高中化学必修一“碳酸钠的性质探究”导学案

高中化学必修一“碳酸钠的性质探究”导学案

一、教材分析与教学理念

（一）教材地位与作用

【基础】本节课内容选自人教版高中化学必修一第二章“海水中的重要元素——钠和氯”第一节“钠及其化合物”的第二课时。碳酸钠（Na₂CO₃）是钠的一种重要化合物，俗称纯碱或苏打，在工业生产和日常生活中具有广泛应用。本课内容是在学生学习了金属钠的性质、氧化钠和过氧化钠的基础上，对钠的含氧酸盐进行深入探究。它既是金属钠性质知识的延续和应用，又是后续学习元素周期律、物质结构与性质、化学反应原理等知识的重要载体，更是连接化学与生产生活实际的桥梁，具有承上启下的关键作用。同时，对碳酸钠性质的探究，是培养学生“科学探究与创新意识”、“宏观辨识与微观探析”等化学学科核心素养的绝佳素材。

（二）学情分析

【基础】授课对象为高中一年级学生。他们已经具备了一定的化学基础知识，如简单的物质分类、离子反应、氧化还原反应等，并初步掌握了基本的实验操作技能。在学习了金属钠和钠的氧化物后，学生对钠元素的化合物有了初步认识，具备了一定的知识迁移能力。然而，学生对物质性质的认识往往停留在宏观现象层面，缺乏从微观粒子（离子）视角理解物质性质的意识，探究实验的系统性、规范性和证据推理能力尚显稚嫩。因此，本节课需要在教师的引导下，通过精心设计的探究活动，帮助学生建立“结构决定性质，性质决定用途”的化学观念，并提升其科学探究的综合能力。

（三）设计理念

【核心】本节课严格遵循《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》的基本理念，以发展学生化学学科核心素养为导向，践行“以学生发展为本”的探究式教学。摒弃传统的“验证性实验”模式，采用“问题驱动-实验探究-证据推理-模型建构-应用提升”的教学主线。将学习内容转化为一系列具有挑战性的探究任务，让学生在“做科学”的过程中主动建构知识，体验科学探究的乐趣，形成严谨求实的科学态度。同时，注重创设真实、有意义的问题情境，将化学知识与社会生活、工业生产紧密联系，彰显化学学科的价值。

二、教学目标与核心素养

（一）教学目标

1.【基础】通过实验探究，掌握碳酸钠的物理性质（颜色、状态、溶解性）和化学性质（与酸、与碱、与某些盐的反应），并能正确书写相关的化学方程式和离子方程式。

2.【重要】通过对比实验，理解碳酸钠与碳酸氢钠在热稳定性、与酸反应剧烈程度等方面的差异，并能从微观粒子构成的视角解释其性质差异的本质原因。

3.【非常重要】经历“提出问题-猜想假设-设计方案-实验验证-收集证据-解释结论-反思评价”的探究过程，初步学会运用控制变量法、对比法进行化学实验探究，提高实验操作技能和证据推理能力。

4.【热点】了解碳酸钠在生产、生活中的广泛应用（如制玻璃、造纸、纺织、洗涤剂等），感受化学对人类文明进步的贡献，培养社会责任感。

（二）核心素养聚焦点

1.宏观辨识与微观探析：能从碳酸钠电离出Na⁺和CO₃²⁻的微观角度，预测并解释其宏观化学性质（如与酸反应生成气体，与Ca²⁺、Ba²⁺等产生沉淀）。

2.变化观念与平衡思想：认识碳酸钠与酸的反应伴随着离子浓度的变化和热量的变化，理解反应的本质是离子之间的相互作用。

3.证据推理与模型认知：通过实验现象（气泡、沉淀、颜色变化等）推理出碳酸钠的化学性质，构建出“碳酸盐”性质的分析模型。

4.科学探究与创新意识：能够独立或合作设计简单的探究方案，对探究过程进行反思和评价，提出改进意见。

5.科学精神与社会责任：在探究中养成严谨求实、勤于思考的科学态度，通过了解纯碱的用途，体会化学对个人生活和社会发展的贡献。

三、教学重难点

1.【高频考点】【难点】碳酸钠的化学性质（特别是与酸、与碱、与盐的反应）及离子方程式的书写。

2.【难点】碳酸钠与碳酸氢钠性质差异的对比探究及本质解释。

3.【重要】探究方案的设计与实施，以及基于证据的推理能力的培养。

四、教学方法与准备

（一）教学方法

1.探究式教学法：以核心问题为引领，学生在教师的启发下，通过自主或合作实验探究，主动获取知识。

2.问题驱动法：设计一系列层层递进、富有启发性的问题链，激发学生的认知冲突，引导思维深入。

3.对比实验法：通过对比碳酸钠与碳酸氢钠的性质，强化对二者特性的认识。

4.小组合作学习法：学生以小组为单位，分工合作，共同完成探究任务，并进行交流研讨。

（二）教学准备

1.教师准备：多媒体课件（包含纯碱的历史、用途介绍，以及实验安全提示）、实验报告单（导学案）、分组实验器材。

2.学生分组实验器材与试剂（每组）：试管（5支）、试管架、药匙、胶头滴管、酒精灯、火柴、镊子、烧杯、玻璃棒、pH试纸（或pH计）、蒸馏水、碳酸钠固体（Na₂CO₃）、碳酸氢钠固体（NaHCO₃）、稀盐酸（HCl，约1mol/L）、澄清石灰水（Ca(OH)₂）、氯化钙溶液（CaCl₂，约0.1mol/L）、酚酞试液。

3.【跨学科视野引入】准备侯德榜先生画像及侯氏制碱法的简要流程图，融合化学史与爱国主义教育。

五、教学实施过程（核心环节）

（一）创设情境，引入新课（约5分钟）

【问题驱动】展示一张精美的玻璃制品图片，并提问：“同学们，你们知道制造这些晶莹剔透的玻璃的主要原料之一是什么吗？”学生可能回答“沙子”（二氧化硅）。教师继续引导：“除了沙子，还需要一种非常重要的化工原料，它被称为‘工业之母’，在造纸、纺织、洗涤剂、食品等行业也扮演着不可或缺的角色。它的名字叫‘纯碱’，化学名叫碳酸钠（Na₂CO₃）。”板书课题。

【情境深化】简要介绍我国著名化工专家侯德榜先生，为了打破国外技术垄断，发明了“侯氏制碱法”，为民族工业发展做出了巨大贡献。展示侯氏制碱法的原理示意图，点明其核心产品就是纯碱。“今天，我们就化身为‘小小科学家’，像侯德榜先生一样，带着探索的精神，通过实验探究的方法，来揭开碳酸钠的神秘面纱，研究它究竟有哪些性质。”【非常重要】此环节旨在激发学生的民族自豪感和学习兴趣，将化学学习置于真实、有价值的历史和工业背景下，体现学科的育人价值。

（二）任务一：初识碳酸钠——物理性质的探究（约8分钟）

【问题1】“我们要研究一种物质，首先应该从哪些方面入手？”引导学生回顾研究物质性质的一般程序，从物理性质开始。

【探究活动1】观察与体验。

1.观察：请同学们观察试剂瓶中的碳酸钠固体，描述其颜色、状态。【基础】学生描述：白色粉末状固体。

2.溶解性实验：各小组取少量碳酸钠固体于一支试管中，加入约3mL蒸馏水，振荡，观察溶解情况。【基础】学生观察到固体很快溶解。

3.触摸感知：请一位同学用手触摸试管外壁，感受温度变化。【重要】学生普遍感觉到试管外壁发热。

【证据推理】教师提问：“从试管发热这一现象，你能推断出什么？”引导学生得出“碳酸钠溶于水的过程是放热过程”的结论。同时，引导学生思考放热的本质原因，可能涉及水合过程放热大于扩散过程吸热，为后续学习溶解热效应做铺垫。

【板书归纳】学生归纳并记录碳酸钠的物理性质：白色固体，易溶于水，溶解时放热。

【设计意图】通过亲手触摸感知温度变化，比单纯观察更能给学生留下深刻印象，将抽象的热效应具体化、体验化。这是探究式教学中珍视学生直接经验的体现。

（三）任务二：探索碳酸钠溶液的酸碱性（约7分钟）

【问题2】“碳酸钠俗称‘纯碱’，它溶于水后形成的溶液是酸性的、碱性的还是中性的？真的是‘碱’吗？”【高频考点】此问题引发学生认知冲突，激发探究欲望。

【探究活动2】测定溶液的pH。

1.方案设计：学生讨论测定溶液酸碱性的方法，提出可以用pH试纸或pH计。

2.实验验证：各小组用玻璃棒蘸取任务一配制的碳酸钠溶液，滴在pH试纸上，与标准比色卡对比，读出pH值。【重要】学生实验得出pH>7，且通常在10-11左右。

【证据推理】教师追问：“pH>7，说明溶液显碱性。为什么一个没有OH⁻的盐，其水溶液却显碱性呢？”【难点】引导学生从微观角度思考：碳酸钠溶于水会电离出Na⁺和CO₃²⁻。CO₃²⁻会与水电离出的H⁺结合，生成HCO₃⁻，从而破坏了水的电离平衡，使溶液中c(OH⁻)>c(H⁺)，因此溶液显碱性。这正是盐类水解的原理的初步渗透。

【板书归纳】碳酸钠的水溶液显碱性。从微观视角初步理解其原因：CO₃²⁻+H₂O⇌HCO₃⁻+OH⁻（此方程式暂不要求掌握，重在理解过程）。

【设计意图】通过“猜想-验证-微观解释”的路径，不仅得出性质结论，更引导学生透过现象看本质，建立宏观性质与微观粒子行为之间的联系，落实“宏观辨识与微观探析”的核心素养。

（四）任务三：探究碳酸钠的化学性质（核心环节，约25分钟）

【问题3】“根据碳酸钠的组成（Na₂CO₃）和溶液显碱性的事实，预测它可能会与哪些类别的物质发生反应？”引导学生从物质分类和离子反应的角度进行预测。【非常重要】

学生分组讨论，教师巡视引导，总结出可能反应的物质类别：酸、碱、盐。并引导学生提出假设：碳酸钠能与酸反应（因为CO₃²⁻能与H⁺结合），能与某些碱反应（如与Ca(OH)₂生成沉淀），能与某些盐反应（如与含Ca²⁺、Ba²⁺的盐生成沉淀）。

【探究活动3】分组设计并实施实验，验证假设。

1.与酸的反应：

1.2.方案设计：各小组设计实验方案，向少量碳酸钠溶液中滴加稀盐酸。

2.3.实验验证：学生进行实验，观察到有大量气泡产生。将产生的气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊。【高频考点】

3.4.证据推理：证明产生的气体是CO₂。引导学生书写化学方程式和离子方程式：

Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑

CO₃²⁻+2H⁺=H₂O+CO₂↑【基础】

4.5.【难点延伸】教师可引导学生思考：若向碳酸钠溶液中逐滴加入稀盐酸，现象是什么？为什么？引出CO₃²⁻与H⁺是分步反应的本质（先CO₃²⁻+H⁺=HCO₃⁻，后HCO₃⁻+H⁺=H₂O+CO₂↑）。为后续学习碳酸氢钠做铺垫。

6.与碱【Ca(OH)₂】的反应：

1.7.方案设计：学生提出向碳酸钠溶液中滴加澄清石灰水。

2.8.实验验证：学生进行实验，观察到产生白色沉淀。【热点】

3.9.证据推理：沉淀是什么？引导学生从离子角度分析，CO₃²⁻与Ca²⁺结合生成难溶的CaCO₃。书写化学方程式和离子方程式：

Na₂CO₃+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+2NaOH

CO₃²⁻+Ca²⁺=CaCO₃↓【重要】

4.10.【对比思考】教师追问：这个反应是不是我们学过的复分解反应的条件？产物中有沉淀、气体或水吗？学生明确有沉淀生成。进一步追问：若将Ca(OH)₂换为NaOH，反应还能发生吗？为什么？引导学生深入理解复分解反应发生的条件（必须有沉淀、气体或水生成），此处CO₃²⁻与OH⁻、Na⁺均不能结合成沉淀、气体或水，故不反应。这为鉴别碳酸钠和氢氧化钠提供了思路。

11.与盐【CaCl₂】的反应：

1.12.方案设计：学生提出向碳酸钠溶液中滴加氯化钙溶液。

2.13.实验验证：学生进行实验，观察到产生白色沉淀。

3.14.证据推理：沉淀同样是CaCO₃。书写化学方程式和离子方程式：

Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2NaCl

CO₃²⁻+Ca²⁺=CaCO₃↓【重要】

4.15.【总结归纳】通过以上三个实验，我们可以归纳出碳酸钠作为碳酸盐的典型化学性质：能与酸反应生成CO₂；能与可溶性钙盐、钡盐反应生成碳酸盐沉淀；能与某些碱（如Ca(OH)₂、Ba(OH)₂）反应生成沉淀和新碱。

【设计意图】本环节是整节课的核心，完全以学生为主体，通过“预测-设计-验证-结论”的完整探究流程，让学生亲历知识的建构过程。教师在过程中不是知识的灌输者，而是问题的引导者和探究的促进者。每个实验后都进行及时的、基于证据的推理和总结，并落实到离子方程式的书写，强化了化学用语的规范使用。同时，通过对比性问题，引导学生思维的深化。

（五）任务四：对比探究——碳酸钠与碳酸氢钠（约15分钟）

【问题4】“纯碱（Na₂CO₃）的‘亲戚’小苏打（NaHCO₃，碳酸氢钠），它们仅一字之差，性质上会有哪些不同呢？我们如何通过实验来探究它们的差异？”【高频考点】【难点】

【探究活动4】对比实验。

教师提供碳酸钠和碳酸氢钠固体，以及相关试剂。引导学生从热稳定性、与酸反应的剧烈程度、与酸反应的过程、溶液的酸碱性等方面进行对比设计。

1.热稳定性对比：

1.2.方案设计：学生讨论后，设计用两个干燥的试管分别装入等量的Na₂CO₃和NaHCO₃固体，管口略向下倾斜，加热，并将产生的气体通入澄清石灰水。

2.3.实验验证：学生分组实验。观察到加热Na₂CO₃的试管无明显现象，石灰水不变浑浊；而加热NaHCO₃的试管内壁有水珠产生，导管口有气泡，石灰水变浑浊。【非常重要】

3.4.证据推理：NaHCO₃受热易分解，生成Na₂CO₃、H₂O和CO₂；而Na₂CO₃受热不易分解。书写化学方程式：

2NaHCO₃=△=Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑【基础】

4.5.【结论】热稳定性：Na₂CO₃>NaHCO₃。

6.与酸反应剧烈程度对比：

1.7.方案设计：在两支试管中分别加入等体积、等浓度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液，然后同时滴加等量的稀盐酸。

2.8.实验验证：学生实验，观察到盛有NaHCO₃的试管中立即产生大量气泡，反应非常剧烈；而盛有Na₂CO₃的试管中开始气泡较少，后来逐渐增多。【重要】

3.9.证据推理：引导学生结合之前所学CO₃²⁻与H⁺分步反应的原理，解释为何Na₂CO₃与酸反应开始时现象不明显，而NaHCO₃直接产生气体。HCO₃⁻+H⁺=H₂O+CO₂↑一步完成。

4.10.【结论】与酸反应剧烈程度：NaHCO₃>Na₂CO₃。

11.溶液酸碱性对比：

1.12.方案设计：用pH试纸分别测定等浓度的Na₂CO₃溶液和NaHCO₃溶液的pH。

2.13.实验验证：学生实验，记录pH值。发现Na₂CO₃溶液的pH（约11）大于NaHCO₃溶液的pH（约8-9）。

3.14.证据推理：结合水解平衡解释，CO₃²⁻的水解程度比HCO₃⁻更强，因此碱性更强。

4.15.【结论】相同条件下，溶液的碱性：Na₂CO₃>NaHCO₃。

16.与CaCl₂反应的对比（可选探究）：

1.17.教师提问：“如何鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液？”引导学生提出用CaCl₂溶液。然后进行对比实验。

2.18.实验验证：向Na₂CO₃溶液中滴加CaCl₂，产生白色沉淀；向NaHCO₃溶液中滴加CaCl₂，无明显现象。【高频考点】

3.19.证据推理：Ca²⁺能与CO₃²⁻直接结合成沉淀，但与HCO₃⁻不直接反应（除非在碱性条件下或加热条件下）。

【设计意图】通过对比实验，使学生对两种看似相似的物质有了更深刻、更精细的认识。对比法是化学研究中最重要的方法之一。本环节的设计，不仅让学生掌握了Na₂CO₃和NaHCO₃的性质差异，更重要的是让学生学会了如何运用对比实验来解决实际问题（如鉴别），培养了学生的实验设计能力和辩证思维能力。

（五）交流研讨，建构模型（约5分钟）

1.小组汇报：请2-3个小组的代表，就本节课的探究过程和结论进行简要汇报，可以分享实验中的发现、遇到的问题或新的思考。

2.教师总结与模型建构：教师基于学生的汇报，进行系统性的梳理和提升。

1.3.再次强调研究物质性质的一般思路和方法：观察物理性质→预测化学性质（基于物质类别、组成、反应规律）→实验探究（设计、操作、观察、记录）→证据推理→得出结论。

2.4.建构出“碳酸盐”性质的分析模型：从阴离子CO₃²⁻（或HCO₃⁻）出发，分析其能与H⁺（酸）、能与某些金属阳离子（Ca²⁺、Ba²⁺等）发生反应。同时，要关注碳酸的正盐与酸式盐在性质上的差异。

3.5.强调“结构决定性质”的核心观念：碳酸钠和碳酸氢钠性质差异的根本原因在于其阴离子结构不同（CO₃²⁻与HCO₃⁻）。

6.回归情境，学以致用：再次展示侯氏制碱法流程，引导学生找出流程中哪些环节涉及了碳酸钠或碳酸氢钠的性质。例如，向饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀（利用NaHCO₃溶解度较小），加热碳酸氢钠得到碳酸钠（利用NaHCO₃的热不稳定性）。让学生感受到今天所学的知识正是解决实际工业生产问题的关键。

（六）课堂练习与反馈（约3分钟）

【高频考点】【基础】设置几道针对性练习题，快速检测学生对本节课核心知识的掌握情况。

1.下列物质的水溶液能使酚酞试液变红，且加入CaCl₂溶液能产生白色沉淀的是（）。

A.NaOHB.NaHCO₃C.Na₂CO₃D.NaCl

2.下列关于Na₂CO₃和NaHCO₃的说法中，不正确的是（）。

A.均能与盐酸反应放出CO₂

B.热稳定性：Na₂CO₃>NaHCO₃

C.相同温度下，溶解度：Na₂CO₃<NaHCO₃

D.等物质的量的两种固体与足量盐酸反应，产生CO₂的量相同

3.写出除去Na₂CO�3固体中混有的少量NaHCO₃固体的方法，并用化学方程式解释。

（七）课后作业与拓展（约2分钟）

1.【基础】完成课后习题中关于碳酸钠和碳酸氢钠的相关练习。

2.【重要】设计一个实验方案，鉴别失去标签的碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液。要求写出实验步骤、预期现象和结论。（至少两种方法）

3.【跨学科拓展，创新意识】查阅资料，了解“侯氏制碱法”的工艺流程，撰写一篇300字左右的科普短文，说明其中蕴含的化学原理，并与同学分享。

六、板书设计（框架性，实际板书会动态生成）

高中化学碳酸钠的性质探究

一、物理性质

白色固体，易溶于水，溶解放热

二、化学性质（基于CO₃²⁻）

1.溶液显碱性（pH>7）

CO₃²⁻+H₂O⇌HCO₃⁻+OH⁻

2.与酸反应（生成CO₂）

CO₃²⁻+2H⁺=H₂O+CO₂↑

3.与某些碱反应（生成新碱和沉淀）

CO₃²⁻+Ca²⁺=CaCO₃↓（如：与Ca(OH)₂）

4.与某些盐反应（生成新盐和沉淀）

CO₃²⁻+Ca²⁺=