初中化学九年级《海水制碱：氨碱法的原理与工业》教学设计

初中化学九年级《海水制碱：氨碱法的原理与工业》教学设计一、教学内容分析  本课内容隶属于《义务教育化学课程标准（2022年版）》“物质的性质与应用”及“化学与社会·跨学科实践”主题。从知识图谱看，它处于“盐”和“化学与可持续发展”的交汇点，是继“海水晒盐”后对海洋化学资源的深度开发，亦为后续学习“盐的化学性质”及“化工流程”分析奠定了关键的工业实例基础。核心知识层级鲜明：需在识记主要反应原理（侯氏制碱法与氨碱法的核心化学反应式）基础上，达成理解级目标，即能分析氨碱法工艺流程中物质转化与循环的原理；并最终指向应用级目标，即能初步从绿色化学、原子经济性等角度评价与对比不同工艺的优劣。课标蕴含的“科学探究与创新意识”、“科学态度与社会责任”等素养在本课有绝佳落点，通过剖析从路布兰法到侯氏制碱法的历史演进，学生将体验科学技术的迭代源于持续的问题解决与创新，感受科学家侯德榜先生的爱国情怀与智慧，理解化学工业发展与资源、环境协调统一的必要性。过程方法上，本课是训练学生建立“宏微符”三重表征（从宏观产品、微观离子反应到化学方程式）和“流程分析”思维（明确原料、产品、核心反应、副产品及物质循环）的典型载体。  学情研判需立体化。学生的已有基础是认识氯化钠、碳酸钠等物质，初步了解复分解反应，具备基本的化学方程式书写能力。其兴趣点在于“化腐朽为神奇”的工业过程，但潜在的认知障碍可能在于：第一，对复杂的工业流程产生畏难情绪，难以从多个反应中提炼主线；第二，对“氨”作为媒介物的“催化循环”作用理解困难；第三，易将氨碱法与侯氏制碱法混淆。教学对策在于搭建可视化、阶梯化的认知脚手架。例如，通过动态流程图将静态知识动态化，降低认知负荷；通过设计“角色扮演”（假如你是工程师，如何解决氨的回收问题？）活动，将抽象原理情境化、任务化。在过程评估中，我将密切观察学生在小组讨论中提出的问题、在流程图填空时卡壳的环节，并通过即时性的“拇指投票”（对某个环节理解与否）快速诊断全班学情，从而动态调整讲解的节奏与深度，为理解较慢的学生提供“助学提示卡”，为学有余力的学生提供“深度思考题”。二、教学目标  知识目标：学生能准确书写氨碱法及侯氏制碱法的核心反应方程式；能基于流程图示，描述并解释从食盐、氨、二氧化碳到纯碱的主要转化路径，特别是氨和氯化钙的生成与循环作用；能辨析氨碱法与侯氏制碱法在原料、原理、副产品及原子利用率上的关键异同。  能力目标：学生能够运用“流程分析”的思维模型，通过小组合作解读工业制碱的工艺流程图，提取关键信息并厘清物质流向；能够基于给定的信息，从节约成本、环境保护等角度对两种制碱工艺进行初步比较与评价，并清晰陈述自己的观点。  情感态度与价值观目标：通过了解侯德榜先生打破技术垄断、创立“侯氏制碱法”的事迹，学生能感受到科学家矢志报国的情怀和勇于创新的精神，在课堂讨论中表现出对民族工业发展的关注与自豪感，初步建立将化学知识应用于解决实际社会问题的责任感。  科学思维目标：重点发展学生的“系统与模型”认知方式。引导他们将整个制碱工艺视为一个物质和能量转化的系统，分析其中各环节（如碳化、过滤、煅烧）的功能与衔接，理解“循环利用”这一化工核心思想在模型中的体现，并能初步评估该模型的优缺点。  评价与元认知目标：在小组合作绘制简易工艺流程图后，学生能依据“科学性、逻辑性、简洁性”三项标准进行组间互评；在本课尾声，能够通过完成结构化反思表（如“我今天弄明白的最关键一点是…”“我仍感到困惑的地方是…”），回顾自己的学习策略与思维过程。三、教学重点与难点  教学重点是氨碱法制纯碱的反应原理与工艺流程分析。其确立依据源于课标对该内容“理解”层级的要求以及其在初中化学工业主题中的代表性地位。掌握此重点，不仅是对“盐的化学性质”的具体应用与深化，更是构建“化学→技术→社会”联结、理解现代化工基本思路的关键节点，也是学业水平考试中化工流程题的重要知识原型。  教学难点在于理解氨在氨碱法中的“媒介”循环作用，以及从绿色化学视角对比、评价氨碱法与侯氏制碱法的优劣。难点成因在于，学生对“媒介”或“催化剂”的认知多停留在不参与反应的片面印象，而氨在这里是参与反应但又被再生的，循环思想较为抽象。此外，对比评价需要学生综合运用多维度信息（资源、成本、环境），进行辩证思考，这对九年级学生的思维整合能力提出了挑战。预设突破方向是：利用动画模拟氨的“旅程”，并设计驱动性问题链——“氨从哪里来？做了什么？又去了哪里？”——引导学生追踪其变化；通过提供简洁的数据对比表，为学生搭建评价的“脚手架”。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：精心制作的多媒体课件，内含氨碱法与侯氏制碱法动态工艺流程图、关键设备（碳化塔）结构示意图、侯德榜生平简介视频片段。准备食盐、纯碱样品。1.2学习材料：设计并印制分层学习任务单（含基础流程图填空与拓展思考题）、小组活动卡片（印有工艺各环节名称及物质名称）、课堂巩固练习卷。2.学生准备  复习复分解反应条件及碳酸氢钠的不稳定性；预习教材，初步了解纯碱的用途。3.环境布置  将课桌按46人一组布置，便于开展小组合作探究与讨论。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与认知冲突：“大家看，我手里拿的是一袋普通的食盐，而这是一包食用纯碱。从外观上看，它们都是白色晶体，但化学上，食盐（NaCl）是盐，纯碱（Na₂CO₃）属于盐却显碱性，用途截然不同。”展示纯碱在玻璃、洗涤剂等工业中应用的图片。“一个来自海水晒盐，一个被称作‘海水制碱’，它们之间能否转化？又该如何实现大规模、工业化的转化呢？这，就是我们今天要破解的‘从盐到碱的蜕变’之谜。”2.提出核心问题与规划路径：“直接让NaCl变成Na₂CO₃可行吗？不行，我们需要寻找‘桥梁’。历史上，科学家和工程师们经历了漫长的探索。”简要提及路布兰法的复杂与高污染，引出索尔维的氨碱法。“今天，我们就化身‘化工设计师’，一起剖析经典的氨碱法，看看它精妙何在，又存在什么‘痛点’。最后，我们还要看看中国科学家侯德榜先生是如何革新这个工艺，书写我们自己的骄傲的。”第二、新授环节任务一：认识目标——纯碱的性质与用途教师活动：引导学生回顾预习内容，提出问题链：“为什么它叫‘纯碱’而不叫‘碱’？用pH试纸测测它的溶液，看看有何发现？”（演示或请学生演示）。接着追问：“生活中你在哪些地方见过或间接使用过它？玻璃、馒头、还有吗？”结合学生回答，展示纯碱在工业、生活中的广泛应用图片，并强调其作为重要化工原料的地位。“所以，能大规模、经济地生产它，对一个国家的工业发展至关重要。”学生活动：回忆并回答纯碱的化学式，通过实验或观察感知其水溶液显碱性。联系生活经验，列举纯碱的用途，如发面、洗涤等，在教师引导下认识其工业价值。即时评价标准：1.能否准确说出碳酸钠的化学式及其溶液呈碱性的特性。2.能否列举出至少两种纯碱在生活中的常见用途。3.是否表现出对学习工业制备方法的兴趣和好奇心。形成知识、思维、方法清单：★纯碱即碳酸钠（Na₂CO₃），其水溶液显碱性，这是其被称为“碱”的原因，但它属于盐类。▲纯碱是重要的基础化工原料，广泛应用于玻璃、造纸、纺织、洗涤剂等工业及食品加工中。“明确我们要制造的是什么，以及为何要制造它，是理解整个工艺价值的起点。”任务二：探寻驱动力——为何选择氨与二氧化碳？教师活动：提出核心挑战：“现在，我们的原料是海盐（主要NaCl），目标是得到Na₂CO₃。从物质组成上看，需要引入什么？”（引导分析元素：需CO₃²⁻）。“直接向NaCl溶液中通CO₂行吗？大家根据复分解反应的条件判断一下。”学生发现不行后，引出关键：“这时，索尔维巧妙地请来了一位‘助手’——氨气（NH₃）。为什么是氨？它有什么‘神通’？”引导学生分析氨水显碱性，能大量溶解CO₂形成高浓度的HCO₃⁻，从而创造了与Na⁺结合的条件。“看，这就是化学智慧——通过创造合适的反应环境来驱动转化。”学生活动：分析目标产物与原料的组成差异，明确需要引入碳酸根。运用复分解反应知识，判断NaCl与CO₂不直接反应。在教师引导下，推理氨水吸收CO₂后溶液成分的变化，理解氨为反应创造了碱性环境，提高了CO₂的溶解和转化效率。即时评价标准：1.能否从元素观角度分析原料与产物的差异。2.能否运用复分解反应知识解释NaCl与CO₂不反应。3.是否理解氨在初期反应中创造碱性环境的关键作用。形成知识、思维、方法清单：★氨碱法的核心思路：利用氨水碱性吸收CO₂，生成高浓度HCO₃⁻，进而与Na⁺结合生成NaHCO₃。★关键认知：化学反应的发生需要合适的条件（环境），化学生产中常常需要通过添加辅助物质来创造有利条件。“这里，氨不是旁观者，而是创造条件的‘工程师’。”任务三：剖析原理——核心反应与中间产物教师活动：在动态流程图辅助下，聚焦碳化塔内的变化。“现在，让我们进入核心反应器——碳化塔。这里，饱和氨盐水与来自石灰窑的CO₂‘狭路相逢’。”引导学生写出主要反应：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl→NaHCO₃↓+NH₄Cl。“注意观察，生成了什么？NaHCO₃后面这个箭头代表什么？”强调NaHCO₃溶解度较小，会结晶析出，这是实现分离的基础。接着，展示煅烧炉图片：“得到的NaHCO₂晶体并不是最终产品，还需要进行一步‘变身’。”引导学生回忆NaHCO₃的不稳定性，写出煅烧方程式：2NaHCO₃△Na₂CO₃+H₂O↑+CO₂↑。“看，CO₂又出来了，它去了哪里？对，可以循环利用！这就是化工设计中的循环经济思维。”学生活动：在教师引导下，书写碳化反应和煅烧反应的化学方程式。观察流程图，理解NaHCO₃沉淀是分离的关键步骤。认识到CO₂在煅烧环节被回收，可重新通入碳化塔，初步感知物质的循环利用。即时评价标准：1.能否准确书写碳化与煅烧两个核心反应的化学方程式。2.能否指出NaHCO₃沉淀析出是实现物质分离的物理基础。3.能否指出煅烧产生的CO₂可被回收利用。形成知识、思维、方法清单：★核心反应Ⅰ（碳化）：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl。★核心反应Ⅱ（煅烧）：2NaHCO₃△Na₂CO₃+H₂O↑+CO₂↑。★NaHCO₃的溶解度较小，是其能以沉淀形式分离出来的原因，这是流程中的关键物理过程。“方程式是流程的灵魂，而物质的溶解性等物理性质往往是实现分离的钥匙。”任务四：追踪循环——氨的回收与工艺闭环教师活动：提出流程中的关键矛盾：“碳化反应后，我们得到了产品NaHCO₃，但同时也生成了副产品NH₄Cl。宝贵的氨还结合在NH₄Cl里，成本很高的氨难道只用一次就扔掉吗？如果你是工程师，怎么回收它？”引导学生思考。然后揭示索尔维的方案：向NH₄Cl溶液中加入廉价的Ca(OH)₂（来自生石灰处理）。播放该反应的小动画或模拟：“看，NH₃又被‘置换’出来了！”写出反应：2NH₄Cl+Ca(OH)₂→CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O。“回收的氨气可以重新通入系统，循环使用。那么，新的副产品CaCl₂如何处理？嗯，这就是氨碱法的一个‘痛点’，我们稍后讨论。至此，一个以氨循环为特色的工艺闭环形成了。”学生活动：思考并讨论氨回收的经济必要性和可能方法。在教师讲解下，理解加入石灰乳回收氨的原理，并书写相关化学方程式。在流程图上标出氨的循环路径，整体感知氨在系统中“参与反应被回收再参与反应”的循环模式。即时评价标准：1.能否认识到回收氨对降低成本的重要性。2.能否理解利用Ca(OH)₂与NH₄Cl反应回收氨的化学原理。3.能否在流程图中清晰标注出氨的循环路线。形成知识、思维、方法清单：★氨的回收反应：2NH₄Cl+Ca(OH)₂=CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O。★“媒介”与循环：氨在过程中参与了反应（生成NH₄Cl），但通过化学方法被回收再生，实现了在系统内的循环使用，这是氨碱法设计的精髓。▲副产品：该过程产生大量CaCl₂，用途有限且可能造成环境堆积，这是氨碱法的主要缺点之一。“追踪一种关键物质的‘足迹’，是分析复杂工艺流程的法宝。氨在这里扮演了‘勤劳的搬运工’角色。”任务五：整合对比——从氨碱法到侯氏制碱法教师活动：引导学生共同总结氨碱法的完整流程，在黑板上或用课件构建流程图框架，请学生小组合作，利用活动卡片进行排序和粘贴，完成流程拼图。随后，抛出问题：“这个经典工艺是否完美？想想看，它还有什么副产品？价值如何？”引导学生关注大量CaCl₂的处理难题和原料NaCl中氯离子的浪费。此时，播放侯德榜先生事迹短片片段，引入其创新背景。“面对国外技术封锁和氨碱法的缺陷，侯德榜先生带领团队攻坚克难，创立了‘侯氏制碱法’（联合制碱法）。”通过对比图，重点阐释其革新点：将合成氨工业与制碱工业联合，使NH₄Cl不再与Ca(OH)₂反应，而是直接作为氮肥产品，同时将母液中的NaCl循环利用。“这样一来，原料利用率大大提高，减少了污染，还生产了两种产品。大家说，这是不是一举多得？”学生活动：小组合作，整合前四个任务所学，动手构建完整的氨碱法工艺流程图。讨论并指出氨碱法的不足（CaCl₂处理、NaCl利用率低）。观看视频，了解侯德榜的贡献。通过对比图表，分析侯氏制碱法在原料循环、产品种类、原子利用率等方面的改进，体会其优越性。即时评价标准：1.小组能否合作构建出逻辑正确的氨碱法完整流程图。2.能否指出氨碱法的主要缺点。3.能否说出侯氏制碱法至少一个核心改进（如NH₄Cl作为产品、母液循环）。4.在讨论中是否体现出对科学家创新精神和国家科技成就的认同。形成知识、思维、方法清单：★侯氏制碱法（联合制碱法）核心改进：将制碱与合成氨工业联合，使副产品NH₄Cl成为氮肥，实现了NaCl和NH₃的更高效循环，提高了原子利用率。★绿色化学思想：理想的化工生产应追求原子经济性，实现原料中所有原子都转化为目标产物，减少乃至消除副产品和废物。★科学精神：侯德榜的成就体现了严谨求实、开拓创新、报效祖国的科学家精神。“评价一个工艺的好坏，不能只看主产品，还要看副产品如何处理，资源是否物尽其用。这就是现代化学工业的绿色发展观。”第三、当堂巩固训练  设计分层巩固练习，学生根据自身情况至少完成A、B两组。  A组（基础应用）：1.写出氨碱法中生成NaHCO₃和煅烧NaHCO₃的化学方程式。2.填空题：在氨碱法中，氨气的作用是________________；可循环使用的物质有______和______。  B组（综合迁移）：3.根据简易流程图，标出物质A（氨盐水）、B（过滤后晶体）、C（煅烧气体）分别是什么？并说明C在流程中的去向。4.简答题：与氨碱法相比，侯氏制碱法有哪些主要优点？（从原料、产品、环保等角度简述）  C组（挑战探究）：5.（选做）查阅资料，估算并对比氨碱法与侯氏制碱法生产每吨纯碱所产生的副产品质量，从“绿色化学”角度谈谈你的看法。  反馈机制：A、B组练习通过投影展示学生答案，进行同伴互评与教师精讲。重点讲评方程式书写规范、流程图中物质推断的逻辑。C组问题鼓励学有余力的学生课后探究，下节课课前分享。第四、课堂小结  “同学们，今天我们完成了一次深入的‘化工之旅’。谁能用一句话概括，氨碱法的精妙之处和它的‘阿喀琉斯之踵’各是什么？”邀请学生分享。“精妙在于氨的循环设计，而痛点在于副产品CaCl₂的处理和原料利用率问题。侯德榜先生的创新，正是击中了这个痛点，实现了升级。”引导学生用思维导图快速梳理本课核心知识脉络：目标（纯碱）→原理（氨、CO₂作用）→核心反应→循环（氨）→对比与改进（侯氏法）。最后布置分层作业，并预告下节课将学习纯碱的化学性质，请大家思考：“纯碱既然是一种盐，它会具有哪些我们学过的盐的化学性质呢？能否设计实验验证？”六、作业设计基础性作业（必做）：1.整理并熟记氨碱法、侯氏制碱法的核心反应方程式。2.绘制氨碱法工艺简图，并用箭头和文字注明主要物料流向。3.课本相关基础练习题。拓展性作业（建议完成）：4.撰写一篇短文《“碱”史之旅：从路布兰到侯德榜》，简述纯碱制备工艺的演进史，并谈谈你对技术革新驱动发展的认识（300字左右）。5.调查家庭中哪些物品可能含有或使用了纯碱，并说明其作用。探究性/创造性作业（选做）：6.小组项目：假设你是一家小型化工厂的技术顾问，现有氨碱法设备，但面临CaCl₂堆积和成本压力。请基于侯氏制碱法的思想，提出一个初步的工艺改进方案（可用示意图和文字说明），并分析其可能带来的效益与挑战。七、本节知识清单及拓展  ★1.纯碱：即碳酸钠（Na₂CO₃），是一种重要的盐，其水溶液显碱性，故称“纯碱”。它是玻璃、造纸、纺织等工业的基础原料。  ★2.氨碱法（索尔维法）核心原理：向饱和食盐水中通入氨气制成氨盐水，再通入二氧化碳，生成溶解度较小的碳酸氢钠晶体和氯化铵。化学方程式：NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl。  ★3.中间产物处理：碳酸氢钠晶体经煅烧分解得到纯碱、水和二氧化碳。方程式：2NaHCO₃△Na₂CO₃+H₂O↑+CO₂↑。产生的CO₂可回收利用。  ★4.氨的循环：分离NaHCO₃后的母液（含NH₄Cl）中加入石灰乳[Ca(OH)₂]，可回收氨气循环使用。方程式：2NH₄Cl+Ca(OH)₂=CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O。这是该工艺降低成本的关键。  ▲5.氨碱法的缺点：产生大量用途有限的副产品氯化钙（CaCl₂），造成处理压力；原料食盐（NaCl）中的氯离子未被充分利用，原子经济性较低。  ★6.侯氏制碱法（联合制碱法）：我国化学家侯德榜创立。将合成氨工业与制碱工业联合，在碳化后，通过冷却、加盐等措施，使NH₄Cl单独析出作为氮肥，同时母液中的NaCl可循环使用。  ★7.侯氏制碱法的优点：提高了食盐的利用率（可达98%以上）；不再产生CaCl₂，而是生产了另一种有用产品NH₄Cl；实现了Na+和Cl、NH3和CO2的更好循环，更符合绿色化学原则。  ▲8.绿色化学与原子经济性：理想的化工反应应使原料分子中的原子全部转化为目标产物，实现“零排放”。侯氏制碱法相对于氨碱法，原子经济性更高。  ▲9.流程分析思维：分析工业流程的一般角度：明确原料与目标产品→分析核心化学反应与条件→关注物质的分离提纯方法→注意副产品的处理与资源的循环利用→从经济、环保等角度评价工艺。  ▲10.科学精神传承：侯德榜先生潜心钻研、打破国际垄断、报效祖国的经历，是“科学无国界，科学家有祖国”的生动写照，其创新精神激励后人。八、教学反思  （一）目标达成度分析假设本课实施后，通过课堂观察、任务单完成情况和巩固练习反馈，预计大部分学生能达成知识目标，准确书写核心方程式，并能参照流程图描述氨碱法过程。能力目标中，“流程分析”能力在小组拼图任务中得到了有效锻炼，学生能初步提取关键环节；但在“对比评价”方面，部分学生仅能复述优点，深入的多角度分析（如经济成本、能源消耗）仍需在后续课程中持续培养。情感目标通过侯德榜事迹视频和讨论，激发了学生的民族自豪感和对科学家的敬意，课堂氛围在此环节达到高潮。  （二）环节有效性评估导入环节的“从盐到碱”实物对比和设问，成功制造了认知悬念，迅速聚焦了课堂注意力。新授环节的五个任务环环相扣，遵循了“是什么为什么怎么样如何优化”的认知逻辑。其中，任务二（探寻驱动力）是突破原理理解的关键节点，那句“直接通CO₂行吗？”的追问，有效激活了学生的已有认知（复分解反应条件），为引入氨的必要性铺平了道路。任务四（追踪循环）中“如果你是工程师”的角色代入，以及动画展示氨的“置换”回收，将抽象的循环思想变得具体可感，是化解难点的有效策略。