高中化学 课题三 纯碱的生产教 案新人教版选修2

1 第一单元第一单元 走进化学工业课题三走进化学工业课题三 纯碱的生产第纯碱的生产第 1 1 课时课时 教学目标教学目标 1 理解 氨碱 的原理 2 尝试实验模拟 体验化学实验设计的过程 教学重点教学重点 1 氨碱法 原理的理解 2 模拟实验的设计和流程的改进 课时安排课时安排 2 课时 教学过程教学过程 NaCl NH3 CO2 H2O NaHCO3 NH4Cl 2NaHCO3 Na2CO CO2 H2O 氨氨碱碱法法制制纯纯碱碱原原理理 索索尔尔维维法法 CaCO3 CO2 CaO CaO H2O Ca OH 2 2NH4Cl Ca OH 2 CaCl2 2NH3 2H2O 炼炼焦焦副副产产品品 优优点点 不不足足 原原料料便便宜宜 成成品品纯纯度度高高 氯氯化化钠钠利利用用率率低低 氨氨和和部部分分二二氧氧化化碳碳可可循循环环使使用用 制制作作步步骤骤简简单单 产产生生了了当当时时认认为为无无用用的的氯氯化化钙钙 课堂小结课堂小结 氨碱法制碱法概述又称索尔维法 是比利时工业化学家索尔维 Ernest Solvay 首先发明的纯碱工 业制法 以食盐 石灰石 经煅烧生成生石灰和二氧化碳 和氨为原料 先使氨通入饱和食盐水中制成 氨盐水 再通入二氧化碳以发生碳酸化反应 析出碳酸氢钠固体和含氯化铵的母液 经过滤 洗涤后 将碳酸氢钠煅烧得到产品纯碱 滤液中含大量的氯化铵 与石灰乳混和 加热产生的氨以及煅烧碳酸氢 2 钠时产生的二氧化碳都可循环使用 此法氯化钠的利用率仅为 72 74 左右 同时有大量的氯化钙作为 废液排出 未加以利用 课外拓展课外拓展 无水碳酸钠 俗名纯碱 苏打 它是玻璃 造纸 肥皂 洗涤剂 纺织 制革等工业的重要原料 还常 用作硬水的软化剂 也用于制造钠的化合物 它的工业制法主要有氨碱法和联合制碱法两种 氨碱法 又称索尔维法 氨碱法 又称索尔维法 它是比利时工程师苏尔维 1838 1922 于 1892 年发明的纯碱制法 他以食盐 氯化钠 石灰石 经煅烧生成生石灰和二氧化碳 氨气为原料来制取纯碱 先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水 再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液 其化学反应原理是 NaCl NH3 H2O CO2 NaHCO3 NH4Cl 将经过滤 洗涤得到的 NaHCO3微小晶体 再加热煅烧制得纯碱产品 2NaHCO3 Na2CO3 H2O CO2 放出的二氧化碳气体可回收循环使用 含有氯化铵的滤液与石灰乳 Ca OH 2 混合加热 所放出的氨气可 回收循环使用 CaO H2O Ca OH 2 2NH4Cl Ca OH 2 CaCl2 2NH3 2H2O 其工业生产的简单流程如图 所示 氨碱法的优点是 原料 食盐和石灰石 便宜 产品纯碱的纯度高 副产品氨和二氧化碳都可以回 收循环使用 制造步骤简单 适合于大规模生产 但氨碱法也有许多缺点 首先是两种原料的成分里都 只利用了一半 食盐成分里的钠离子 Na 和石灰石成分里的碳酸根离子 CO32 结合成了碳酸钠 可是食盐的另一成分氯离子 Cl 和石灰石的另一成分钙离子 Ca2 却结合成了没有多大用途的氯化 钙 CaCl2 因此如何处理氯化钙成为一个很大的负担 氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只 有 72 74 其余的食盐都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃了 这是一个很大的损失 第一单元第一单元 走进化学工业走进化学工业 课题三课题三 纯碱的生产纯碱的生产 第第 2 2 课时课时 教学目标教学目标 3 理解 侯氏制碱法 的原理 4 尝试实验模拟 体验化学实验设计的过程 3 5 通过实验流程的改进 体会复杂化学体系的系统分析方法 教学重点教学重点 1 侯氏制碱法 原理的理解 2 模拟实验的设计和流程的改进 教学方法教学方法 合作探究的教学模式 课时安排课时安排 2 课时 教学过程教学过程 情景引入 天然碱和 学生讨论 寻找获 情景二 呈现 侯氏 纯碱的用途和获取途径 取纯碱的途径 制碱法 反应方程式 情景深化 学生讨论 情景转化 侯氏制碱法 的反应原理分析 设计实验模拟 侯氏制碱法 情景深化 学生讨论 情景升华 流程的改进实验方案 侯氏制碱法的流程图 介绍侯德榜生平 教学说明教学说明 侯氏制碱法 是侯德榜先生于 1942 年研究成功的制碱工艺 为世界制碱工业的发展起到了积极的 影响 这其中蕴涵了自然科学的发现和研究方法 体现了化学研究的缜密之美 是人类智慧和科学精神 的集中载体 对学生人文道德的提高与智力的发展有着重要的促进作用 本节课创设以化学史为背景的教学情境 一方面让学生追踪当年科学家发现的思路 通过模拟实验 的设计和流程的改进 体会科学研究的过程 了解复杂化学体系的系统分析方法 给学生今后创造性解 决问题提供有用的思维模型 另一方面由于化学史以不可代替的独特方式积累人类在了解世界 创造世 界过程中所表现出的人类精神和科学态度 因此通过教学情景的创设 让学生感悟这笔巨大的精神财富 必定为他们树立不断实践创新的标范和动力 课外拓展课外拓展 侯氏制碱法侯氏制碱法 碳酸钠用途非常广泛 虽然人们曾先后从盐碱地和盐湖中获得碳酸钠 但仍不能满足工业生产的需 要 1862 年 比利时人索尔维 Ernest Solvay 1838 1922 发明了以食盐 氨 二氧化碳为原料制取 碳酸钠的 索尔维制碱法 又称氨碱法 此后 英 法 德 美等国相继建立了大规模生产纯碱的 工厂 并组织了索尔维公会 对会员以外的国家实行技术封锁 4 第一次世界大战期间 欧亚交通梗塞 由于我国所需纯碱都是从英国进口的 一时间 纯碱非常缺 乏 一些以纯碱为原料的民族工业难以生存 1917 年 爱国实业家范旭东在天津塘沽创办了永利碱业公 司 决心打破洋人的垄断 生产出中国的纯碱 他聘请正在美国留学的侯德榜先生出任 总工程师 1920 年 侯德榜先生毅然回国任职 他全身心地投入制碱工艺和设备的改进上 终于摸索出了索尔维法的各项生产技术 1924 年 8 月 塘沽碱厂正式投产 1926 年 中国生产的 红三角 牌纯碱在美国费城的万国博览会上获得金质奖章 产品不但畅 销国内 而且远销日本和东南亚 针对索尔维法生产纯碱时食盐利用率低 制碱成本高 废液 废渣污染环境和难以处理等不足 侯 德榜先生经过上千次试验 在 1943 年研究成功了联合制碱法 这种方法把合成氨和纯碱两种产品联合生 产 提高了食盐利用率 缩短了生产流程 减少了对环境的污染 降低了纯碱的成本 联合制碱法很快 为世界所采用 由于侯德榜对制碱技术做出了重大贡献 所以人们把他所发明的联合 制碱法称做 侯氏制碱法 他本人也荣获 中国工程学会化工贡献最大 者奖 并被聘为英国化学工业学会名誉会员 以及英国皇家学会和美国 化学工程学会荣誉会员 侯德榜先生对英 法 德 美等国垄断技术十分愤慨 将自己多年来 研究制碱技术的心得写成 纯碱制造 一书 于 1933 年在美国出版 将保 密达 70 年之久的索尔维法公诸于世 为中外学者所钦佩 该书被誉为首创的制碱名著 为祖国争得了荣 誉 附 索尔维法 和 侯氏制碱法 十九世纪六十年代 比利时人苏尔维 发明用氨 二氧化碳和食盐饱和液共同作用 制得碳酸氢钠 5 经分滤并煅烧分解 得到高纯度的碳酸钠 这就是有名的氨碱法 又称为苏尔维法 氨碱法产出的碳酸 钠的质量 比天然碱和路布兰法产的碱都好得多 因此 人们把它叫作 纯碱 苏尔维法比过去的路布兰法有明显的优点 但是 它对原料氯化钠的利用率却比较低 仅 28 左右 氯化钠中的氯完全没有被利用 全变为废物氯化钙无法处理 占用土地 污染环境 我国著名的化学家 侯德榜 1938 年发明了 联合制碱法 较好地解决了这个问题 它是联合氨碱法与合成氨法 同时制 造纯碱和氯化氨的方法 它以食盐和二氧化碳