第3章 微项目 便携式气泡机模拟侯氏制碱法 教学设计-2025-2026学年高二上学期鲁科版选择性必修一

便携式气泡机模拟侯氏制碱法教学设计 课程基本信息 学科 化学 年级 高二 学期 秋季 课题 便携式气泡机模拟侯氏制碱法 教科书 书 名：选择性必修一 出版社：山东科学技术出版社 出版日期：2024年7月 教学目标 1. 通过对纯碱工业生产中原料、反应的选择，掌握从物质类别角度分析物质之间相互转化的方法，建立物质转化模型，发展变化观念。 2. 通过采用家用便携式气泡机改进模拟侯氏制碱法的传统实验，激发学生的学习兴趣，培养学生的科学探究能力。 3. 通过纯碱制备过程中相关化学反应产物的判断，形成证据推理意识与平衡移动思想。 4. 掌握纯碱制备的工业流程，，发展模型认知的素养 5. 通过角色扮演，再现纯碱生产技术的探究与改进创新的化学史，体会科学家的求实、创新等精神，发展科学态度与社会责任的素养。 教学内容 教学重点： 1.掌握侯氏制碱法的工艺流程，能写出关键反应的化学方程式和离子方程式。 2.学会运用化学平衡原理分析制碱工业中复杂的多平衡体系，理解平衡之间的相互影响，掌握调控平衡移动的方法。 教学难点： 1. 模拟制备纯碱的实验操作。 2.学会运用化学平衡原理分析制碱工业中复杂的多平衡体系，理解平衡之间的相互影响，掌握调控平衡移动的方法。 教学过程 1. 创设问题情景，确定项目任务。 【教师活动】展示史实资料，介绍侯氏制碱法的历史背景。 2. 揭秘制碱，打破垄断 任务一：选择原料 【教师】物质制备的首要问题是选择原料，如何确定纯碱生产所需的原料？选择原料时需要考虑哪些问题？ 【学生】可从元素的组成、物质类别的角度确定纯碱生产所需的原料，并借助“价-类”二维图进行筛选。同时，在选择原料时需要考虑原料的成本、来源问题。 【学生活动】小组讨论，汇报展示钠及其化合物的“价-类”二维图与碳及其化合物的“价-类”二维图并根据成本的高低和来源确定纯碱制备的为NaCl和CO2. 【教师提问】大家选择的原料NaCl和CO2 ,能否发生反应?若不能反应，请从二氧化碳的物质类别角度考虑，可以加入哪类物质使CO2 溶于NaCl溶液中？ 【学生活动】分析物质类别，从酸性氧化物的共性判断可加入碱与之反应，以提供CO2- 3,结合历史背景资料，确定纯碱制备的另一种原料为氨气。 任务二：实验探究 【教师】CO2和NH3加入的顺序有什么要求？ 【学生活动】根据物质类别和实现物质反应所需的条件，思考不同添加顺序对纯碱的制备有什么影响，将复杂的物质生产问题抽提为化学反应模型，从而指导化工生产。最终得出结论：先通入氨气能提高CO2在食盐水中的溶解度，提高纯碱的产率。 【学生活动】根据分析动手实验验证，记录实验现象，分析实验现象并得出实验结论。 【教师提问】如何使现象更加明显，如何改进实验？ 【学生活动】学生积极思考并相互交流 【教师讲述】便携式气泡机增大CO2在水中的溶解度，使实验现象应该会更明显。 【学生活动】学生利用便携式气泡机代替通入CO2，重新实验，记录现象、分析现象得出结论。 任务六：形成思路。 【教师】根据实验现象，分析溶液体系中存在的微粒，预测产物，尝试写出涉及的化学方程式。 【学生活动】进行小组实验，结合实验中产生沉淀的现象以及物质类别、反应条件等因素，分析溶液中存在的微粒可能有Na+ 、Cl- 、NH4+ 、HCO3-和 CO32-，查阅相关物质的溶解度（如表2），猜测该反应析出的固体是NaHCO3,根据元素守恒，另一物质为NH4Cl,写出化学方程式的同时加深对物质反应条件的理解。 表 2 相关物质的溶解度(20℃) 物质 溶解度(g/100g水) NaCl 35. 9 NH4HCO3 21. 7 NaHCO3 9. 6 Na2CO3 21. 5 NH4Cl 37. 2 【教师提问】得到的白色沉淀一定是碳酸氢钠吗？如何鉴别？ 【学生活动】小组讨论，总结出鉴别方法：①、加热分解，验证是否有二氧化碳的生成 ②、配成溶液，滴入盐酸，看气泡是否立即生成 ③、配成溶液加入氯化钡等 【教师提问】NaHCO3不是沉淀，易溶于水，为什么在该反应中会析出？如何增大晶体析出的量？ 【学生活动】小组讨论，从平衡移动的角度解释：可溶性物质的溶解是存在限度的，当相应离子浓度过大时，可溶性物质也会析出，类似于沉淀溶解平衡。通过增大c(Na＋)、c(HCO－ 3)，使平衡Na＋（aq）＋HCO－ 3 （aq) NaHCO3(s)的Q<K，平衡右移，产生沉淀。通过配制饱和食盐水增大钠离子浓度、先通氨气再通二氧化碳增大碳酸氢根的浓度、降低温度减小碳酸氢钠的溶解度进而增大碳酸氢钠析出的量。 任务三：形成工艺 【教师活动】氯化铵能直接丢弃吗？如果不能，该如何回收利用？ 【学生活动】讨论分析：与氨厂合作，继续通入氨气，增大铵根离子的浓度，加入氯化钠，提供大量的氯离子，使NH4(aq)+Cl-(aq)=NH4Cl(s);根据氯化铵溶解度，降低温度。 【教师活动】回顾探究纯碱的学习过程，我们设计的物质制备方案包括哪些环节？在实际的工业生产中，物质制备需要考虑哪些问题？ 【师生活动】学生以学习小组为单位讨论、分享观点，小组互评。教师适时点评补充，形成物质制备的基本思路。 教学反思 （1） 本节课以模拟侯德榜制探究纯碱的工业生产技术与改进为主题，开展任务式学习。在学习过程中，小组通过合作探究，完成物质制备基本思路的建立，从而深化对物质转化条件的认识，发展变化观念化学学科核心素养。学生在分析实验现象、判断反应产物的过程中，形成证据推理意识。同时通过绘制纯碱制备的工艺流程图，形成了工业流程设计的基本思路，发展了模型认知化学学科核心素养。 （2）创新点： ①利用便携气泡机改进侯氏制碱法耗时短、现象明显、成功率高。利用便携气泡水机注入二氧化碳气泡弹，采用物理增压的方式将二氧化碳注入饱和食盐水（含氨气分子）中，增大了反应物的接触面积，是反应更快更充分。加压的方式也可以让学生感受到压强对气体溶解度的影响。 ②实验装置简单，操作便捷。核心装置仅为一个便携气泡水机，装置密闭性好，耐压能力强。反应在该密闭容器中进行，不需要额外增加尾气处理等装置，便于开展教师演示实验及学生实验。 ③前期准备便捷，不需要提前制备大量氨气和二氧化碳，只需配置饱和食盐水（含氨气分子），使用时注入二氧化碳气泡弹即可。 ④成本较低，便于购置。本实验采用的便携气泡水机可重复使用，且在生活中十分常见。二氧化碳气泡弹价格便宜，与实验室用石灰石、稀盐酸制备等量二氧化碳成本相当。此外，将制备碳酸饮料的气泡水机用于改进制碱实验，有利于激发学生兴趣，让他们感受化学在生活中的价值。 备注：教学设计应至少含教学目标、教学内容、教学过程等三个部分，如有其它内容，可自行补充增加。文档字体请使用“黑色，宋体，五号”。 学科网（北京）股份有限公司 $