初中化学（五四制九年级）‘海水制碱’专题探究教学设计

初中化学（五四制九年级）‘海水制碱’专题探究教学设计一、教学内容分析  本课位于鲁教版初中化学“海洋化学资源”单元的核心位置，其内容深度契合《义务教育化学课程标准》中“认识物质的转化在资源利用中的价值”以及“发展科学探究与创新意识”的核心要求。从知识技能图谱看，它以“粗盐提纯”（海水晒盐）为认知起点，聚焦“氨碱法制纯碱”这一核心工业原理，完整呈现了从天然资源到重要化工产品（碳酸钠）的转化路径。学生需达成的认知层级不仅包括识记主要反应（氨气、二氧化碳与饱和食盐水反应生成碳酸氢钠）和最终产品（碳酸钠），更关键的是理解其应用层面的化学原理（如反应条件选择、物质分离方法），并初步体会循环经济思想（氨的回收）。这为学生后续学习盐的化学性质、复分解反应实质奠定了坚实的物质与反应基础。从过程方法路径看，本课是培养学生“科学探究与证据推理”素养的绝佳载体。教材蕴含的学科思想方法是典型的“工程技术科学”（ETS）思维，即基于实际需求（制碱）寻找科学原理（溶解度差异、复分解反应），并设计优化技术路线（氨碱法vs.侯氏制碱法）。在课堂中，这一思想可转化为“原理推测流程分析方案评价”的系列探究活动。在素养价值渗透方面，本课知识载体背后蕴藏着深刻的育人价值。通过对“氨碱法”（索尔维法）垄断历史的回溯与“侯氏制碱法”（侯德榜法）创新突破的探究，能自然激发学生的家国情怀与科学精神，理解“技术自立”对国家发展的重要性。同时，通过对原料（海水、食盐、石灰石）、副产品（氯化铵）的综合分析，引导学生建立资源循环利用和绿色化学的初步观念，实现知识学习与价值观塑造的“润物无声”。  有效的教学必须建立在精准的学情诊断之上。从已有基础与障碍分析，九年级学生已具备溶解、结晶、复分解反应等基础知识，并对“从海水中获取资源”有初步了解。然而，将多个分离、反应、循环操作整合成一个连贯的工业流程，对他们而言存在思维跨度。主要认知障碍可能在于：一是对“为何先通氨后通二氧化碳”的反应原理理解困难，易陷入机械记忆；二是对流程图中物质流向与循环意义的理解表面化。学生的兴趣点则可能集中于侯德榜先生的生平故事与“打破垄断”的戏剧性情节。为动态把握学情，本课设计了多重过程评估设计：在导入环节，通过“纯碱从哪里来”的开放式提问进行前测；在新授环节，通过小组流程图解读与解说任务，观察学生信息提取与逻辑表达能力；在探究环节，通过“为何这样设计”的追问，诊断其原理理解深度。基于上述诊断，教学调适策略将体现差异化：对于基础薄弱的学生，提供“流程分解图”和关键反应“填空式”支架，帮助其建立基本认知框架；对于理解较快的学生，则引导其深入分析每一步操作的成本、环保意义，并鼓励对比评价不同制碱法的优劣，为其思维进阶提供挑战。二、教学目标  知识目标：学生能够系统阐述氨碱法制纯碱的主要原料、核心反应原理及关键操作步骤，并能用化学方程式清晰表示从食盐、氨、二氧化碳到碳酸氢钠、再到碳酸钠的转化过程。他们能准确辨析流程中的核心概念，如“循环利用”在氨回收中的体现，并说明碳酸氢钠先沉淀的原因与其溶解度的关系，从而建构起一个逻辑清晰的“资源产品”转化知识网络。  能力目标：学生能够通过小组合作，自主分析并解读“氨碱法”工艺流程图，提取关键信息并用科学语言进行流程解说。在对比分析“氨碱法”与“侯氏制碱法”的活动中，发展基于证据（如原料利用率、副产品价值）进行方案评价与优化的初步能力，实现从知识理解到综合应用的跨越。  情感态度与价值观目标：通过对侯德榜先生创新事迹的深入学习，学生能深刻感受到科学家胸怀祖国、勇于创新的崇高精神，并在讨论“技术垄断与自主创新”议题时，表现出认同感和初步的社会责任感。同时，在评价不同制碱工艺时，能自觉关注其资源利用效率与环保特性，初步树立绿色化学与可持续发展观念。  科学（学科）思维目标：本课重点发展“工程思维”与“系统分析”能力。学生将工艺流程视为一个系统，通过分析系统中各组分（原料、中间产物、产品、副产品）的功能与流向，理解“物质守恒”与“循环经济”在该系统中的具体体现。课堂将通过“如果改变某一步顺序，会有什么影响？”等问题链，驱动学生进行系统性思考与推理。  评价与元认知目标：在完成流程解说或方案对比任务后，学生能依据教师提供的“科学性、逻辑性、创新性”评价量规，进行小组间互评与自评。在课堂小结阶段，引导学生反思“我是如何从复杂流程中抓住主线的？”从而提炼出“抓输入输出、看循环回路”的流程图学习策略，提升其元认知水平。三、教学重点与难点  教学重点：氨碱法制纯碱的核心化学反应原理与工艺流程分析。确立此为重点，首先是基于课程标准的“大概念”要求——“物质的转化”是化学研究的核心内容之一，工业制碱是体现无机物之间定向、大规模转化的典范案例，对学生建立“化学创造新物质”的学科本质认识至关重要。其次，从学业水平考试的考点分析来看，涉及重要物质（纯碱）的工业制备原理、化学方程式的书写以及流程图的简单分析，是考查学生知识应用与信息处理能力的高频和高分值区域，体现了从知识记忆到能力立意的转变。  教学难点：理解“向饱和氨盐水中通入二氧化碳”生成碳酸氢钠沉淀的原理，以及从整体上把握工艺流程中物质循环利用的设计思想。其预设依据主要源于学情：第一点涉及溶解度、复分解反应平衡等多重知识的综合应用，抽象性强，学生容易仅记住反应事实而难以理解“为何能发生”及“为何是碳酸氢钠先析出”。第二点难点在于，初中生的思维往往倾向于线性因果，对于包含多条支路和循环回路的复杂系统，容易“只见树木，不见森林”，难以领会将副产品（如氯化铵、二氧化碳）作为原料再利用所体现的经济与环保价值。突破方向在于，将宏观现象（沉淀生成）与微观粒子反应相结合进行动画模拟，并采用“流程拼图”游戏化活动，让学生动手构建循环回路，化抽象为具象。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：制作交互式课件，包含“氨碱法”与“侯氏制碱法”动态工艺流程图、反应原理微观动画、侯德榜生平简介视频片段；准备“流程拼图”学具卡片（印有原料、设备、产物等图标和名称）。1.2实验器材与药品：饱和食盐水、浓氨水、二氧化碳发生装置（或干冰）、锥形瓶、导管，用于演示“氨盐水吸收二氧化碳”产生沉淀的微型实验。1.3学习任务单：设计分层探究任务单，包含基础流程图填空、原理分析引导问题和拓展对比评价表。2.学生准备2.1预习任务：阅读教材，初步了解纯碱的用途和“氨碱法”的大致步骤；思考“为什么制碱不直接用海水，而要用食盐？”2.2物品：携带化学课本、笔记本。3.环境布置3.1座位安排：学生按4人异质小组就坐，便于合作探究与讨论。3.2板书记划：预留左侧板书核心反应与原理，中部绘制流程图主干，右侧记录学生生成的关键问题与观点。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与问题提出：同学们，看看我们手边的这块馒头，它松软可口，这离不开一种重要的化工产品——碳酸钠，我们俗称“纯碱”。（展示馒头、玻璃、洗涤剂等图片）除了食品，它在玻璃、纺织、洗涤等众多领域都不可或缺。大家猜猜看，这么重要的纯碱，我们国家最早是怎么大规模生产出来的呢？难道是从碱矿里挖吗？不，我们的祖先很早就智慧地发现，可以从浩瀚的大海中获取它。今天，我们就化身“化工工程师”，一起来解密“海水制碱”的智慧与传奇。2.唤醒旧知与路径明晰：要“制碱”，我们首先得有原料。上节课我们学习了从海水中获取了哪种重要原料？（稍顿，等待学生回答“食盐”）。对，食盐（氯化钠）是我们的起点。那么，从氯化钠到碳酸钠，元素组成发生了变化，我们需要引入哪些新元素？通过什么化学反应实现？整个工业过程如何设计得又经济又环保？这节课，我们将沿着“原理探索→流程解密→方案创新”这条线，一步步揭开“氨碱法”的神秘面纱，并认识我们民族工业的骄傲——侯氏制碱法。第二、新授环节任务一：探秘沉淀之源——氨盐水吸收二氧化碳的原理教师活动：首先，我们不做复杂的，先来做个“神奇变浑浊”的小实验。大家看，这是我预先配好的饱和食盐水和浓氨水的混合溶液，我们称它为“氨盐水”。现在，我将向其中通入二氧化碳气体。（一边操作一边引导观察）“注意看溶液的变化……是不是出现了大量的白色沉淀？这个沉淀是什么呢？它为什么会出现？”先不急于公布答案，请大家结合预习和已有的化学知识，以小组为单位讨论两分钟：1.可能发生了怎样的化学反应？2.为什么通入二氧化碳就能产生沉淀？反应物里可是有钠离子、氯离子、铵根离子、氢氧根离子等等，它们怎么组合的？好，带着问题，开始讨论。学生活动：观察教师演示实验，记录现象（澄清溶液变浑浊，产生白色沉淀）。小组内展开激烈讨论，尝试书写可能的化学反应方程式。结合复分解反应的条件（生成沉淀、气体或水），推测沉淀可能是碳酸钙、碳酸氢钠或别的物质。争论焦点在于：溶液中有哪些离子组合可能生成沉淀？二氧化碳通入后带来什么变化？即时评价标准：1.讨论参与度：是否每个组员都发表了看法。2.推理依据：观点是否基于离子共存和复分解反应原理，而非胡乱猜测。3.合作有效性：能否倾听并整合不同意见。形成知识、思维、方法清单：★核心反应：NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl。这是整个氨碱法的心脏反应，必须理解并牢记。▲原理深度理解：沉淀是碳酸氢钠（NaHCO₃），而非碳酸钠。这是因为在低温下，碳酸氢钠的溶解度相对较小，且反应体系中铵根离子的存在促进了碳酸氢根离子的生成与析出。这体现了条件控制对化学反应产物的决定性影响。●科学探究方法：从宏观现象（沉淀生成）出发，运用离子反应和复分解反应原理进行微观推测，是化学研究的基本思路。教师提示：“大家想想，如果直接向食盐水中通二氧化碳，会不会有沉淀？为什么？这就凸显了‘氨’在这个反应里的关键作用——它让溶液呈碱性，能‘抓住’更多的二氧化碳。”任务二：解构工业骨架——氨碱法工艺流程分析教师活动：实验成功了，但在工厂里可不能这么一小瓶一小瓶地做。怎么把它变成一个连续、高效、经济的大工业生产流程呢？请大家化身“流程分析师”，以小组为单位，共同研究教材或课件上的“氨碱法工艺流程图”。（发放“流程拼图”卡片）你们的任务有三步：第一步，梳理主线：用卡片拼出从原料（食盐、氨气、二氧化碳、水）到最终产品（纯碱）的主要路径，并派代表用简练的语言描述“这一步发生了什么，得到了什么”。第二步，发现循环：找找流程图中，有哪些物质是被循环利用的？把它们圈出来，并说说这样设计的好处。第三步，提出疑问：对流程中任何不理解的地方，做好标记。给大家8分钟时间，开始协作攻关。学生活动：小组合作，仔细研读流程图。利用拼图卡片进行物理排布，理清“盐水精制→吸氨→碳化→过滤→煅烧→氨回收”等主要工序。激烈讨论氨气从哪里来（煅烧石灰石得生石灰，再得氨气）、又是如何回收的。尝试解释循环设计（如氨的回收）对降低成本、减少污染的意义。提出可能的问题，如“过滤后的母液（主要含NH₄Cl）怎么处理？”“二氧化碳具体从哪里来？”即时评价标准：1.信息提取准确性：能否正确识别流程中的输入、输出及核心设备。2.系统思维体现：能否准确找出至少一个物质循环（如氨或二氧化碳），并合理阐述其价值。3.协作与表达：小组分工是否明确，汇报时逻辑是否清晰。形成知识、思维、方法清单：★工艺流程主干：饱和食盐水→吸氨（制氨盐水）→碳化（通CO₂得NaHCO₃沉淀）→过滤（分离出NaHCO₃）→煅烧（2NaHCO₃△Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑）→纯碱。这是必须掌握的知识骨架。▲循环经济思想：煅烧产生的CO₂回收用于碳化工序；过滤母液中的NH₄Cl与石灰乳[Ca(OH)₂]反应回收氨气（2NH₄Cl+Ca(OH)₂△CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O），实现了氨的循环利用。这是本课蕴含的核心学科思想——绿色化学与资源最大化利用。●学习方法：分析复杂工业流程图，要“抓两头（原料、产品）、看主线、找循环”。教师提示：“大家看，这个流程像不像一个精巧的‘化学迷宫’？设计者的智慧就在于，让物质在迷宫里转一圈，变出宝贝（纯碱）的同时，还把关键的‘向导’（氨）请回来继续工作。”任务三：铭记民族之光——侯氏制碱法的创新突破教师活动：刚才我们分析的“氨碱法”工艺成熟，但它有一个显著的缺点，大家从流程图中发现了吗？（引导学生关注最终副产品氯化钙，用途不大且堆积成废渣）。是的，产生大量难以处理的CaCl₂。上世纪20年代，这种技术被外国公司严密垄断。这时，一位中国科学家站了出来，他就是侯德榜。他经过上千次试验，创造性地改进了流程。（播放简短视频或讲述事迹）那么，侯氏制碱法的“创新点”到底在哪里？它如何解决了氨碱法的痛点？请大家阅读拓展资料，对比两种方法的流程图，完成表格：在原料、主要反应、产品、副产品及价值等方面的异同。学生活动：聆听侯德榜的故事，感受其爱国情怀与科学精神。阅读材料，对比分析。发现侯氏制碱法的核心在于：将合成氨工业与制碱工业联合起来。直接利用合成氨厂提供的氨和二氧化碳，同时，通过向分离出NaHCO₃后的母液中加入食盐，利用低温下NH₄Cl溶解度比NaCl小的原理，使NH₄Cl析出作为氮肥，而析出NH₄Cl后的母液又富含NaCl，可返回系统循环使用。从而将无用的CaCl₂变成了有用的NH₄Cl，且提高了食盐的利用率。即时评价标准：1.对比分析能力：能否准确指出至少两项本质区别。2.价值判断：能否从资源利用、经济效益等角度评价侯氏制碱法的优越性。3.情感共鸣：在讨论中能否自然流露出对科学家创新精神的敬佩。形成知识、思维、方法清单：▲侯氏制碱法（联合制碱法）核心创新：将制碱与合成氨工业联合，使原料（氨、二氧化碳）来源更经济；通过“冷析”和“盐析”使NH₄Cl作为副产品析出，变废为宝（优质氮肥），同时避免了CaCl₂废渣，并使NaCl的利用率从约70%提升到96%以上。这是技术集成创新的典范。★学科价值升华：化学工艺的进步不仅依赖于科学原理的发现，更依赖于工程师基于国情和实际需求的创造性改进与集成。这体现了科学、技术、社会（STS）的紧密联系。教师提示：“侯德榜先生曾说，‘难道黄头发绿眼珠的人能搞出来，我们黑头发黑眼珠的人就办不到吗？’这种精神，比任何一个化学方程式都更有力量。”第三、当堂巩固训练  现在，我们来检验一下各位“工程师”和“分析师”的学习成果。请大家根据自身情况，选择完成以下分层训练。基础层（全体必做）：1.写出氨碱法中生成碳酸氢钠和煅烧碳酸氢钠制取纯碱的化学方程式。2.简述氨碱法流程中，氨气是如何实现循环利用的。综合层（鼓励完成）：结合工艺流程图，解释“向饱和氨盐水中先通入氨气再通入二氧化碳”的原因。如果顺序颠倒，可能会对生产造成什么影响？挑战层（学有余力选做）：从资源利用率、环境保护和经济效益三个角度，列表对比分析“氨碱法”与“侯氏制碱法”的优缺点，并尝试阐述侯氏制碱法对当时中国民族工业发展的意义。反馈机制：学生独立完成后，首先在小组内进行同伴互评，重点检查化学方程式的书写规范性和原理表述的准确性。教师巡视，收集共性问题和优秀解法。随后进行集中讲评，针对基础层问题快速核对，重点讲解综合层问题的分析思路（涉及溶解度与吸收效率的关系），并邀请完成挑战层的同学分享其对比分析框架，展示典型案例，深化全体学生的理解。第四、课堂小结  同学们，经过一节课的探索，我们的“海水制碱”之旅即将到站。现在，给大家3分钟时间，请以小组为单位，用关键词或简易的思维导图形式，梳理本节课的知识逻辑主线：我们从什么问题出发？经历了哪几个关键的探究环节？最终收获了哪些核心知识、方法和情感体验？（学生活动）好，请这个小组来分享一下他们的成果……（师生共同完善）大家梳理得非常清晰：我们从“纯碱何来”出发，探究了核心反应原理，解构了工业流程，认识了技术创新的典范。更重要的是，我们体会了如何像科学家一样思考问题，像工程师一样分析系统。作业布置：1.基础性作业（必做）：整理本节完整笔记，熟记氨碱法与侯氏制碱法的核心要点；完成练习册上相关的基础练习题。2.拓展性作业（选做）：查阅资料，了解纯碱（碳酸钠）和碳酸氢钠（小苏打）在性质与用途上的具体区别，并举例说明。3.探究性作业（挑战选做）：以“假如我是现代化工厂设计师”为题，撰写一份微型报告，思考：在侯氏制碱法的基础上，结合今天所学的绿色化学理念，还可以在哪些环节（如能源使用、副产品深加工、数字化控制等）进行优化设计？六、作业设计基础性作业：1.整理并背诵本节课涉及的三个核心化学方程式（氨盐水碳化反应、碳酸氢钠分解反应、回收氨的反应）。2.画出氨碱法的简易工艺流程图（方框图形式），并用箭头标注出氨和二氧化碳的循环路径。3.完成课本后的基础练习，涉及纯碱用途、制碱原理判断等。拓展性作业：1.情境应用题：某乡镇化工厂利用本地丰富的石灰石和食盐资源，计划采用氨碱法生产纯碱。请你作为技术顾问，为其设计一份简单的物料流向说明（文字或图示），并指出在生产中需要特别注意的环保问题（如废渣处理）。2.家庭小探究：观察家中厨房，找出可能含有碳酸钠或碳酸氢钠的物品（如食用碱、泡打粉等），通过查阅说明书或安全实验（如与食醋反应），验证其成分，并简要说明其作用原理。探究性/创造性作业：1.历史调研报告：以“侯德榜与‘红三角’牌的崛起”为题，查阅更多历史资料，撰写一份500字左右的小报告，讲述侯氏制碱法成功研发并打破国际垄断背后的故事，分析其对中国近代化学工业发展的影响。2.未来创想：基于你对碳循环的理解，设想一种未来可能的新型“绿色制碱”技术方案（例如，能否直接利用空气中的二氧化碳？如何实现零排放？），用图文结合的形式描绘其基本构想，并简要说明其潜在优势。七、本节知识清单及拓展1.★纯碱（碳酸钠，Na₂CO₃）的工业意义：重要的基础化工原料，广泛用于玻璃、造纸、纺织、洗涤剂和食品工业。其大规模、低成本生产是衡量一个国家化学工业水平的重要标志。教师提示：“记住，它不是从碱矿里简单挖出来的，而是‘制造’出来的。”2.★氨碱法（索尔维法）核心反应：NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl。关键在于理解这是复分解反应的应用，且产物碳酸氢钠因溶解度较小而析出。这是原理的基石。3.★氨碱法主要工艺流程：饱和食盐水→吸氨→碳化（通CO₂）→过滤（得NaHCO₃）→煅烧（得Na₂CO₃）。需理清各步骤的输入与输出，形成连贯认知。4.★氨的循环利用：煅烧碳酸氢钠产生的CO₂可回收用于碳化；过滤母液中的NH₄Cl与石灰乳[Ca(OH)₂]反应可回收NH₃。此设计极大降低了成本，是流程的精妙之处。5.▲为何先通氨后通CO₂：先通氨使溶液呈碱性（生成NH₃·H₂O），能显著增大CO₂的吸收速率和吸收量，从而提高产率。这是工业生产中优化反应条件的实例。6.★侯氏制碱法（联合制碱法）本质：将合成氨工业与制碱工业联合。直接利用合成氨厂的NH₃和CO₂（来自水煤气变换等），实现了原料的优化配置。7.▲侯氏制碱法关键创新——母液处理：向分离NaHCO₃后的母液中加入细盐粉，在低温下，利用NH₄Cl溶解度比NaCl小的特性，使NH₄Cl结晶析出作为氮肥（NH₄Cl）。析出NH₄Cl后的母液富含NaCl，可返回系统循环使用。8.★侯氏制碱法主要优点：1.提高了食盐利用率（达96%以上）；2.避免了CaCl₂废渣，生产了有价值的副产品NH₄Cl化肥；3.缩短了流程，降低了能耗。体现了绿色化学和循环经济的先进理念。9.●易错点辨析：氨碱法的主要产品是Na₂CO₃，副产品是CaCl₂（用途有限）；侯氏制碱法的主要产品是Na₂CO₃和NH₄Cl（均为有价值的产品）。注意不要混淆。10.▲科学精神与家国情怀：侯德榜先生的事迹是爱国主义教育与科学精神教育的生动教材。他打破了技术垄断，出版了《纯碱制造》一书公开技术，展现了科学家的广阔胸襟和社会责任感。教师提示：“知识可以共享，但创新的勇气和智慧永远值得尊敬。”11.●学科思维方法——系统分析：将复杂的工业流程视为一个系统，分析其物质流、能量流和信息流，关注各部分的相互联系与整体效益。这是解决复杂工程问题的基本思维方式。12.▲拓展联系——纯碱与碳酸氢钠（小苏打，NaHCO₃）：两者在组成、性质（如热稳定性、与酸反应速率）和用途上均有区别。工业上通过煅烧实现从NaHCO₃到Na₂CO₃的转化，实验室和生活中则根据其不同性质选择使用。八、教学反思  （一）目标达成度与环节有效性评估总体来看，本节课预设的知识与能力目标基本达成。核心反应与流程主线的学习任务，通过“实验观察原理推测流程解构”的进阶设计，学生参与度较高，多数能准确复述。证据体现在当堂巩固训练的基础层完成情况良好，小组流程图解说任务表现活跃。然而，在“系统分析流程循环”和“深入对比评价不同工艺”这两个高阶思维目标上，呈现出明显的能力分层。约三分之二的学生能识别出氨的循环，但仅少数学生能自发从经济成本角度解释其意义。新授环节的“任务二（流程分析）”是承上启下的关键，其有效性较高，得益于“拼图”游戏的具象化支持，但时间稍显仓促，部分小组对二氧化碳来源的追问未能充分展开。“任务三（侯氏制碱法）”因故事性强，情感目标达成显著，但知识对比的深度依赖于学生课前预习质量，下次可考虑提供更结构化的对比表格作为脚手架。  （二）学生表现深度剖析与策略得失课堂观察显示，学生差异明显。A类（基础扎实）学生不满足于流程记忆，不断提出“为什么不用别的碱代替氨？”“氯化铵析出的具体温度是多少？”等深度问题，他们是挑战层任务的主要完成者，应给予更多展示和引领机会。B类（中等多数）学生能跟上节奏，完成基础与综合任务，但在原理理解（如先通氨的原因）上需教师多次强调和同伴讨