高中化學(xué)：新課標(biāo)人教版選修二 第1單元課題3 純堿的生產(chǎn) 教案

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課題3 純堿的生產(chǎn) 教學(xué)目標(biāo) 知識與技能： 1. 了解純堿的生產(chǎn)及發(fā)展過程。 2. 了解體驗天然堿的生產(chǎn)與化工生產(chǎn)之間的聯(lián)系及體驗技術(shù)的發(fā)展過程。 3. 了解路布蘭法，掌握氨堿法（索爾維法）及聯(lián)合制堿法（侯氏制堿法）。 過程與方法： 學(xué)會運(yùn)用觀察、實驗、查閱資料等多種手段獲取信息，并運(yùn)用比較、分類、歸納、概括等方法對知識進(jìn)行加工分析，逐步培養(yǎng)獨立思考的能力和提高自主學(xué)習(xí)化學(xué)的能力。 情感態(tài)度與價值觀： 在討論與交流中培養(yǎng)與別人合作的能力，培養(yǎng)團(tuán)隊精神，并且注意加強(qiáng)化學(xué)與生活的聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，從而提高學(xué)化學(xué)、愛化學(xué)的自覺性。 教學(xué)重點： 氨堿法的生產(chǎn)原理 教學(xué)難點： 復(fù)雜鹽溶液體系中固體物質(zhì)的析出結(jié)晶即離子反應(yīng)的實質(zhì) 教學(xué)工具： 多媒體課件 黑板 教學(xué)方法： 講授法 討論法 分析法 總結(jié)法 教學(xué)設(shè)計： 【引課】 這一節(jié)課，我們一起來討論“純堿的生產(chǎn)”的相關(guān)問題。 【板書】 課題3 純堿的生產(chǎn) 純堿的化學(xué)名稱是？（碳酸鈉） 那碳酸鈉有哪些用途呢？（圖片） 發(fā)酵粉、洗碗、制肥皂、制藥、制松花蛋、紡織、玻璃、造紙、漂染，還可以用于其他含鈉化合物的制備。 自然界中是否存在天然的碳酸鈉？（圖片） 堿湖。 我們?nèi)绾文軌颢@得這些天然的純堿呢？ （1） 一些生長在鹽堿地和海岸附近的植物中含有碳酸鈉，可以從植物的灰燼中提取。 （2） 當(dāng)冬季來臨時，堿湖中所含的碳酸鈉結(jié)晶析出，經(jīng)過簡單的加工就可以使用。 歷史上，一般經(jīng)過張家口和古北口轉(zhuǎn)運(yùn)到全國各地，因此，在我國素有“口堿”之說。 【思考與交流】 1.從天然堿的形成推測碳酸鈉在水中結(jié)晶析出主要受到哪些因素的影響？ 改變溫度、結(jié)晶水合物的組成以及溶劑水的質(zhì)量等因素，可以改變碳酸鈉在水中的溶解情況，提高結(jié)晶析出的速率和質(zhì)量（純度）。 【過渡】18世界中期工業(yè)革命以后，天然堿和從植物的灰燼中提取的堿已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，純堿工業(yè)隨之發(fā)展起來。 2.根據(jù)天然堿的存在及其主要化學(xué)成分，請你設(shè)想工業(yè)生產(chǎn)碳酸鈉的主要原料是什么？為什么？ 碳酸鈉中含有鈉離子和碳酸根離子。自然界中存在的含鈉離子的化合物很多，大量存在的、最常見的是氯化鈉；因此，氯化鈉是比較理想的生產(chǎn)原料之一。碳酸根可以有碳酸鹽直接提供，也可有由二氧化碳制取，較為理想的原料是碳酸鈣。 【過渡】世界上最早實現(xiàn)碳酸鈉的工業(yè)生產(chǎn)的路布蘭法的原料就是用的氯化鈉和碳酸鈣。我們簡單的了解一下： 【資料卡片】 世界上最早是通過路布蘭法實現(xiàn)了碳酸鈉的工業(yè)生產(chǎn)。其生產(chǎn)原理是： 1. 用硫酸將食鹽轉(zhuǎn)變成硫酸鈉 NaCl+H2SO4==NaHSO4+HCl↑ NaCl+NaHSO4==Na2SO4+ HCl↑ 2. 將硫酸鈉與木炭、石灰石一起加熱，反應(yīng)生成碳酸鈉和硫化鈣 Na2SO4+2C==Na2S+2CO2↑ Na2S+CaCO3==Na2CO3+CaS 從反應(yīng)原理上，同學(xué)們分析一下這個方法有哪些缺點？ 原料利用不充分、成本較高、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等 【過渡】正是因為如此，促使人們研究新的制堿方法，知道19世紀(jì)60年代后逐漸被氨堿法所取代。 一、 氨堿法生產(chǎn)硫酸 氨堿法是由比利時人索爾維發(fā)明的，所以，氨堿法也稱為索爾維制堿法。氨堿法的原料也是氯化鈉和碳酸鈣，不同的是它還使用了煉焦的副產(chǎn)品氨。 原料：CaCO3、NaCl 、NH3 【過渡】為了更好的理解氨堿法的原理，我們進(jìn)行這樣一個探究： 【科學(xué)探究】 1、 向AgNO3溶液中滴加KCl溶液會有什么現(xiàn)象？ 會有白色沉淀生成。 白色沉淀是什么？（氯化銀） 溶液中應(yīng)該含有哪些溶質(zhì)離子？（銀例子、鉀離子、硝酸根、氯離子） 它們能夠組成哪些溶質(zhì)?（硝酸銀、氯化鉀、硝酸鉀、氯化銀） 那析出的為什么不是其他的溶質(zhì)粒子呢？（因為氯化銀的溶解度很小） 這個反應(yīng)的離子方程式為：Ag++Cl-==AgCl↓ 【過渡】很好！現(xiàn)在我們來分析第二個問題。 2、20℃時，把碳酸氫銨、氯化鈉和水配制成一混合溶液，當(dāng)把溶液加熱蒸發(fā)后冷卻至20℃，首先析出的物質(zhì)是什么？ 是溶解度較小的那種物質(zhì)。 那么，溶液中的離子能夠形成哪些溶質(zhì)粒子呢？（碳酸氫銨、氯化鈉、碳酸氫鈉、氯化銨） 大家參照“溶解度表”，看析出的物質(zhì)是什么啊？（碳酸氫鈉） 很好！這個反應(yīng)的化學(xué)方程式該怎么寫呢？大家試著寫一下。 NH4HCO3+NaCl====NaHCO3↓+NH4Cl 離子方程式為： HCO3-+Na+====NaHCO3↓ 通過這兩個反應(yīng)，大家談一下你對物質(zhì)的溶解性和離子反應(yīng)的實質(zhì)的認(rèn)識？ 物質(zhì)溶和不溶是相對的，離子反應(yīng)的實質(zhì)就是向著離子濃度減小的方向進(jìn)行。 【過渡】根據(jù)這個反應(yīng)，我們該怎么得到純堿呢？ 2NaHCO3====Na2CO3+CO2↑+H2O↑ 那我如何利用原料制取碳酸氫鈣？（CaCO3==CaO+CO2↑） CO2+H2O+NH3=== NH4HCO3 好！現(xiàn)在我們把兩個方程式疊加得到的方程式是怎樣的？ NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl 反應(yīng)原理的方程式分布寫和寫總反應(yīng)式都可以。 【過渡】現(xiàn)在我們來分析氨堿法流程中的物料轉(zhuǎn)化。 CaCO3===CaO+CO2 CaO+H2O===Ca(OH)2 NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl 2NaHCO3====Na2CO3+CO2+H2O 2NH4Cl +Ca(OH)2==CaCl2+NH3+H2O 氨堿法的優(yōu)點： 原料便宜易得，氨和部分二氧化碳可循環(huán)利用，產(chǎn)品純度高，步驟簡單。 氨堿法的缺點： 副產(chǎn)物氯化鈣的處理問題，氯化鈉的利用率低。 【過渡】這兩個問題被我國化學(xué)家侯德榜解決了，他發(fā)明了聯(lián)合制堿法，也稱為侯氏制堿法。 二、聯(lián)合制堿法 現(xiàn)在我們先來認(rèn)識一下我們的國寶級任務(wù)。 個人簡歷： 1890年 出生 1911年 考入清華留美預(yù)備學(xué)校，后以10門功課 1000分的優(yōu)異成績被保送到美國留學(xué) 1916年 獲美國麻省理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位 1919年 獲美國哥倫比亞大學(xué)碩士學(xué)位 1921年 獲博士學(xué)位 【過渡】現(xiàn)在讓我們一起來認(rèn)識這個偉大的發(fā)明，解開它神秘的面紗？ 聯(lián)合制堿法是什么樣的呢？ 聯(lián)合制堿法的原理和氨堿法一樣，大家很失望吧？其實，氨堿法一直被西方的一些國家所控制，當(dāng)時并為公布于世。 聯(lián)合制堿法與氨堿法有自己的不同之處：氨堿法的原料來自于合成氨（二氧化碳、氨氣），同時得到的副產(chǎn)品是氯化銨，氯化銨有什么用途呢？（氮肥，焊藥，電解液）這里面氯化銨是以溶液的形式存在的，如何讓它析出呢？氯化銨析出和溶解存在溶解平衡。所以，加入氯離子或者銨根離子均可以使其析出。事實工業(yè)上也是這么做的，向里面通入氨氣或者加入食鹽顆粒，析出氯化銨后的溶液含有氨水和氯化鈉，又可以作什么呢？（返回做反應(yīng)物）這樣的話，氯化鈉的利用率怎么樣了呢？（提高了）提高到了96%。 綜合以上的分析，大家總結(jié)一下，聯(lián)合制堿法有哪些優(yōu)點呢？ 綜合利用了合成氨的原料，提高了氯化鈉的利用率，減少了環(huán)境污染。 【過渡】綜合以上內(nèi)容，大家總結(jié)一下聯(lián)合制堿法與氨堿法有哪些異同？ 相同點：原理相同 不同點：原料來源不同，副產(chǎn)物不同 思考題：在生產(chǎn)過程中，是先通入氨氣，還是先通入二氧化碳？ 提示：考慮氨氣和二氧化碳的溶解度大小。 先通入二氧化碳，溶液中存在碳酸，碳酸的量比較少；再通入氨氣，氨氣易溶于水，一水合氨的量比較多；此時產(chǎn)物應(yīng)該是碳酸銨而不是碳酸氫銨。反過來，如果我們先通入氨氣，溶液中會存在較多的一水合氨，再通入二氧化碳時，二氧化碳和一水合氨反應(yīng)，通入的二氧化碳過量就會生成碳酸氫銨，也就是說，此時二氧化碳溶解的多少不是受溶解度限制，而是受反應(yīng)控制。那么，先通入氨氣起到的作用就是為了更多的溶有二氧化碳。 【思考與交流】人類歷史上，科學(xué)技術(shù)的突破性重大發(fā)現(xiàn)和成果總是與一些偉大的名字聯(lián)系在一起，路布蘭（1791）、索爾維（1862）和侯德榜（1924）的名字都銘刻在人類制堿技術(shù)發(fā)展的歷史上，你知道嗎？路布蘭是一名醫(yī)生，索爾維是在工作中學(xué)習(xí)化學(xué)的，侯德榜是化學(xué)工程學(xué)博士。根據(jù)三個人所處的年代及學(xué)習(xí)經(jīng)歷，你對技術(shù)與科學(xué)的關(guān)系有哪些新的認(rèn)識？ 課下大家查閱資料，下節(jié)課之前我們來討論。 【總結(jié)】綜合這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你認(rèn)為你學(xué)到哪些內(nèi)容？重點是什么？難點是什么？ 【習(xí)題】 1.下列屬于侯氏制堿法的優(yōu)點的是（ D ） A.氨和二氧化碳由合成氨廠提供 B.母液可回收氯化銨 C.氯化鈉的利用率達(dá)96% D.以上全是 2.工業(yè)上常用氨堿法制碳酸鈉，但卻不能用氨堿法制碳酸鉀，這是因為在溶液中（ A） A.KHCO3溶解度較大 B.KHCO3溶解度較小 C.K2CO3溶解度較大 D.K2CO3溶解度較大 3為了檢驗純堿的質(zhì)量（可能含有少量小蘇打），取少量樣品進(jìn)行實驗，可以采用的方法是（ A） A.加熱后通入澄清石灰水，觀察現(xiàn)象 B.滴加鹽酸，觀察現(xiàn)象 C.溶于水中，滴加少量BaCl2溶液，觀察現(xiàn)象 D.溶于水中，滴加少量澄清的石灰水，觀察現(xiàn)象 5