氨碱法制纯碱

“氨碱法制纯碱”教学中探究性教学的渗透在鲁教版初中化学教材中，涉及到了氨碱法制纯碱这一反应原理，这是初中化学最复杂的一个化学反应，要让学生扎实地理解并记住这一反应，难度较大。教学中，我运用了探究性教学方式，在学生原有知识的基础上不断设疑、层层引导，取得了比较不错的教学效果。依照教材，本知识点是第六单元第三节《海水“制碱”》中的一部分内容。这一节共由两部分内容组成，按照教材顺序，第一部分是氨碱法制纯碱，其中涉及到“多识一点”：侯氏制碱法；第二部分是纯碱的性质，其中涉及到“多识一点”：复分解反应的实质。在处理教材时，我将这节课分为2课时，而且在授课顺序上也做出了很大调整。第一课时完成了纯碱的性质并且总结了盐的化学性质，给出了复分解反应发生的条件。第二课时，主要讲授“氨碱法制纯碱”。其教学过程可分为四个板块：第一板块：复习旧知识，导入复分解反应的实质。首先请学生分析：下列四组溶液混合时，能否发生复分解反应，为什么？①NaOH＋HCl；②Na2CO3＋HCl；③NaCl+KNO3；④NaCl+AgNO3教师提出问题：为什么交换成分后有水、气体或沉淀生成就能发生复分解反应？为什么第三组中的两种物质之间不能发生复分解反应？能否从溶液中离子的构成这一角度思考这一问题？使学生在思考中，了解复分解反应的实质。以第一组物质为例：反应前的溶质为NaOH和HCl，其离子的构成为：Na+、OH-、H+、Cl-；而反应后按照交换成分的规律，溶液中含有NaCl和H2O，其离子的构成变为Na+和Cl-。这时学生不禁会产生疑问：溶液中的H+和OH-到哪里去了？引导学生思考这一过程：当氢氧化钠溶液与稀盐酸混合时，溶液中的氢离子与氢氧根离子结合成水分子，而钠离子和氯离子仍然存在于溶液中，形成氯化钠溶液，这一过程使溶液中离子的构成发生了变化，因此我们说氢氧化钠与盐酸反应生成了新物质——氯化钠和水。这一反应的实质就是氢离子与氢氧根离子结合成水分子，而使溶液的组成发生了变化，因此我们可以这样说，氢离子与氢氧根离子不能共存。以第三组物质为例：反应前的溶质为NaCl和KNO3，其离子的构成为：Na+、Cl-、K+、NO3-；而反应后按照交换成分的规律，溶液中含有NaNO3和KCl，其离子的构成还是Na+、Cl-、K+、NO3-。由此看来，溶液在混合前后其组成没有发生变化，因此说NaCl和KNO3不NaOHHClNa+OH-H+Cl-反应前：交换成分后的产物H2ONaClNa+Cl-H2O反应后：从微观角度来看：反应前后，溶液的组成改变能发生化学反应。我们还可以这样说：Na+、Cl-、K+、NO3-可以共存于一份水溶液中。以第四组物质为例：请学生从微观角度分析，为什么说NaCl和AgNO3能够发生化学反应？其反应的实质是什么？（钠离子与氯离子结合成AgCl沉淀，Ag+和Cl-脱离了溶液，从而使溶液的组成发生了变化）为什么偏偏是AgCl沉淀下来，而不是NaNO3？（因为AgCl的溶解度非常小，表现为不能溶于水）在这里引入氨碱法制纯碱的第一个铺垫：离子之间相互结合所形成的物质中，溶解度较小的物质有可能会从溶液中析出。通过以上举例，请学生分析出复分解反应的实质：酸、碱、盐之间发生的复分解反应，其实质是离子之间的互换反应。若离子之间互相结合，使溶液的组成发生了改变，则复分解反应就能发生，反之，反应就不会发生。也就是说，两种离子之间若能结成水、气体、或沉淀（这些物质可使溶液的组成发生改变），反应就会发生。第二板块：从“海水｀制碱＇”这一要求出发，探究氨碱法制纯碱的原料在这一板块中，首先提出问题：海水“制碱”中的“碱”是指什么物质？这是很多学生回答道“纯碱”。再提出问题：“纯碱”是什么物质？你认为海水中的什么物质可以用来制备纯碱呢？通过以上问题，复习了碳酸钠的俗名，并且了解到了这一板块所要了解的中心问题：我们要用氯化钠（NaCl）来制备碳酸钠（Na2CO3）。再请学生分析：由NaCl转变为Na2CO3，物质的元素组成发生了什么变化？在制备的过程中，还需要含什么元素的物质？通过这样的分析，学生很容易就记住了在制备纯碱的过程中需要用二氧化碳作原料。进一步分析：我们利用二氧化碳的目的是要将二氧化碳转变成碳酸根离子，这样才有可能制备出Na2CO3，如果直接将二氧化碳通入氯化钠溶液中会得到大量的碳酸根离子吗？为什么？当提出这个问题时，教师可以根据情况给出提示：二氧化碳有什么性质？他在水中的溶解性怎样？二氧化碳与水反应生成的碳酸具有怎样的性质？通过以上分析，学生已经能清楚的理解，若直接向氯化钠溶液中通入二氧化碳，这种方法并不能产生碳酸钠。其主要原因是，二氧化碳在水中的溶解度有限，因此不能在中性环境中将二氧化碳转化成大量碳酸根离子。基于前面的讨论，学生很容易就会自主地发现问题：怎样才能使二氧化碳气体转变成大量碳酸根离子呢？这时，教师要引导学生思考：你学习过二氧化碳转变成碳酸根离子的例子NaClKNO3Na+Cl-K+NO3-反应前：交换成分后的产物KClNaNO3Na+NO3--反应后：从微观角度来看：反应前后，溶液的组成不变变K+Cl-吗？能否总结一下在什么样的环境中可以使二氧化碳转变成碳酸根离子？在这里要让学生明确，我们今天所提的海水制碱的方法实际上是在碱性环境下进行的。接着，学生又会自主地产生疑问：怎样制造碱性环境呢？难道是在海水中加入氢氧化钠或氢氧化钙吗？这时，教师给学生指明方向：我们今天学习的制碱的方法是“氨碱法制纯碱”。学生也就能想到，原来这里是利用氨气来制造碱性环境。这样，虽然“氨碱法制纯碱”是学生第一次接触的一个复杂的名词，但是通过上面的铺垫，这个名词理解起来反而不是很困难。最后请学生整理思路，找到氨碱法制纯碱的原料：氯化钠、水、氨气、二氧化碳。实际操作是这样的：先向饱和食盐水中通入氨气，制成饱和氨盐水，再加压并不断通入二氧化碳。教师再次引导学生发现问题：为什么要用饱和食盐水，而不是普通的海水呢？巧妙地设置悬疑，吸引学生继续听讲，找出问题的答案。第三板块：以复分解反应的实质为基础，探究氨碱法制纯碱的产物首先提出问题：以上反应的产物是什么呢？引导学生从微观角度来分析溶液中离子的成分。根据学生的认知情况，他们能够分析出反应前溶液中存在以下离子：Na+、Cl-、NH4+、CO32-。这时教师要向学生说明：溶液中还存在着HCO3-以及非常少量的OH-（在反应中忽略不计）。然后引导学生作出猜想：这么多的离子在发生化学反应时，究竟会生成什么样的物质呢？能否联系到前面所讲的复分解反应的实质（或者说离子反应的实质）得出结论？此时教师可以给出提示：复分解反应的实质是离子之间结合，生成水、气体或沉淀。当学生有了大致的思路后，教师再给予启发：在什么情况下会有沉淀出现呢？这时就会有学生联想到前面的内容：当离子之间结合时，若结合而成的物质的溶解度远小于其他物质的溶解度，则这种物质就有可能结晶，而从溶液中析出来。此时，再请学缺什么元素？由谁提供？海水“制碱”氨碱法：氨气溶于水CO2NaClNa2CO3这里的“碱”是什么物质？利用海水中的什么物质？怎样将二氧化碳转变成碳酸根？怎样制造碱性环境？碱性环境氨碱法制纯碱的原料？NaCl、CO2、H2O、NH3Na+、Cl-、NH4+、CO32-HCO3-、OH-（极少）产物是什么？原料：NaCl、CO2、H2O、NH3溶液中有哪些离子？离子之间怎样反应？一定有水或气体或沉淀生成在什么情况下，物质会从溶液中沉淀出来？溶解度小NaHCO3沉淀出来产物究竟是什么？NaHCO3和NH4ClNa2CO3是怎样制备出来的？2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑△生分组讨论，通过查阅物质的溶解度，分析出氨碱法制纯碱的产物，得出结论。由于溶液中各种离子所构成的物质中，在常温下NaHCO3的溶解度最小，因此它会从溶液中结晶析出。在这种情况下，溶液中的CO32-会全部转化成HCO3-，其余的离子构成氯化铵。这样看来氨碱法制纯碱的产物为NaHCO3和NH4Cl。此时学生又会产生疑问：我们所要制备的不是Na2CO3吗？而此时得到的是NaHCO3啊！教师趁热打铁，给出反应原理：2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑。分析完以上原理后，再由教师点出刚才问题供学生课下思考：氨碱法制纯碱的过程中，为什么要用饱和食盐水，而不是普通的海水呢？到此为止，氨碱法制纯碱的反应原理就讲完了。再请学生自己回忆一下整个思路：①利用哪一种主要物质来制纯碱？纯碱是哪一种物质？②从元素组成角度考虑还缺少哪些元素？③由什么物质来提供这些元素？④在什么条件下可将二氧化碳转变成碳酸根离子？⑤怎样制造碱性环境？为什么叫做“氨碱法“？⑥氨碱法制纯碱的原料有哪些？⑦这些物质反应后生成了什么物质？你是怎样分析出来的？⑧生成的NaHCO3又是怎样变成纯碱的？第四板块：结合绿色化学的原理，在循环利用中感受化学之美首先请学生结合氨碱法制备纯碱的反应原理，分析出工业上制备纯碱的原料以及产品。原料：氯化钠、氨气、水、二氧化碳；产品：碳酸钠、氯化铵、水、二氧化碳。在此基础上提出问题：原料和产品中都涉及到了水和二氧化碳，这说明了什么？启发学生意识到在实际的生产过程中，二氧化碳和水可以循环利用。再请学生思考：在工业生产中，最初的原料二氧化碳怎样获得？启发学生回忆二氧化碳的工业制法，并为后面做铺垫。进一步分析：我们需要生产的是纯碱，而根据氨碱法制纯碱的反应原理，我们还可以得到副产品氯化氨。这时教师可以给学生这样的信息：氯化氨可以和熟石灰发生以下反应：2NH4Cl＋Ca(OH)2＝CaCl2＋2H2O＋2NH3↑。基于上面的信息，如果你是化工厂的老板，为了减少生产纯碱的成本，在生产中你可以怎样操作？启发学生联想到：若在副产品中加入熟石灰就可以制备出氨气，再作为生产纯碱的原料，降低了成本，并且在反应中氨气又会变成氯化氨，氯化氨又能制备出氨气。也就是说，在有熟石灰的条件下，氨气可以循环利用。△生成物CO2和H2O可循环利用原料和产品中都含有H2O和CO2，说明什么？原料：NaCl、CO2、H2O、NH3产品：Na2CO3、CO2、H2O、NH4Cl最初的生产中，怎样获取大量二氧化碳？NaCl＋CO2＋H2O＋NH3＝NaHCO3＋NH4Cl2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑△生产的原料和产品分别是什么？煅烧石灰石：CaCO3CaO＋CO2↑高温信息：氯化氨可以和熟石灰发生以下反应：2NH4Cl＋Ca(OH)2＝CaCl2＋2H2O＋2NH3↑NH3可循环利用怎样得到熟石灰？CaO+H2O＝Ca(OH)2怎样得到生石灰？此反应生成氨气，意味着什么？继续引导学生思考：上面的反应中需用到熟石灰，工业上怎样制备熟石灰呢（利用生石灰和水的反应）？怎样制备出生石灰呢（煅烧石灰石）？煅烧石灰石在氨碱法制纯碱的过程中还有什么意义？（生产出二氧化碳，作为反应原料）这时，学生已经惊奇地感受到了化学之妙，化学之美！教师还可以继续提出问题：即便这样周全的设计也是有不足之处的，请学生课后查阅资料了解侯氏制碱法，并且分析其优缺点。到此为止，本节课的教学内容已经全部结束。课后记课堂上，学生的大脑始终保持在一种兴奋的状态中，不断的思考老师提出的问题，不断的在头脑中对已解决问题产生新的想法。课后，我对本节课的知识点进行了测试，测试结果表明，在这种教学方式下，学生对于氨碱法质制纯碱的化学反应的掌握程度明显地高于传统的讲授法，取得了不错的教学效果。课后反思，在这节课中，有几个地方还需要进一步改进。第一，整体来讲，本节课的时间较紧，针对于这一点，应在课前布置针对性较强的预习作业，这样学生在课堂上的反应可以更快，节约课堂时间。并且下课之前应利用少许时间让学生自己理顺知识点，然后在完成相应的练习。第二，教学设计的第二板块中，教师直接给出了“氨碱法制纯碱”，由此说明利用氨气达到碱性环境。在这里也可以考虑让学生自主讨论：怎样达到碱性环境？为什么不用氢氧化钠和氢氧化钙？并且与后面的氨气的循环利用形成呼应，这样的效果也许更好。