课题3　纯碱的生产教学设计(第二课时)

工业制备纯碱

广州市第五中学

高勇

一、教材地位和作用

离子反应贯穿于整个高中化学知识的学习，在氧化还原离子反应的书写、金属与非金属相关化合物的反应、水的电离平衡、盐类的水解、难溶电解质的沉淀溶解平衡中都起着非常重要的作用，其作为高考化学必考项目，学生需要掌握离子反应的本质思想方能在不同的情境中顺利地解决问题。此外，常规的离子反应复习课重点在于离子反应知识点的落实，但对学生整体的思维能力素养的培养相对较弱，因此如何引导学生自主建立分析思想是本节课的重点。

二、学情分析

本节课所面对的学生为广州市第五中学高二第一层次的重点班，基础比较扎实，思维积极，有一定的自主分析能力，但存在思维刻板的弱点，因此如何激发学生自身的思考、总结能力为本节课的难点所在。

三、教学策略和方法

本课所采用的亮点教学方法为：项目教学法

项目教学法是师生在课堂上共同完成一个完整的教学项目而进行的一种教学活动，换而言之就是通过制作某一个特定的、具有一定实际应用价值的项目进行教学。[1]高中化学中使用传统的教学方法，优点在于其单位时间教学内容多，较高地提升了课堂效率，同时满足目前中小学班级学生数量多、任务繁重的要求，但缺点在于学生自主性相对较差，对学生自觉性要求较高；而项目教学法是以建构主义理论为指导，在教学中以实际项目为研究对象，教师提出具体问题后交由学生分组进行讨论，充分有效地调动起学生的自主性，并且通过问题引起学生思考与讨论，最后教师根据小组完成项目情况对学生学习情况进行评价，检验是否达到教学目的。

本课以“工业上如何制备纯碱”为目标问题，引入资料卡片供学生进行阅读，由学生小组进行自主分析与讨论，在教师引导下用化学反应原理解释工业操作，并将其整合成更普遍适用的思维方式与做题技巧。

注：[1]何镇.浅谈高中化学教学中项目教学法的应用[J].南昌教育学院学报,2011,26(09):109-110.

四、教学目标

1. 培养变化观念与平衡思想的素养

通过工业制备纯碱的过程认识化学反应有一定限度，是可以调控的。能运用化学反应原理解释离子反应发生的本质。

2. 培养证据推理与模型认知的素养

可以通过分析、推理等方法认识离子反应的本质特征以及书写特点，建立模型并运用模型解释离子反应的发生原因，揭示离子反应发生的本质和规律，同时利用该模型进一步解释侯氏制碱法的优点。

3. 培养科学精神与社会责任的素养

能通过学习索尔维制碱法和侯氏制碱法认识到化学对社会发展的重大贡献，同时通过侯德榜的实业兴国案例培养爱国主义精神。

五、教学重难点

教学重点：①学生自主讨论、分析工业制备纯碱过程中每一阶段所存在的“溶质微粒”

②书写其流程中的离子反应方程式

③通过工业制备纯碱过程总结出离子反应的本质特征

教学难点：①通过工业制备纯碱过程总结出离子反应的本质特征

1

②利用项目教学法逐步培养学生本课所要求的核心素养

六、教学流程：

教师活动

环节1

实验室制备纯碱的方法

【引入】实验室制备纯碱的方法是什么？请写出其反应方程式。

【资料卡片一】参考下列药品价格清单，思考现实工业中是否能够运用实验室的方法制备纯碱？

【过渡】那么工业上是如何制备纯碱的呢？让我们一起来看一下资料卡片二，并通过资料卡片二的相关信息思考对应问题。

尝试写出实验室中制备纯碱的反应方程式

分析价格清单，得出现实工业中不会使用实验室的方法制备纯碱，原因在于成本问题会导致此操作是一个亏本的操作。

学生活动

教学意图

通过实验室的制备方法与药品价格清单得出理论与实际的差别，与后续工业制备纯碱的方法形成对比。

环节二

工业制备纯碱的方法

【资料卡片二】工业制备纯碱的过程：先将氨气通入饱和食盐水制备得到氨盐水，再通过足量的二氧化碳进行碳酸化，过滤，洗涤可得到某中间产物1固体，后经煅烧处理得到纯碱固体，具体流程图如下（见学案）：

【资料卡片三】已知下列物质的溶解度表格及对应的溶解度曲线（其中NH4HCO3在40℃时受热易分解）

阅读资料卡片二、三，思考以下问题：

1. 分析资料卡片二中的流程图，尝试写出A、B、C阶段中存在的“溶质微粒”有哪一些？

A阶段：

B阶段：

C阶段

2. 为什么要先通NH3再通入CO2？能否将顺序调换一下？

3. 结合资料卡片，试分析中间产物1是什么物质？并写出生成中间产物1的离子反应方程式并解释为什么生成的是此产物。

由学生阅读资料卡片以自主与合作并存的方式进行思考，并得出对应的答案。提高学生自主学习能力，达到项目教学法的目的。

【分享与总结】离子反应分析思路：

环节3 工业制备纯碱的后续处理

思考：工业制备纯碱后，母液中还存在哪些离子？该怎么处理才能使资源最大化利用？请你设计实验进一步处理母液并在下面的流程图中

由学生自主分析母液中剩余的大量存在和少量存在的离子，通过大量的存在的离子结合原料循环原理尝试将NH4+转化成能够重复利用的NH3进行分析。

学生通过自主设计标注出来（需满足原料循环以及绿色化学原则）。

【假想设计1】：利用NH4+和生石灰的反应将NH4+2

同时请说明你设计的优缺点。

（可供参考但不限于以下物质：生石灰、NH3、氯化钠晶体、CO2等）

1. 母液中还剩余的离子：①大量剩转化成NH3重新循环回步骤①中；

【假想设计2】：

教师引导：通过历史我们知道我国一直以来都是农业大国，粮食的生产在很长一段时间内都是我国关注的重点，而要提高粮食的产量与氮肥的产以及教师的讲解进一步体会到不同的方法对社会发展的帮助，同时间接地增强了民族主义情感，培养了科学精神与社会责任的素养。

余：

；②少量剩余

量密切相关，能否将母液的循环利用与氮肥的制2. 请设计母液处理的循环过程并标注在下列的流程图中：

【教师讲解】假想设计1是利用生石灰与NH4+反应生成可以循环利用的NH3，进一步提高NH3的利用率，这属于早期的索尔维制碱法；而假想设计2中利用同离子效应模仿环节2中制备纯碱的过程，通过显著提高NH4+和Cl-的浓度使得NH4Cl析出从而得到更符合中国国情的制碱方法，这个方法就是著名的侯氏制碱法。

备结合起来？

模仿环节2中的原理，母液中大量存在的是NH4+和Cl-，能否使NH4+浓度增大到一定极限后析出变成NH4Cl而进行进一步的利用？

七、板书设计（待定）

工业制备纯碱

环节一：实验室制备纯碱的方法：2NaOH + CO2 = Na2CO3

1. 离子反应发生的条件：生成沉淀、气体或弱电解质

环节二：工业制备纯碱的方法

2. 生成中间产物1的总离子反应方程式：Na+ + NH3 + CO2 + H2O = NaHCO3↓+ NH4+ 3. 离子反应的本质：离子浓度的大量减少

未知体系

→

成分分析

→

限度分析

→

写出对应离子方程式

环节三：工业制备纯碱的母液处理

八、教学反思

本课教学设计重在利用“工业制备纯碱”这一个具体项目，以其为主线逐步推进离子反应的本质复习，在环节3中还需要学生模拟环节2的操作进行分析，属于间接的题目重复性训练，更有助于学生培养真实有效并符合自身思想的学习方法，在目前的高强度高难度知识学习中此思维方式越来越重要。项目教学法的重点在于需要教师深入研究并设计出符合学生层次的教案与学案，并需要将课堂的主动权更多地交还给学生，由学生自主分析与总结，而这是目前自身所存在的最大的问题，害怕将课堂交给学生，害怕不在自己的把控中，而这正反映出目前自身水平的欠缺。此外项目教学法对学案中设计的问题与评价体系要求更高，需要反复斟酌与考究，尽可能使其实施的过程中符合循序渐进，评价有效的目标，因此没有一个好的评价体系无法真实有效地展现出项目教学的优点，只会给人一种空中楼阁的感觉，可望而不可实践！

3

工业制备纯碱

环节1 实验室制备纯碱的方法

1. 请写出实验室制备纯碱的化学反应方程式：

；

2. 参考下列药品价格清单，思考现实工业中是否会采用实验室的方法制备纯碱并说明原因。

资料卡片一：

实验药品

氢氧化钠

碳酸钠

单价（元/25千克）

188 98 40 55

环节2 工业制备纯碱的方法

氯化钠

氯化铵

资料卡片二：工业制备纯碱的过程：先将氨气通入饱和食盐水制备得到氨盐水，再通过足量的二氧化碳进行碳酸化，过滤，洗涤可得到某中间产物1固体，后经煅烧处理得到纯碱固体，具体流程图如下

资料卡片三：已知下列物质的溶解度表格及对应的溶解度曲线（其中NH4HCO3在40℃时受热易分解）

（注：在标准状况下，NH3的溶解度为1：700，CO2的溶解度约为1：1）

NaCl NH4HCO3 NaHCO3 Na2CO3 NH4Cl 0℃

35.7 11.9 6.9 7 29.4 10℃

35.8 15.8 8.1 12.2 33.3 20℃

36.0 21.0 9.6 21.8 37.2 30℃

36.3 27.0 11.1 39.7 41.4 40℃

36.6 —

12.7 48.8 45.8 50℃

37.0 —

14.5 47.3 50.4 60℃

37.3 —

16.4 46.4 55.3 100℃

39.8 —

—

44.7 77.3 阅读资料卡片二、三，思考以下问题：

1. 分析资料卡片二中的流程图，尝试写出A、B、C阶段中存在的

“溶质微粒”有哪一些？

A阶段：

4

B阶段：

C阶段：

2. 为什么要先通NH3再通入CO2？能否将顺序调换一下？

3. 结合资料卡片，试分析中间产物1是什么物质？写出生成中间产物1的总离子反应方程式并解释为什么生成的是此产物。

【分享与总结】

离子反应的本质：

环节3 工业制备纯碱的母液处理

思考：工业制备纯碱后，母液中还存在哪些离子？该怎么处理才能使资源最大化利用？请你设计方案进一步处理母液并在下面的流程图中标注出来（需满足原料循环以及绿色化学原则）。

（可供参考但不限于以下物质：生石灰、NH3、氯化钠晶体、CO2等）

1. 母液中还剩余的离子：①大量剩余：

；②少量剩余

2. 如何进一步处理母液使其离子得到充分的利用？请写出你的设计方案并说明其优缺点。

3. 将2中的母液处理循环过程标注在下列的流程图中：

（提示：循环过程即指母液的进一步处理中所生成的产物可以重新回到流程中的某一步骤，达到原料循环利用）

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