课题3　纯碱的生产教学设计模板

选修2 第一单元

走进化学工业

课题3 纯碱的生产

第一课时

《侯德榜与纯碱的生产》

佛山市南海区石门中学

郑乐滨

一、主题内容分析

《普通高中化学课程标准（2017年版）》在对选修课程中“化学与技术”这一主题的“内容建议”中指出：要“认识化学工业在国民经济发展中的地位；认识化学科学发展对技术进步的促进作用，强化技术意识。”在中国近代工业艰难起步的背景下，制碱工业的发展过程无疑是对“化学与技术”这一主题的详尽诠释以及进行相关爱国主义教育的重要素材。

本节课通过结合侯德榜对中国制碱工业发展的重要贡献这一史实，通过侯德榜在不同阶段的探索，依次开展实验室模拟氨碱法制备NaHCO3、对氨碱法生产流程图的认识、对侯氏制碱法生产流程图以及对二者进行比较等活动。从而深化学生对氨碱法以及侯氏制碱法的理解，在此基础上，提炼化工生产的基本流程以及创新切入点；同时渗透相关化学史教育，使学生在充分感悟历史的过程中受到“家国情怀”、“社会责任”等美好品格的熏陶。在素养落实层面，通过引导学生亲历中国制碱工业的发展历程以及技术革新的过程，落实对学生“科学探究与创新意识”、“科学态度与社会责任”等核心素养的培养。

二、学生情况分析

学生在过往的学习中，知道Na2CO3、NaHCO3的相关物理化学知识以及相关反应的原理知识，同时具备一定实验探究能力，故而能较好理解氨碱法的反应原理，并初步设计实验模拟氨碱法制备NaHCO3，从而获得Na2CO3。但由于学生缺乏相关的综合实验设计能力以及对实验制备到化工生产的转变的认识，对氨碱法、侯氏制碱法以及二者间的异同点等相关细节不能很好地理解，从而对实验设计的相关细节以及对化工流程图的阅读存在困难。因此，通过创设真实历史情境，引导学生亲历“实验室模拟→投入生产→技术革新”这一逐层加深的活动过程，可帮助学生实现认识进阶，并最终建构起化工生产基本流程的认知模型，从而使学生对化工生产作为系统工程有初步了解，为学生对化工生产的后续学习打下基础。

三、教学目标与评价目标

（一）教学目标

（1）通过实验模拟氨碱法制备NaHCO3，深化学生对氨碱法反应原理的理解；

（2）通过讨论从实验室到化工生产的转变需注意的问题，完善实验流程图，深化学生对氨碱法的化工流程的认识，在此基础上建构化工流程认知模型；

（3）通过对侯氏制碱法化工流程图相关细节的讨论，深化学生对侯氏制碱法化工流程的认识；

（4）通过比较侯氏制碱法与氨碱法的异同点，深化学生对侯氏制碱法的优势的认识并进一步深化对化工流程认知模型应用的理解。

（二）评价目标

（1）通过实验模拟氨碱法制备NaHCO3，诊断并发展学生对氨碱法反应原理的理解（孤立水平、系统水平）；

（2）通过讨论从实验室到化工生产的转变需注意的问题，完善实验流程图，诊断并发展学生对氨碱法的化工流程的认识（孤立水平、系统水平）；

（3）通过对侯氏制碱法化工流程图的讨论，诊断并发展学生对侯氏制碱法化工流程的认识（孤立水平、系统水平）；

（4）通过比较侯氏制碱法与氨碱法的异同点，诊断并发展学生对侯氏制碱法的优势的认识并进一步深化对化工流程认知模型应用的理解（孤立水平、系统水平）及其对化学价值的认

识水平（学科价值视角、社会价值视角、学科与社会价值视角）。

四、教学重点和难点

（一）教学重点

（1）对氨碱法原理的认识；

（2）对实验流程图的完善的讨论以及对氨碱法存在的不足的认识；

（3）对侯氏制碱法的化工流程图相关细节及其优势的认识。

（二）教学难点

（1）对实验流程图的完善的讨论以及对氨碱法存在的不足的认识；

（2）对侯氏制碱法的化工流程图相关细节及其优势的认识。

五、教学过程设计

过程环节1：侯德榜与纯碱生产的历史

学习任务

【学习任务1】

简单梳理侯德榜与中国纯碱生产的历史关系，并引导学生从历史事件中提出化学相关的问题。

【评价任务1】

诊断并发展学生对氨碱法反应原理的认识水平（孤立水平、系统水平）。

学生活动

【活动1】

感悟史料，了解侯德榜在中国纯碱生产史上所起到的重要作用。并结合具体历史事件，提出问题。如：

（1）什么是氨碱法？

（2）氨碱法的不足之处是什么？

（3）什么是侯氏制碱法？

（4）侯氏制碱法有何优势之处？

……

教师活动

【活动1】

组织、提问、引导、评价

【设计意图】创设情境，引发学生对真实历史的关切，并使学生进入历史人物视角，亲历到纯碱生产发展的细节中，并从历史事件中提出化学相关的问题，使情境成为课堂展开的指向和依归，既下启学科活动的开展，又使学科活动的细节成为对历史事件的深化和补充。

过程环节2：氨碱法的研究与应用

学习任务

【学习任务1】

对给出的氨碱法反应原理，通过必要实验及讨论，深化对原理的认识。

【学习任务2】

画出氨碱法反应的实验流程图并展示。

学生活动

教师活动

【活动1】

【活动1】

（1）向饱和食盐水中加入1药匙组织、提问、引NH4HCO3粉末，观察现象。

导、评价

（2）交流，给出反应存在的原因。

（必要时可补充实验：向饱和食盐水中加入1药匙NH4HCO3粉末，观察现象。以排除NH4HCO3未完全溶解的情况）

【活动2】

画图，在展示的基础上交流补充：

并明确，实验过程应先通NH3再通CO2。并将反应原理简化为：

NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+ NH4Cl；

△

【学习任务3】

结合得出的反应方程式，计算若要生成106 t Na2CO3，参与反应的各物质的理论质量。并讨论由此所带来的化工生产与实验室研究的区别。

在此基础上完善实验流程图。

【学习任务4】

结合给出的氨碱法生产流程示意图，讨论化工流程图的基本构成要素，建构化工生产基本流程认知模型。

【学习任务5】

结合所得氨碱法化工生产流程图，确定该过程所涉及的化学反应，并将相关反应方程式进行加和，得到“总反应式”。并在此基础上扣住侯德榜破解氨碱法技术所带来的巨大贡献。

【学习任务6】

结合“总反应式”，通过简单计算的结果，感受氨碱法的不足之处。

【评价任务1】

诊断并发展学生对氨碱法的化工流程的认识（孤立水平、系统水平）

2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O↑

【活动3】

通过对简单计算的体验，感悟化工生产中的“放大效应”。进而从原料来源、副产品处理方式、能源需求、设备要求、成本问题以及生产过程中的具体问题等方面进行讨论，并对简单的实验流程图进行完善，初步得到氨碱法化工生产流程图。

【活动4】

结合给出的氨碱法生产流程示意图，交流，确定化工流程图的基本构成要素为：原料（原料来源、原料预处理）、核心反应、产品的分离提纯（以及由此引发的副产品的处理方式）

【活动5】

确定该过程所涉及的化学反应，并将相关反应方程式进行加和，得到“总反应式”，感受氨碱法的设计之妙：

CaCO3+2NaCl=CaCl2+Na2CO3

（该反应不可自发，但通过一系列反应，使得总过程得以实现。）

在此基础上感受侯德榜破解氨碱法技术的所带来的巨大贡献。

【活动6】

（1）结合“总反应式”，可知，若生产106 t Na2CO3，会产生111 t CaCl2，且CaCl2会随废液排去，一方面造成巨大浪费，另一方面会污染环境；

（2）结合生产流程图，可知NaCl的利用率不高。在此基础上，结合史料，了解侯氏制碱法被发明的时代背景。

【设计意图】通过对简单计算结果的感悟，使学生切身体会从“实验室研究”到“化工生产”的“放大效应”并明确，因为“放大效应”的存在，许多在实验室中忽略不计的细节问题必须重新得到重视和考虑，从而在简单实验流程图的基础上，建构起对氨碱法化工生产流程的细化认识。在此基础上，建构化工生产基本流程的认知模型。同时，对于细节的体验与感悟，能使学生更加了解侯德榜在破解氨碱法过程中的艰辛与伟大。

过程环节3：侯氏制碱法及其优势

学习任务

【学习任务1】

【活动1】

学生活动

教师活动

【活动1】

结合侯氏制碱法化工流程图及相关问题，了解侯氏制碱法的相关细节。

【学习任务2】

比较侯氏制碱法与氨碱法的异同点，明确侯氏制碱法的优点。并结合真实数据感受侯氏制碱法所取得的成就。

【学习任务3】

感受侯氏制碱法所取得的成就。

【评价任务1】

诊断并发展学生对侯氏制碱法化工流程及其优势的认识（孤立水平、系统水平）以及对化学价值的认识水平（学科价值视角、社会价值视角、学科与社会价值视角）。

阅读并讨论给出的化工流程图，从流程图组织、提问、中获取相关问题的信息。在此基础上了解引导、评价

侯氏制碱法的相关细节，并结合所写化学方程式，感受侯氏制碱法与氨碱法的联系，并了解侯氏制碱法的别称（联合制碱法）的由来。

【活动2】

阅读侯氏制碱法与氨碱法的化工流程图，从反应原理、原料来源、循环利用的物质、副产品及其处理方式等角度对二者进行比较。并明确侯氏制碱法有如下优势：

（1）食盐利用率较高；

（2）副产品NH4Cl可作化肥，符合“原子经济”的要求；

（3）相对于氨碱法中CaCl2随废液排出，堆积处理并会对环境造成破坏，侯氏制碱法更加符合“绿色化学”的要求。

（4）比氨碱法减少了石灰窑、蒸氨塔等设备，同时也节约了能源，降低生产成本。

（5）……

【活动3】

在上述讨论的基础上，结合真实生产数据，感受侯氏制碱法所取得的成就及其对纯碱总产能的巨大贡献。

【设计意图】通过对相关问题的回答，熟悉侯氏制碱法的化工流程图，同时在侯氏制碱法与氨碱法的对比之中，既加深对两种制碱工艺的理解，也让学生明确侯氏制碱法在对氨碱法传承的基础上的创新，从而体现出巨大的生产优势。并通过真实生产数据，使学生感受侯氏制碱法对于纯碱生产的重大意义。

过程环节4：小结

学习任务

【学习任务1】

回顾课堂活动，归纳化工生产基本流程的认知模型，明确创新切入点。同时让学生在交流从侯德榜身上所感悟到的品格的同时获得启发与感染。

学生活动

【活动1】

归纳化工生产基本流程认知模型，并结合侯德榜的创新过程，明确流程中的每一环节都可能成为科学创新的切入视角。最后，在畅谈从侯德榜身上感受到的美好品质的同时获得情感、态度、价值观上的升华。

教师活动

【活动1】

组织、提问、引导、评价

【设计意图】在复盘课堂活动的基础上，归纳化工生产基本流程的认知模型。并挖掘历史人物的美好品格，从而使学生获得情感、态度、价值观上的升华。使对学生“科学探究与创新意识”、“科学态度与社会责任”等核心素养的培养真正落地。