡(jiǎn)要描述）：①選擇一種垃圾（如廢紙、塑料瓶、廚余垃圾）作為回收對(duì)象，說(shuō)明其化學(xué)組成_________；②設(shè)計(jì)回收利用的工藝流程（如“廢紙→脫墨→打漿→壓制成型”），需包含_________（填“物理處理”“化學(xué)轉(zhuǎn)化”或“生物降解”）步驟；③預(yù)期產(chǎn)物及其用途_________（如“再生紙用于書(shū)寫(xiě)”“沼氣用于燃燒發(fā)電”）。(2)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：①制作簡(jiǎn)易再生紙模型：將廢紙撕碎后浸泡于水中，加入_________（填“氫氧化鈉溶液”“肥皂水”或“清水”）攪拌成紙漿，過(guò)濾后壓制成型，觀察再生紙的性質(zhì)特征如強(qiáng)度、顏色、吸水性等；②模擬廚余垃圾堆肥：將果皮、菜葉放入透明容器中，加入_________（填“土壤”“酵母粉”或“活性炭”）促進(jìn)微生物發(fā)酵，定期測(cè)量堆肥溫度，記錄溫度變化。(3)問(wèn)題與優(yōu)化：若實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)再生紙強(qiáng)度不足，可采取的優(yōu)化措施是_________；若堆肥溫度未升高，可能的原因是_________。四、參考答案任務(wù)一：垃圾分類標(biāo)準(zhǔn)與化學(xué)依據(jù)1.(1)可物理再生；物理分離(2)長(zhǎng)期積累并污染環(huán)境(3)易被微生物分解；堆肥2.(1)資源浪費(fèi)；(2)重金屬污染；食物鏈任務(wù)二：可回收物與廚余垃圾的回收利用原理3.(1)裂解為單體；(C2H4)nnC2H4(2)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2(3)打漿；纖維重組4.(1)厭氧發(fā)酵；(C6H10O5)n+nH?OnC6H12O6(2)C6H12O62C2H5OH+2CO2↑(3)有氧呼吸；60℃任務(wù)三：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易垃圾回收利用方案5.(1)