资源描述
纯碱制造技术的发展一、设计思路纯碱制造技术的发展是选修化学与技术模块中主题中的课题，它的教学内容编排在空气分离、氨的工业合成、氨氧化法制硝酸、海水淡化与现代水处理技术、氯碱生产之后，学生已经比较熟悉了鲁科版教材“原料（资源）生产技术产品或材料”的基本线索；初步掌握了一些化学生产技术使用的基本思路和科学方法。并且，选修2安排在化学1和选修4化学反应原理后学习，学习已经知道了碳酸钠、碳酸氢钠、氯化铵等重要物质的物理和化学性质；学生已知掌握了化学反应速率和化学平衡、电解质在水溶液中的行为等基本化学反应原理。还有，教材在介绍了纯碱的学名、俗名和用途的基础上，以时间发展和技术升级为线索，一共介绍了四种纯碱制造工艺，首先以资料在线介绍吕布兰制碱法，然后正文重点介绍索尔维制碱法和侯德榜制碱法，最后以推动纯碱制造技术发展的因素，引出一种新的制碱技术有机胺制碱（拓展视野）。如果四种技术都一一学习，必然在一个学时内无法完成任务，且学习主次不分。由于教材中大部分内容浅显易懂，适宜自学，因此就安排在课前自我预习；为了突出化学反应原理和突破化学工艺图，课前录制一个微课（结合工艺流程，重点讲解索尔维制碱法五个阶段和侯氏制碱法中的化学反应原理），供学生在课前自主学习；为了使课堂具有生动性和更多的创生性，课前印发马宏佳教授的一篇学术论文用氯化钙或氯化钡鉴别碳酸钠与碳酸氢钠溶液的再认识，既引导学生用科学研究的态度对待学习，并寻找到碳酸钠与碳酸氢钠溶液鉴别的新方法和对应实验现象，更以此激发学生学习兴趣（与传统的碳酸钠和碳酸氢钠鉴别方法不同）；课堂中安排分组实验、实验探究、活动探究等活动升华学生的重要化学观念（元素观、分类观、实验观、微粒观、变化观和化学价值观）；课前、课中通过四次数据集体出现，注重提高学生的定量思维品质（溶解平衡、原料利用率、产品纯度、产品价格优势、环境成本生产流程废物处理）。整个教学设计意在真正帮助学生提高化学学科的核心素养，并激发民族自豪感，促进实践态度和创新精神。二、学情分析根据学习时间安排，纯碱制造技术的发展在高二下学期学习，因此可从知识与技能、化学观念、定量思维三个角度分析学情。首先讨论知识与技能。高一上学期学习的化学1的元素化合物知识，由于时间间隔较长，相当多的内容在学生记忆中已经变得模糊，需要适当地强化复习。因此，在微课中进行重点讲解；高二上学期学习的化学选修4（化学反应原理），由于时间间隔很短，大多数知识熟悉度高，只要适度提及即可。因此，在微课中一带而过，主要留在课堂处理；刚刚学习的选修2（化学与技术）内容，特别是原料利用率、产品纯度、产品价格优势、环境成本生产流程废物处理，微课中只有一句话提醒，计划运用到课堂中作学习对象进行活动探究。其次讨论化学观念，元素观、分类观、实验观、微粒观、变化观和化学价值观是重要的化学观念。从初中开始，有些同学就有一定程度地构建；从高中开始，每节课，我在课堂上都有或多多少的实例。总体来说，学生化学观念水平较高。最后讨论定量思维，它一直是学生学习的难点。课前从定量研究论文入手，课中做分组实验验证，并做活动探究的定量例析，做典型例题的定量运用。三、学习目标1知识与技能：通过课前阅读教材、听微课、学研究论文和课堂上的探究实验、探究活动和习题检测，掌握碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别方法；提高实验操作能力；理解纯碱制造技术之索尔维制碱法和侯德榜制碱法中的化学反应原理（离子反应、化学反应速率和平衡等）；加深用定量思维理解化学技术的基本思想方法。2过程与方法：通过课前的教材相关内容、微课、论文学习，强化自主学习的习惯；通过课前的微课、研究论文的学习和课堂上的分组实验、实验探究、探究活动和习题检测，进一步升华实验观、元素观、分类观、微粒观、变化观的构建；通过课前的论文学习和课中的探究活动，确实提高定量理解化学技术的基本思路方法；通过课堂上的分组探究实验、探究活动和习题检测，培养搜集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。3情感、态度与价值观：通过课前阅读研究论文，培养科学研究的态度和的方法；通过介绍、比较索尔维制碱法和侯德榜制碱法，体会和学习侯德榜先生的爱国主义情怀、严谨求实的科学态度和勇于创新的科学精神；提升化学价值观，关注化学与生产、化学与环境、化学与生活的意识；提高定量认识化学技术的思维习惯和方法。四、学习重、难点学习重点：1.纯碱制造技术之索尔维制碱法和侯德榜制碱法中的化学反应原理（离子反应、化学反应速率和化学平衡等）；2. 进一步升华元素观、分类观、实验观、微粒观、变化观、价值观的构建；3.加深用定量思维理解化学技术的基本思想方法。学习难点：加深用定量思维理解化学技术的基本思想方法。五、学与教的方法 1学的方法：阅读教材、自学微课、自学论文、观察思考、分组实验、 实验探究、活动探究、讨论交流、习题巩固、归纳演绎。 2教的方法：翻转课堂、情境创设、讲解讲演、归纳演绎、典例教学。六、学与教的准备1学习用品： （1）实验用品（六组）：0.5mol/L碳酸钠溶液6瓶、0.5mol/L碳酸氢钠溶液6瓶、0.5mol/L氯化钙溶液6瓶、饱和食盐水6瓶、浓氨水6瓶、盐酸6瓶、大理石块若干；中试管36支、150mL烧杯26个、具支试管16个、橡胶管16段、橡皮塞16个、玻璃管16个；（教师备用）温度计1支和暖水瓶一个。 （2）纸质媒体：教材、研究论文、课堂检测习题案（3）视频媒体：微课（视频）2教的用品 （1）纸质媒体：教材、教学设计。（2）电子媒体：PPT（图片、视频）。七、学习流程学生结合马宏佳论文进行二者实验鉴别师、生总结实验方法、定量思维学生思考马宏佳教授研究方法如何实现工业制取学生实验探究已知原料制取碳酸氢钠师生互动分析索尔维制碱法缺点师生互动分析索尔维制碱法工艺流程师生互动分析侯德榜制碱法优点师生互动分析侯德榜制碱法工艺流程学生活动探究1.原料利用率2.产品纯度3.产品价格优势4.环境成本.兴起的有机创设实验情境碳酸钠与碳酸氢钠鉴别学生观看视频体会侯德榜精神、态度学生课堂检测体会知识学以致用教师讲演技术都有时代创新性八、学与教的过程教师活动学生活动设计意图【课前】布置预习。1.阅读教材P34-38。2.观看微课。3.阅读论文。1.激发学习兴趣、探究欲望；培养研究方法。2.（反复）突破难点。3.温故知新、提供支持。【预习检测、导课】通过课前预习,大家知道碳酸钠有重要的社会价值。由于其水溶液显 碱 性,而且它一般通过碳酸氢钠加热分解制取，其纯度很高,因此俗名 纯碱 。碳酸钠还有俗名叫 苏打 ,碳酸氢钠俗名叫 小苏打 , 那么如何鉴别碳酸钠和碳酸氢钠呢?请大家结合提供的试剂（碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氯化钙溶液）和课前阅读的论文进行分组实验验证。1.结合PPT，加深对碳酸钠用途的了解，知道其社会价值。2.强化碳酸钠溶液显 碱 性。3.了解碳酸钠俗名纯碱的由来。4.联想思考：碳酸钠俗名苏打，碳酸氢钠俗名小苏打，如何鉴别？1.检验预习效果。2.温故知新，实现导课。3.联想思考，实现过渡。【巡视、辅导】1.播放实验注意事项。2.实验导师：巡视辅导，解答疑难。3.实验助手：提供70热水。1.分组实验验证。2.记录实验现象。1.检验预习效果。2.复习操作、温故知新。3.提供研究方法。【过渡】从碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别实验，你还学到了什么？（研究方法。它具体表现为实验方法、定量方法。）我们今天就用这两种方法重点比较学习索尔维制碱法和侯德榜制碱法。1.聆听、思考：研究方法。它具体表现为实验方法、定量方法。2.明确学习任务。1.联想思考，实现过渡。2.明确主要学习任务。3.明确重要学习方法。【提出任务、学生首席】首先我们用实验方法，探究碳酸氢钠的生成。根据提供试剂（饱和食盐水、氨水、盐酸、大理石块），先设计方案，再讨论确定方案，然后实施实验。1.听汇报，帮助确定实验方案。2.实验导师：巡视辅导，解答疑难。1.个人设计实验方案。2.小组确定实验方案。3.小组汇报实验方案。4.班级确定实验方案。5.动手实验。1.温故知新，提升化学观念，要生成碳酸氢钠，则（1）元素观，必须有钠、碳、氢、氧等四元素；（2）微粒观，必须有Na+和HCO3-；（3）实验观：现象为产生白色沉淀，提高实验设计、操作能力；（4）变化观，离子反应；（5）分类观，碳酸氢钠是酸式盐。【过渡】 2014年世界纯碱的消费量为5500万吨，而中国内地纯碱消费量为2514.68万吨（见纯碱市场分析），那么怎么从实验室制取转化为工业生产呢？首先看索尔维制碱法。1.聆听、思考：研究方法。2.明确学习任务。1.激发兴趣。2.联想思考巧过渡。3.明确主要学习任务。【讲解、检测】 结合教材P36的图2-3-4索尔维制碱法工艺流程和P35的五个阶段：1.盐水的精制：利用什么反应原理（离子反应）？有哪些离子反应？体现了什么化学观念？其中为什么用纯碱而不用碳酸钾呢？（可以用微粒观、元素观理解，Na+必须，K+则为杂质），用熟石灰有什么危害，此处留个悬念后面解答。2.盐水氨化：利用什么化学反应原理（化学平衡中的溶解平衡）。 3.氨盐水碳酸化：离子方程式怎么写？（Na+NH3CO2H2ONaHCO3NH4+）体现了什么化学观念？（微粒观、变化观、实验观、分类观、元素观。）利用什么化学反应原理？（化学平衡中的溶解平衡。）4.过滤出碳酸氢钠，煅烧得到纯碱；二氧化碳需要循环利用。5.氯化铵加石灰乳反应，回收氨循环利用。体现了什么思想。1.离子反应： Mg2+2OH-Mg(OH)2 Ca2+CO32-CaCO3 微粒观、变化观、 实验观、分类观和元素观：2.盐水氨化：化学平衡中的溶解平衡。3.氨盐水碳酸化：离子方程式为Na+NH3CO2H2ONaHCO3NH4+，体现了微粒观、变化观、实验观、分类观、元素观；化学平衡中的溶解平衡。4.体现了元素守恒的绿色化学思想。1.检测预习效果。2. 温故知新，强化基础知识，明晰化学反应原理（离子反应、化学反应速率、化学平衡等）。3. 着力提升化学观念（微粒观、变化观、实验观、元素观和分类观）。4. 提升绿色化学思想。【讲演、过渡】 （划书P36）索尔维法具有原料易得、生产过程连续且规模大、产品质量高、成本低等优点，但也存在着不足，主要是盐的利用率最高只有75%，每生产一吨纯碱要排放9-10m3的氯化钙渣液，数量大，难以处理。氯化钙杂质渣液是如何产生的呢？就是前面留下的悬念，引入氢氧化钙即引入钙离子杂质。如何改进呢？1.倾听，提高索尔维制碱法的优缺点认识，标记教材内容。2.理解，提升化学观念（元素观、微粒观）。3.（第三次）定量认识化学技术。1.提高索尔维制碱法的优缺点认识。2.学会读教材。3.提升化学观念（元素观、微粒观）。4.（第三次）定量认识化学技术。【讲解、讲演】 我国科学家侯德榜先生1943年解决了这个问题，他采用了联合制碱法。我们一起研究P37的图2-3-7工艺流程：将食盐水经氨化、碳酸化反应生成碳酸氢钠。碳酸氢钠经过滤、煅烧制得纯碱，所得滤液（称为母液）用于制氯化铵。制氯化铵的过程是使母液吸氨、降温并加食盐粉，使氯化铵逐步从母液中结晶析出，再经过滤、干燥制得氯化铵产品（此处利用了同离子效应，低温氯化铵溶解度突然降低，而食盐溶解度变化不大，故只有氯化铵析出）。过滤后所得母液（称为母液）再经氨化、碳酸化制纯碱，形成纯碱与氯化铵生产的循环，故称（侯氏）联合制碱法。1.倾听，结合工艺流程图理解。2.注意氨气的循环利用。3.一位同学朗读教材P37最后一自然段相关内容；其他同学标记相应内容。1.学会读教材。2.学会理解工艺流程图。3.知道化学技术中某些物质的循环利用。【过渡】 那么，侯德榜是何许人呢？1.观看视频；体会侯德榜的爱国主义情怀、严谨求实的科学态度和勇于创新的科学精神。实现情感、态度、价值观升华。【过渡、指导】 请定量比较索尔维法和侯德榜法。1.活动探究，填表回答。2.升华定量认识。进一步体会从定量的视角评价化学工艺。【过渡、结语】 实际上，有些一时的缺陷，也可能在未来又是闪光点，要用辩证的观点看待问题。比如，索尔维法被诟病的渣液氯化钙却成为像98年大冰冻时极佳的融雪（冰）剂。另外，科学和技术在发展，上世纪50年代兴起的有机胺制碱法等新工艺，还有也许在座诸位的新发明，都会像侯德榜大师一样，引领一个新时代！1.倾听。2.辩证看问题。3.激发科学发明的冲动，立志献身科学，突出创新精神。1.辩证看问题。2.激发科学发明的冲动，立志献身科学，突出创新精神。九、板书设计：纯碱制造技术的发展反应原理 离子反应、化学反应速率、化学平衡（溶解平衡）化学观念 元素观、分类观、实验观、微粒观、变化观、价值观定量思维 原料利用率、产品纯度、产品价格优势、环境成本十、学与教的反思（一）学的反思：学习的成功之处：1课前自主学习微课，可以实现工艺流程及其化学反应原理的反复学习，并达到了进一步提升化学观念的目的；2课堂通过实验探究、活动探究，进一步巩固探究的方法和程序；3课堂实验现象明显，达到了直观和启发思维的作用；4通过内容学习和习题检测，学会了碳酸钠与碳酸氢钠的鉴别方法；学会了工艺流程试题的一般处理方法；5课堂习题检测进行了适当的等级处理，增设了4个有一定难度的选做题（设计了温馨提示），使那些接受能力较强的学生，可以充分课堂富余时间，从而使这部分学生的课堂效率最大化；6具有创生性，（1）有多组同学，能够在制取二氧化碳气体时，为加快二氧化碳气体产生速度，把制取二氧化碳的具支试管主动放入到第一次分组实验观察实验现象的热水中，大大加快了碳酸氢钠颗粒出现的速度，（2）自我总结出元素守恒的绿色化学思想。学习的不足之处：1由于90%以上的学生是留守生，他们的知识面和可阅读、可参考的资源有限，定量理解化学技术主要局限于教材所讲的范围内，因此还比较狭隘、浅显；2欠缺良好的时间管理观念和科学的学习策略，课前自主学习占用较多时间。（二）教的反思教学的成功之处：1展示了翻转课堂的高效性：有了课前学习，课堂时间主要用于实验操作、实验探究、活动探究、思想交流、知识巩固和观念提升，大大提高了教学的时效性。 同时，整节课有预设，更有生成，使学生的学习活动变得主动、个性而富有魅力；2比较充分发挥学生的学习自主性：课前的微课学习、论文学习，课堂上的实验验证、实验探究、活动探究、课堂检测、问题的提出和解决等等，都较好地实现了预测； 3充分利用教材资源功能，把教材中重要内容与学生一起标记，使学生更亲近教材。整节课中，都充分体现学生主体、教师主导的双主体教学特色：把学生的主体地位和教师的主导作用结合起来，课堂上注重对话交流、合作探究，最大程度地激发了学生的学习兴趣和对问题解决的渴求，尤其是由实验验证和实验现象引发的方法思考，从而找到学习的两条本学时学习的两条线索（实验和定量），教与学的效果都较好。教学的不足之处：由于翻转课堂还是比较新颖的教与学方式，课堂上还有少部分学生不能完全适应，这导致他们交流不够，课堂反馈做得还不太完美，个别问题没有及时解决，使本学时的高效打了一些折扣。8
展开阅读全文