《侯氏制碱法探究》教案

侯氏制碱法探究与学习

教学目标：理解“侯氏制碱法”的原理。通过实验流程的改进，体会复杂化学体系的系统分析方法。学情分析：“侯氏制碱法”是侯德榜先生于1942年研究成功的制碱工艺，为世界制碱工业的发展起到了积极的影响，这其中蕴涵了自然科学的发现和研究方法，体现了化学研究的缜密之美，是人类智慧和科学精神的集中载体，对学生人文道德的提高与智力的发展有着重要的促进作用。本节课创设以化学史为背景的教学情境，一方面让学生追踪当年科学家发现的思路，通过模拟实验的设计和流程的改进，体会科学研究的过程，了解复杂化学体系的系统分析方法，给学生今后创造性解决问题提供有用的思维模型。另一方面由于化学史以不可代替的独特方式积累人类在了解世界、创造世界过程中所表现出的人类精神和科学态度。因此通过教学情景的创设，让学生感悟这笔巨大的精神财富，必定为他们树立不断实践创新的标范和动力。教学重点、难点：（1）“侯氏制碱法”原理的理解。（2）模拟实验的设计和流程的改进。教学方法：合作探究的教学模式教学流程：情景引入：天然碱和学生讨论：寻找获情景二：呈现纯碱的用途和获取途径。取纯碱的途径。“侯氏制碱法”反应方程式。情景深化（学生讨论）：情景升华：介绍侯德榜本人“侯氏制碱法”的反应原理分析。及侯氏制碱法的流程图。教学过程：(引言)碳酸钠用途非常广泛，是一种重要的化工原料，虽然人们曾先后从盐碱地和盐湖中获得碳酸钠，但仍不能满足工业生产的需要。“侯氏制碱法”是侯德榜先生于1942年研究成功的制碱工艺，为世界制碱工业的发展起到了积极的影响，这其中蕴涵了自然科学的发现和研究方法，体现了化学研究的缜密之美，是人类智慧和科学精神的集中载体，对我们人文道德的提高与智力的发展有着重要的促进作用。（问）如果你是制碱公司的总监，你如何设计制备纯碱呢？首先第一个我们面临的问题是选择制碱的主要原料。（现在请同学4人一小组进行选择和讨论）（5分钟后）请若干小组代表将讨论结果如下：第一小组：NaOH、CaCO3、HCl、第二小组：NaCl、CaCO3、HCl、第三小组：NaHCO3加热分解（问）选择原料我们首先应该从哪个方面来考虑？（生答）经济角度（师）很好，那我们一起来看一看，第一组同学选择了NaOH、第二组同学选择了NaHCO3，而这两种的本身价值要比Na2CO3还高，所以选择这两种原料的话工厂可能早就被PK掉了。（思考）所以比较理想的是选用海洋之水——食盐水（问）CO2是必须要用的原料，请思考CO2在NaCl溶液中的溶解度，并且是否会反应？（小组讨论形式）（生）CO2在水溶液里的溶解度很小，（1：2体积），存在的Na2CO3太少了。（师）分析的很好，现在就产生了疑问，是啊，纯碱到底是怎么制备的，请再思考，NaCl溶液该如何改进可溶解大量的CO2，是将溶液碱性化还酸性化？（生）碱性化（师）可向溶液通入一种价格便宜，并且在水中溶解度极大的碱性气体。（生思考后）氨气。（师）很好。现在考虑在食盐水溶液中是先通CO2还是NH3？（生）NH3。（师问）为什么先通NH3后通CO2？（生答）NH3溶解度大，CO2溶解度小，生成氨水呈碱性能促进溶解CO2（师）很好，现在重新调整思路，分析和讨论画出制碱的流程图。（10分钟后）第一组：NaCl溶液（通入NH3）NH3·H2O（通入CO2）大量的（NH4）2CO3和NH4HCO3NaHCO3和Na2CO3（加热）Na2CO3第二组：NaCl溶液（通入NH3）NH3·H2O（通入CO2）大量的（NH4）2CO3Na2CO3（师）这两组同学都分析的很好，第一组同学分析的更全面些。通入CO2量的多少影响着是生成（NH4）2CO3和NH4HCO3，选择上我们只能向溶液中通入大量，使得全部生成（NH4）2CO3，但是（NH4）2CO3怎么会和NaCl反应生成Na2CO3呢？（这不符合复分解反应的任何一个条件）（给学生思考1分钟）现在我们一起来看下“侯氏制碱法”的步骤：（投影展示）NaCl配制成饱和溶液将NaCl饱和溶液中通入NH3得到NH3·H2O溶液向这个溶液中通入过量的CO2，产生很多细小的白色晶体沉淀，沉淀过滤，加热煅烧，得到纯碱。将生成纯碱后的滤液，经过结晶，可以成为化肥。（问）现在大家思考这些步骤里包括哪些化学反应？（生思考，后老师补充）方程式如下：反应一：NH3·H2O+CO2===NH4HCO3（CO2过量时产生的是一个酸式盐）反应二：NH4HCO3+NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl（NaHCO3溶解度很小，在饱和溶液里水很少，所以沉淀下来）（NH4Cl即母液可以用作化肥）反应三：2NaHCO3===Na2CO3+H2O+CO2↑（产生的CO2可以循环使用）（师）这就是绿色化工，所有原料用进来，生成的产物都可以用出去，才符合现在的这个经济社会。（投影并视频展示）（提问）能否使用稀的食盐水溶液？（答）用稀溶液NaHCO3不能沉淀下来，就不符合复分解反应条件。2、为什么要CO2过量，不过量可不可以？（答）生成（NH4）2CO3就不能和NaCl反应，不符合复分解反应条件。3、为什么NaCl和NH4HCO3反应生成NaHCO3和NH4Cl？（答）原因是：NaCl和NH4HCO3溶于水可电离出Na+、Cl—、NH4+、HCO3—，这四种离子可构成4种物质。NaCl、NH4HCO3、NaHCO3、NH4Cl，而其中NaHCO3的溶解度最小，从而它们混合时最先析出NaHCO3晶体，即氯化钠溶液和NH4HCO3溶液中的Na+和HCO3—的浓度超过了NaHCO3饱和溶液中Na+和HCO3—的浓度，就会析出NaHCO3晶体，只要能提供足够的Na+和HCO3—使之始终保持在饱和NaHCO3溶液中Na+和HCO3—浓度之上，NaHCO3晶体就会持续析出，即反应生成了NaHCO3晶体。我们在溶解度表中查得在常温下，下列物质的溶解度：物质NaClNH4HCO3NaHCO3NH4Cl溶解度36.3g27.0g11.1g41.1g4、这个反应的发生，为什么要在夹层容器中，并且容器需加冰来进行？（答）气体的溶解度随温度的降低而升高，更易使气体溶于水，而使更多的固体析出。5、请设计实验进行验证NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓反应能发生，并且析出的固体产物是NaHCO3。（小组之间可以进行讨论）学生讨论后回答：设计图如下，检查最后产物可以用焰色反应，火焰呈黄色，一定是钠盐。（给学生5分钟整理“侯氏制碱法”原理）（师）我们可以理解到进行化工生产是多么的复杂和艰辛，今天我们只是简单的讲述，但化学史上一位伟人—侯德榜先生却已通过几千次不断实验，将NaCl溶液利用率提高到98%，大大改善索尔维制碱法的弊端。（投影）当年，1775年法国科学院用10万法郎的悬赏征求可工业化的制碱方法。1788年，勒布兰提出了以氯化钠为原料的制碱法，经过4年的努力，得到了一套完整的生产流程。勒布兰制碱流程虽然在推广应用中不断地被完善，但是因为这方法主要是利用固相反应，又是高温操作，存在许多缺陷，生产不能连续，劳动强度大，煤耗量大，产品质量不高。面对这些问题，许多人有意改革它。到了1862年，比利时化学家索尔维实现了氨碱法的工业化。由于这种新方法能连续生产，产量大，质量高，省劳动力。废物容易处理，成本低廉，它很快取代了勒布兰法。

掌握索尔维制碱法的资本家为了独享此项技术成果，他们采取了严密的保密措施，使外人对此新技术一无所知。一些技术专家想探索此项技术秘密，大都以失败告终。不料这一秘密竞被一个中国人----侯德榜运用智慧摸索出来了。（师）知识只是一般的理论知识，知识的内涵和实质需要我们亲自去实践去体会去思索，这样我们对课本的知识才会有更深的理解，当你亲自动手干，并且当你终于明白知识的本质的时候，你可以自豪地说：科学并不神秘，真理实际就掌握在我们手中！（板书设计）侯氏制碱法原理：NH3·H2O+CO2===