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2019-2020年高中化學 課題三 純堿的生產(chǎn)教 案新人教版選修2 教學目標 （1） 理解“氨堿”的原理。 （2） 嘗試實驗模擬，體驗化學實驗設計的過程。 教學重點 （1）“氨堿法”原理的理解。 （2）模擬實驗的設計和流程的改進。 課時安排 2課時 教學過程 課堂小結： 氨堿法制堿法概述又稱索爾維法。是比利時工業(yè)化學家索爾維（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，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。其化學反應原理是：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↑放出的二氧化碳氣體可回收循環(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)的簡單流程如圖所示。 氨堿法的優(yōu)點是：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；制造步驟簡單，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。但氨堿法也有許多缺點：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很大的負擔。氨堿法的最大缺點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，這是一個很大的損失。 第一單元 走進化學工業(yè) 課題三 純堿的生產(chǎn) 第2課時 教學目標 （3） 理解“侯氏制堿法”的原理。 （4） 嘗試實驗模擬，體驗化學實驗設計的過程。 （5） 通過實驗流程的改進，體會復雜化學體系的系統(tǒng)分析方法。 教學重點 （1）“侯氏制堿法”原理的理解。 （2）模擬實驗的設計和流程的改進。 教學方法 合作探究的教學模式 課時安排 2課時 教學過程 情景引入：天然堿和 學生討論：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”反應方程式。 情景深化（學生討論）： 情景轉(zhuǎn)化： “侯氏制堿法”的反應原理分析。 設計實驗模擬“侯氏制堿法”。 情景深化：學生討論 情景升華： 流程的改進實驗方案。 侯氏制堿法的流程圖。 介紹侯德榜生平。 教學說明: “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，這其中蘊涵了自然科學的發(fā)現(xiàn)和研究方法，體現(xiàn)了化學研究的縝密之美，是人類智慧和科學精神的集中載體，對學生人文道德的提高與智力的發(fā)展有著重要的促進作用。 本節(jié)課創(chuàng)設以化學史為背景的教學情境，一方面讓學生追蹤當年科學家發(fā)現(xiàn)的思路，通過模擬實驗的設計和流程的改進，體會科學研究的過程，了解復雜化學體系的系統(tǒng)分析方法，給學生今后創(chuàng)造性解決問題提供有用的思維模型。另一方面由于化學史以不可代替的獨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態(tài)度。因此通過教學情景的創(chuàng)設，讓學生感悟這筆巨大的精神財富，必定為他們樹立不斷實踐創(chuàng)新的標范和動力。 課外拓展 侯氏制堿法 碳酸鈉用途非常廣泛。雖然人們曾先后從鹽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，對會員以外的國家實行技術封鎖。 　　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口的，一時間，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。他聘請正在美國留學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備的改進上，終于摸索出了索爾維法的各項生產(chǎn)技術。1924年8月,塘沽堿廠正式投產(chǎn)。1926年，中國生產(chǎn)的“紅三角”牌純堿在美國費城的萬國博覽會上獲得金質(zhì)獎章。產(chǎn)品不但暢銷國內(nèi)，而且遠銷日本和東南亞。 　　針對索爾維法生產(chǎn)純堿時食鹽利用率低，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，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。 　　由于侯德榜對制堿技術做出了重大貢獻，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“中國工程學會化工貢獻最大者獎”，并被聘為英國化學工業(yè)學會名譽會員，以及英國皇家學會和美國化學工程學會榮譽會員。 　　侯德榜先生對英、法、德、美等國壟斷技術十分憤慨，將自己多年來研究制堿技術的心得寫成《純堿制造》一書，于1933年在美國出版，將保密達70年之久的索爾維法公諸于世，為中外學者所欽佩。該書被譽為首創(chuàng)的制堿名著，為祖國爭得了榮譽 附：“索爾維法”和“侯氏制堿法” 十九世紀六十年代，比利時人蘇爾維，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。但是，它對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。我國著名的化學家侯德榜，1938年發(fā)明了“聯(lián)合制堿法”，較好地解決了這個問題。它是聯(lián)合氨堿法與合成氨法，同時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)省一些設備。