2019-2020年高中化學(xué) 課題三 純堿的生產(chǎn)教 案新人教版選修2.doc

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2019-2020年高中化學(xué) 課題三 純堿的生產(chǎn)教 案新人教版選修2 教學(xué)目標(biāo) （1） 理解“氨堿”的原理。 （2） 嘗試實(shí)驗(yàn)?zāi)M，體驗(yàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程。 教學(xué)重點(diǎn) （1）“氨堿法”原理的理解。 （2）模擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和流程的改進(jìn)。 課時(shí)安排 2課時(shí) 教學(xué)過程 課堂小結(jié)： 氨堿法制堿法概述又稱索爾維法。是比利時(shí)工業(yè)化學(xué)家索爾維（Ernest Solvay）首先發(fā)明的純堿工業(yè)制法。以食鹽、石灰石（經(jīng)煅燒生成生石灰和二氧化碳）和氨為原料。先使氨通入飽和食鹽水中制成氨鹽水，再通入二氧化碳以發(fā)生碳酸化反應(yīng)，析出碳酸氫鈉固體和含氯化銨的母液；經(jīng)過濾、洗滌后，將碳酸氫鈉煅燒得到產(chǎn)品純堿。濾液中含大量的氯化銨，與石灰乳混和，加熱產(chǎn)生的氨以及煅燒碳酸氫鈉時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳都可循環(huán)使用。此法氯化鈉的利用率僅為72～74％左右，同時(shí)有大量的氯化鈣作為廢液排出，未加以利用。 課外拓展 無水碳酸鈉，俗名純堿、蘇打。它是玻璃、造紙、肥皂、洗滌劑、紡織、制革等工業(yè)的重要原料，還常用作硬水的軟化劑，也用于制造鈉的化合物。它的工業(yè)制法主要有氨堿法和聯(lián)合制堿法兩種。 氨堿法（又稱索爾維法） 它是比利時(shí)工程師蘇爾維（1838～1922）于1892年發(fā)明的純堿制法。他以食鹽（氯化鈉）、石灰石（經(jīng)煅燒生成生石灰和二氧化碳）、氨氣為原料來制取純堿。先使氨氣通入飽和食鹽水中而成氨鹽水，再通入二氧化碳生成溶解度較小的碳酸氫鈉沉淀和氯化銨溶液。其化學(xué)反應(yīng)原理是：NaCl＋NH3＋H2O＋CO2＝NaHCO3↓＋NH4Cl 將經(jīng)過濾、洗滌得到的NaHCO3微小晶體，再加熱煅燒制得純堿產(chǎn)品。2NaHCO3＝Na2CO3＋H2O＋CO2↑放出的二氧化碳?xì)怏w可回收循環(huán)使用。含有氯化銨的濾液與石灰乳[Ca(OH)2]混合加熱，所放出的氨氣可回收循環(huán)使用。CaO＋H2O＝Ca(OH)2，2NH4Cl＋Ca(OH)2＝CaCl2＋2NH3↑＋2H2O其工業(yè)生產(chǎn)的簡(jiǎn)單流程如圖所示。 氨堿法的優(yōu)點(diǎn)是：原料（食鹽和石灰石）便宜；產(chǎn)品純堿的純度高；副產(chǎn)品氨和二氧化碳都可以回收循環(huán)使用；制造步驟簡(jiǎn)單，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。但氨堿法也有許多缺點(diǎn)：首先是兩種原料的成分里都只利用了一半——食鹽成分里的鈉離子（Na＋）和石灰石成分里的碳酸根離子（CO32－）結(jié)合成了碳酸鈉，可是食鹽的另一成分氯離子（Cl－）和石灰石的另一成分鈣離子（Ca2＋）卻結(jié)合成了沒有多大用途的氯化鈣（CaCl2），因此如何處理氯化鈣成為一個(gè)很大的負(fù)擔(dān)。氨堿法的最大缺點(diǎn)還在于原料食鹽的利用率只有72％～74％，其余的食鹽都隨著氯化鈣溶液作為廢液被拋棄了，這是一個(gè)很大的損失。 第一單元 走進(jìn)化學(xué)工業(yè) 課題三 純堿的生產(chǎn) 第2課時(shí) 教學(xué)目標(biāo) （3） 理解“侯氏制堿法”的原理。 （4） 嘗試實(shí)驗(yàn)?zāi)M，體驗(yàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程。 （5） 通過實(shí)驗(yàn)流程的改進(jìn)，體會(huì)復(fù)雜化學(xué)體系的系統(tǒng)分析方法。 教學(xué)重點(diǎn) （1）“侯氏制堿法”原理的理解。 （2）模擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和流程的改進(jìn)。 教學(xué)方法 合作探究的教學(xué)模式 課時(shí)安排 2課時(shí) 教學(xué)過程 情景引入：天然堿和 學(xué)生討論：尋找獲 情景二：呈現(xiàn)“侯氏 純堿的用途和獲取途徑。 取純堿的途徑。 制堿法”反應(yīng)方程式。 情景深化（學(xué)生討論）： 情景轉(zhuǎn)化： “侯氏制堿法”的反應(yīng)原理分析。 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)M“侯氏制堿法”。 情景深化：學(xué)生討論 情景升華： 流程的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案。 侯氏制堿法的流程圖。 介紹侯德榜生平。 教學(xué)說明: “侯氏制堿法”是侯德榜先生于1942年研究成功的制堿工藝，為世界制堿工業(yè)的發(fā)展起到了積極的影響，這其中蘊(yùn)涵了自然科學(xué)的發(fā)現(xiàn)和研究方法，體現(xiàn)了化學(xué)研究的縝密之美，是人類智慧和科學(xué)精神的集中載體，對(duì)學(xué)生人文道德的提高與智力的發(fā)展有著重要的促進(jìn)作用。 本節(jié)課創(chuàng)設(shè)以化學(xué)史為背景的教學(xué)情境，一方面讓學(xué)生追蹤當(dāng)年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的思路，通過模擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和流程的改進(jìn)，體會(huì)科學(xué)研究的過程，了解復(fù)雜化學(xué)體系的系統(tǒng)分析方法，給學(xué)生今后創(chuàng)造性解決問題提供有用的思維模型。另一方面由于化學(xué)史以不可代替的獨(dú)特方式積累人類在了解世界、創(chuàng)造世界過程中所表現(xiàn)出的人類精神和科學(xué)態(tài)度。因此通過教學(xué)情景的創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生感悟這筆巨大的精神財(cái)富，必定為他們樹立不斷實(shí)踐創(chuàng)新的標(biāo)范和動(dòng)力。 課外拓展 侯氏制堿法 碳酸鈉用途非常廣泛。雖然人們?cè)群髲柠}堿地和鹽湖中獲得碳酸鈉，但仍不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。 　　1862年，比利時(shí)人索爾維（Ernest Solvay 1838—1922）發(fā)明了以食鹽、氨、二氧化碳為原料制取碳酸鈉的“索爾維制堿法”（又稱氨堿法）。此后，英、法、德、美等國相繼建立了大規(guī)模生產(chǎn)純堿的工廠，并組織了索爾維公會(huì)，對(duì)會(huì)員以外的國家實(shí)行技術(shù)封鎖。 　　第一次世界大戰(zhàn)期間，歐亞交通梗塞。由于我國所需純堿都是從英國進(jìn)口的，一時(shí)間，純堿非常缺乏，一些以純堿為原料的民族工業(yè)難以生存。1917年，愛國實(shí)業(yè)家范旭東在天津塘沽創(chuàng)辦了永利堿業(yè)公司,決心打破洋人的壟斷，生產(chǎn)出中國的純堿。他聘請(qǐng)正在美國留學(xué)的侯德榜先生出任總工程師。 　　1920年，侯德榜先生毅然回國任職。他全身心地投入制堿工藝和設(shè)備的改進(jìn)上，終于摸索出了索爾維法的各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)。1924年8月,塘沽堿廠正式投產(chǎn)。1926年，中國生產(chǎn)的“紅三角”牌純堿在美國費(fèi)城的萬國博覽會(huì)上獲得金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?。產(chǎn)品不但暢銷國內(nèi)，而且遠(yuǎn)銷日本和東南亞。 　　針對(duì)索爾維法生產(chǎn)純堿時(shí)食鹽利用率低，制堿成本高，廢液、廢渣污染環(huán)境和難以處理等不足，侯德榜先生經(jīng)過上千次試驗(yàn)，在1943年研究成功了聯(lián)合制堿法。這種方法把合成氨和純堿兩種產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)，提高了食鹽利用率，縮短了生產(chǎn)流程，減少了對(duì)環(huán)境的污染，降低了純堿的成本。聯(lián)合制堿法很快為世界所采用。 　　由于侯德榜對(duì)制堿技術(shù)做出了重大貢獻(xiàn)，所以人們把他所發(fā)明的聯(lián)合制堿法稱做“侯氏制堿法”。他本人也榮獲“中國工程學(xué)會(huì)化工貢獻(xiàn)最大者獎(jiǎng)”，并被聘為英國化學(xué)工業(yè)學(xué)會(huì)名譽(yù)會(huì)員，以及英國皇家學(xué)會(huì)和美國化學(xué)工程學(xué)會(huì)榮譽(yù)會(huì)員。 　　侯德榜先生對(duì)英、法、德、美等國壟斷技術(shù)十分憤慨，將自己多年來研究制堿技術(shù)的心得寫成《純堿制造》一書，于1933年在美國出版，將保密達(dá)70年之久的索爾維法公諸于世，為中外學(xué)者所欽佩。該書被譽(yù)為首創(chuàng)的制堿名著，為祖國爭(zhēng)得了榮譽(yù) 附：“索爾維法”和“侯氏制堿法” 十九世紀(jì)六十年代，比利時(shí)人蘇爾維，發(fā)明用氨、二氧化碳和食鹽飽和液共同作用，制得碳酸氫鈉。經(jīng)分濾并煅燒分解，得到高純度的碳酸鈉，這就是有名的氨堿法，又稱為蘇爾維法。氨堿法產(chǎn)出的碳酸鈉的質(zhì)量，比天然堿和路布蘭法產(chǎn)的堿都好得多，因此，人們把它叫作“純堿”。 蘇爾維法比過去的路布蘭法有明顯的優(yōu)點(diǎn)。但是，它對(duì)原料氯化鈉的利用率卻比較低（僅28%左右），氯化鈉中的氯完全沒有被利用，全變?yōu)閺U物氯化鈣無法處理，占用土地，污染環(huán)境。我國著名的化學(xué)家侯德榜，1938年發(fā)明了“聯(lián)合制堿法”，較好地解決了這個(gè)問題。它是聯(lián)合氨堿法與合成氨法，同時(shí)制造純堿和氯化氨的方法。它以食鹽和二氧化碳（合成氨工業(yè)的副產(chǎn)品）為原料，將氨與二氧化碳先后通人飽和的食鹽溶液中，生成碳酸氫鈉沉淀，經(jīng)過濾、煅燒等工序而得產(chǎn)品純堿。在濾液中，再通入氨，并加食鹽，將它所含的氯化氨析出，經(jīng)過濾、干燥，就得到氯化銨。采用這種方法，鹽的飽和溶液可循環(huán)使用。同氨堿法比較，它的優(yōu)點(diǎn)是能充分利用食鹽中的鈉和氯，避免產(chǎn)生大量的氯化鈣的廢液和廢渣，并可節(jié)省一些設(shè)備。