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苏教版化学必修专题第单元第课时1211《氯气的生产原理》教学设计
一、教学设计思路“教育即生活”是美国著名教育家杜威的教育思想中最为重要的一个命题,它强调教育离不开生活,教育是为了生活而存在的本节课的内容从与我们生活密切相关的“海水”出发,充分体现了将化学教育与生活实际密切联系的关系,符合教学模式在众多的自然资源中,海水是STS十分重要的资源之一,利用海水中富含的化学物质能获得活泼的非金属卤素单质这既是高中化学学习的重要内容,也是学生认识化学为人类社会发展做出贡献的重要内容因此,本节课以遵循学生的认知规律、培养学生热爱自然资源和科学情感为前提,紧扣海水资源这一线索,引出从海水中提取氯化钠和工业电解饱和食盐水制取氯气的原理和方法,以创设问题情境一发现和提出问题一教师引导学生设计解决问题的方案一实施探索方案一总结归纳形成结论的思路来组织教学“作为教师,教学的目的不仅仅是使学生掌握知识,更重要的是教会学生学习的方法,使学生由学会变为会学”所以在介绍电解饱和食盐水制氯气的方法时,采取循循诱导,由学生自己设计实验方案、观察现象,并最终自己得出结论的方法,教师只是作为点拨者和启示者,教会学生探索规律的方法本节课注重从工业生产实际出发,体现化学在生产和生活中应用十分广泛这一学科特点,突出学好化学能更好地服务于社会这一学习目标并通过让学生自主查找有关氯化钠的获取和使用资料信息提高学生阅读和信息提取能力,通过小组讨论搜集到的资料进行汇总,以小组为单位做汇报的过程,提高学生资料的检索、汇总能力和表达水平,培养团队合作能力
二、学习任务分析、《课程标准》、《学科教学指导意见》对本课教学内容的要求1《课程标准》的要求
①通过实验了解氯及其重要化合物的主要性质,认识其在生产中的应用和对生态环境的影响;
②以海水的综合利用为例,了解化学方法在实现物质间转化中的作用,认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值《学科教学指导意见》的基本要求
①了解从海水中获取氯的基本原理和方法,理解实验室用浓盐酸和二氧化镒制取氯气的原理,认识氯及其化合物在生产和生活中的重要应用;
②了解实验探索的过程和方法,通过观察、分析实验现象,增强发现问题和解决问题的能力;
③认识海水是人类的珍贵资源,培养热爱大自然和保护大自然的情感、本课内容的组成成份和在模块学习中的地位和作用2本课内容的组成成份1本节教材包括两部份内容从海水中提取氯气的基本原理和方法,及氯气的实验室制法教材首先提出氯化钠的获取和使用,这部份内容以调查研究的形式让学生自己获取信息,然后在此基础上提出氯气的工业生产方法,通过电解饱和食盐水的简易装置来摹拟氯气的工业生产过程,在对实验现象的探索过程中让学生逐步掌握实验的基本原理然后在化学史话中通过介绍氯气的发现历程介绍了氯气的一些基本性质和实验室制取方法及实验装置在模块学习中的地位和作用2本节内容是本专题的第一课时,也是高中化学中第一块有关元素化合物的内容的学习本节课继专题《化学家眼中的物质世界》中“研究物质的实验方法”和“人类对原子结构的认识”之后,1是学生在之前学习的基础上,进一步对化学学科研究的基本方法一一实验法的深化体验,也为之后氯气的性质及漠、碘、钠、镁等其它元素化合物的学习打下基础,通过从海水中提取氯化钠及工业制取氯气的摹拟实验,来激发学生进入元素化合物学习的兴趣,同时也匡助学习者逐渐树立起人与自然和谐相处的意识,培养起对大自然的热爱之情,有助于在以后的学生中了解其它几种从大自然中提取的元素化合物的学习,具有十分重要的承上起下的地位而本课电解饱和食盐水的原理和方法的学习也为《化学与技术》中氯碱工业的学习打下了基础教学重点氯气的工业生产原理和实验室制法教学难点对电解饱和食盐水实验现象的探索和分析
三、学习者分析、分析学生已有的认知水平和能力基础学生通过专题《化学家眼中的物质世界》的学习,已经体验和了解了化学科学研究的普通过1程和方法,并学会了一些简单实验的设计思路和方法,再加之在初中阶段,学生已经学习了电解水生成氧气和氢气的反应,对于电解饱和食盐水的现象和生成产物能在老师的引导和提示下找出比较接近的设计方案但对于电解饱和食盐水的现象以及结果的分析还存在一些艰难,需要通过学生与学生,老师与学生的交流和讨论,在老师的指引下通过自主思量去分析、归纳,并自主得出结论但学生通过给定的结果来书写电解方程式可能也有一定的艰难,对电解饱和食盐水的方程式和实验室制氯气的方程式学生可能采用死记硬背的方法,应该在此对学生做及时引导、分析学生学习本课可能遇到的艰难和问题对实验现象的预测和分析,对实验探索方案的设计还存在能力不足的问题1对实验现象的正确表述还存在能力不足2对反应方程式的书写和记忆还存在一定艰难3
四、教学目标、知识与技能1知道海水晒盐的过程1掌握氯气的工业制法和实验室制法2掌握电解饱和食盐水的过程、原理、方法
3、过程与方法2通过观察、分析实验现象,养成观察和分析问题的能力1通过实验的探索,知道实验探索的过程和普通方法,形成化学实验操作的基本技能,知道化学实2验是研究和认识化学物质的重要途径、情感态度与价值观3通过自主查阅资料,小组讨论汇报,提高资料的检索、汇总能力和表达水平,建立团队合作意识1认识化学发展道路的漫长与艰辛,知道化学是建立在大量实验基础上的2认识海水是人类珍贵的自然资源,建立人与自然友好相处的情感态度3
五、课前准备、学生的学习准备1课前查阅相关资料r了解人们如何从海水中获得食盐,使用氯化钠、教师的准备2
①搜集相关图片、资料并结合教学设计制作成多媒体课件
②实验仪器和药品仪器组装好的电解饱和食盐水的装置(包括铁棒、石墨棒、形管、电流表、直流电源、导管)、U试管若干药品提前三天取得海水样品、稀、溶液、饱和食盐水、溶液、淀粉碘化钾试HN03AgN03NaOH纸、酚酸溶液
六、教学过程【创设情景,导入新课】[多媒体演示]播放一段展示浩瀚无边漂亮海洋的视频,配合背景音乐《大海啊,故乡》[教师]正如歌中所唱的,大海是我们漂亮、神奇的故乡,地球上海洋的分布是怎样的呢?[展示]取出一个地球仪,旋转儿圈[提问]从地球仪上,我们可以看出,地球上大部份都是什么颜色的?[学生]蓝色的[教师]是的,地球上大部份都是蓝色的海洋,而在这浩瀚的海洋里究竟蕴藏着什么物质呢?请同学们阅读每千克海水中几种氯化物的含量柱状图,从图中你可以获取哪些信息?[多媒体演示]每千克海水中几种氯化物的含量[学生]海水中含其中含量最高NaCk MgCICaCIKCI,NaCI22[教师]其实海水中不仅含有这几种氯化物,如果从元素的角度去分析,现已发现的多种元素110其中海洋中存在的就有多种有些主要存在于海洋中,如漠、碘等今天我们就先来学习海水80中的氯【合作交流,探索新知】内容
一、氯化钠的获取和使用[过渡]既然海水中含有丰富的那末能否利用海水来制取食盐一一呢?NaCI,NaCI[板书]
一、氯化钠的获取和使用[教师]同学们在课前查阅了相关资料,那末现在就请同学们以小组为单位来交流讨论自己查阅的结果一一人们是如何从海水中获得和使用的?最后由每一个小组委派一位同学做总结陈NaCI NaCI述[学生]交流讨论,汇报结果
一、人类获取食盐的几种方法
①从含盐量高的干涸河床或者湖床刮下盐结晶块
②海水晒盐
③冷冻法
④膜透析法
⑤,,,,
二、氯化钠在生活中、医疗农业、食品、交通和工业等方面都有重要用途,如[教师]同学们都找到了不少获取食盐的方法,也了解了氯化钠在生活生产中的多种用途,老师也找了一些获取食盐的方法和氯化钠的应用[多媒体演示]获取食盐的方法和氯化钠的应用内容
二、氯气的工业制法[教师]这都要归功于浩瀚的海洋给我们带来的丰富资源,今天老师就带了一瓶海水到课堂上来,大家应该知道,海水的滋味是既带有咸味又带有一点苦味的,这和海水中的成份有关我们已经知道海水中含有大量氯元素,那末,我们要如何检验海水中存在氯离子呢?[学生]向海水中滴加用稀)酸化了的溶液,如果有白色沉淀产生,说明有氯离子HNC3AgNC3[实验演示]展示一瓶海水,取适量海水到试管中,滴加用稀酸化了的溶液,让同HNO3AgNC3学们观察现象[过渡]海水中既然有丰富的氯元素,那末我们是否可以从海水中提取氯气呢?氯气在工业上有广泛的用途,而海水资源又是非常丰富的,如果能从海水中制备氯气,那对我们人类来说可是一笔不小的财富[多媒体演示]工业制取氯气的方法和离子交换电解槽[教师]这种电解食盐水的方法工业上称为“氯碱工业”今天我们就要在课堂上做这个工业上电解饱和食盐水制备氯气过程的摹拟实验[板书]
二、氯气的工业制法——电解饱和食盐水[实验演示]如教材页电解饱和食盐水的装置图所示组装实验装置(中间加一只电流表)接40通电源[教师]接通电源后,同学们观察到了什么现象?[学生]
①电流表指针发生了偏转
②两个电极上都有气泡产生问题电流表指针发生偏转,说明电路中有电流存在,那末溶液中电流是怎么产生的呢?[提示]1初中我们学过,闭合回路里导体中的电子定向挪移产生电流,但现在,我们的闭合回路是由金属导体和饱和食盐水共同构成的,饱和食盐水是怎样导电的呢?饱和食盐水中存在带点微粒吗?[学生]可能是氯化钠溶于水后发生电离,溶液中存在自由挪移的阴、阳离子,在电场作用下,发生定向挪移,溶液中就形成为了电流[教师]没错那末饱和食盐水通电后溶液中到底有怎样的变化?溶液中挪移的阴、阳离子又是什么呢?问题两个电极上都有气泡产生,请同学们斗胆猜想,两极上产生的气体可能是什么?2[学生]可能是氢气、氧气、氯气[教师]要知道两极产生的究竟是什么气体,就需要进行验证,先请两位同学分别从两极采集一试管的气体阴极的产生气体用向下排空气法取,阳极产生的气体用向上排空气法取并指导学生正确的实验操作,用拇指堵住试管口大家观察两种气体有何不同?[学生]阳极产生的气体呈黄绿色[多媒体演示]信息提示氯气是一种黄绿色、密度比空气大、有刺激性气味的有毒气体加压条件下易液化氯气能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色[教师]从给出的信息中,我们知道了氯气是一种黄绿色气体,所以显然,阳极产生的气体是氯气而氯气密度比空气大,这也正是我们用向上排空气法采集氯气的缘故除此之外,氯气还有一种特殊性质能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色请这位同学用这张湿润的淀粉碘化钾试纸来验证一下[教师]除此之外,我们还可以根据给出的提示中哪个信息来检验它的特殊性?[学生]氯气有刺激性气味[教师]没错,氯气是一种有刺激性气味的有毒气体,所以我们在闻其气味的时候要将气体离自己的地方,并用手轻轻将气体往自己的方向扇动20cm[教师]那末我们如何来验证另一支试管中的气体是氢气还是氧气呢?如果是氢气,我们要如何来验证?请这位同学来自己想办法验证手中试管中气体是不是氢气[学生]将试管移近点燃的酒精灯,松开拇指,有轻微爆鸣声(如果没有,可以提示学生再重新采集一试管气体)[教师]所以阴极产生气体是氢气问题为什么产生氯气的一极要将产生的气体由导管通入溶液呢?3NaOH[学生]刚才提到氯气是一种有毒气体,这个装置可能是为了吸收氯气[教师]是的,氯气作为一种有毒气体不仅会伤害人体也会污染空气,为了避免氯气排放到空气中要设计这样的尾气吸收装置,但为什么我们要用溶液来吸收氯气呢?NaOH[学生]可能是翕和发生反应CI NaOH[教师]没错,和溶液作用生成除了还生产了什么呢?请同学们试着写一下NaOH NaCIO,NaCIO反应方程式[板书]、氯气溶于2NaOH2NaOH+CI=2NaCI+NaCIO+H O22问题假如通电时间足够长,溶液中全部转化为溢出,此时溶液中存在什么离子4ci-q[学生]Na+[教师]除了还存在什么离子?溶液是显电中性的,根据电荷守恒,一定还会有其它阴离子来Na+中和的正电荷,大家推想一下,与共存的阴离子可能是什么?Na+Na+[提示]原溶液中含有电解产生的是氢气和氯气,那末溶液中最有可能存在的阴离子是NaCL HO,什么?[学生]展开讨论,得出结论可能是-[教师]那末我们用实验来验证这一想法[实验演示]关闭电源,打开形管两端橡皮塞,向两端口溶液中分别滴加滴酚醐溶液,观U1〜2察颜色变化[学生]阴极一方的溶液变红了[教师]我们可以根据这一现象得出结论电解产生了吗?NaOH[学生]有人说能,有人说不能,只能说明溶液显碱性,各抒己见[教师]联系反应之前的原溶液中,惟独这一种溶质,所以电解只能产生这一种碱性NaCI NaOH溶液根据上述探索过程,我们对电解饱和食盐水的现象做一个整理[多媒体演示]实验现象实验结论发生了化学反应两极产生气形管的两端产生气泡1U体阴极产生的气体挨近酒精灯听到阴极产生了氢气2轻微爆鸣声阳极产生的气体呈黄绿色,使淀阳极产生了氯气3粉碘化钾试纸变蓝溶液加酚酸变红溶液显碱性,生成4NaOH[教师]根据上述实验现象和结论,同学们可以自己写出电解氯化钠溶液的反应方程式吗?[板书]、电解方程式22NaCI+2H0=^2NaOH+H t+CI t222阳极产物ci2阴极产物H/n NaOH[教师]在书写反应方程式的时候要注意加之通电的条件温和体符号上述方程就是工业上生产氯气的原理,无非在实际生产中规模要大得多,而且还有不少细节在我们这个简易的摹拟装置中都没有考虑,大家思量一下,如果工业上使用这样的装置制备氯气存在怎样的缺陷?[学生]也和混合会引起爆炸Cl2[教师]没错,所以在实际生产中使用的是离子交换膜电解槽,阳离子交换膜只允许通过,而Na+、温和体则不能通过,这样既能防止阴极产生的也和阳极产生的混合而引起爆炸,也能Cl-0H-Cl2避免另一个问题的产生和溶液作用生成而影响烧碱的质量[小结]在知道了“氯Cl NaOHNaC碱工业”的反应原理与产物之后,我们就不难理解这种工业制氯气的方法为什么要叫做“氯碱工业”了,因为其产物有氯气和烧碱,因此而得名关于“氯碱工业”的细节,我们在以后的课程中还会细讲,这里就不做过多解释了内容
三、氯气的实验室制法[过渡]工业上制氯气用的是电解的方法,由此可以得到大量氯气那末,我们在实验室是如何制得少量氯气的呢?这还要追溯到世纪,请同学们阅读大屏幕上的化学史话“氯的发现,从中你17能得到哪些信息?[多媒体展示]舍勒是世纪中后期欧洲的一位相当出名的科学家,他从少年时代起就在药房当18学徒,他迷恋实验室工作,在仪器、设备简陋的实验室里他做了大量的化学实验,涉及内容非常广泛,发明也非常多,他以其短暂而勤奋的一辈子,对化学做出了突出的贡献,赢得了人们的恭敬舍勒发现氯气是在年,当时他正在研究软铸矿(二氧化镐),当他使软钵矿与浓盐酸混1774合并加热时,产生了一种黄绿色的气体,这种气体的强烈的刺激性气味使舍勒感到极其难受,但是当他确信自己制得了一种新气体后,他又感到一种由衷的快乐舍勒制备出氯气以后,把它溶解在水里,发现这种水溶液对纸张、蔬菜和花都具有永久性的漂白作用;他还发现氯气能与金属或者金属氧化物发生化学反应从年舍勒发现氯气以后,到年,许多科学家先后对这种气体的性质进行了研究这17741810期间,氯气向来被当做一种化合物直到年,戴维经过大量实验研究,才确认这种气体是由1810一种化学元素组成的物质他将这种元素命名为有“绿色的”意思我国早年的译文将其chlorine,译作“绿气后改为氯气[学生]自主阅读,交流讨论
①氯气是一种有强烈刺激性气味的黄绿色气体;
②氯气水溶液对纸张、蔬菜和花都具有永久性的漂白作用;
③氯气能与金属或者金属氧化物发生化学反应;
④年舍勒发现了氯气,年英国化学家戴维对这种气体的性质进行了详细的研究,才确认17741810它是由氯组成的;
⑤用软锦矿与浓盐酸混合并加热可以制得氯气;
⑥,…[教师]同学们都从这段话中提取了不少的信息瑞典化学家舍勒在研究软铺矿时,把浓盐酸与软铸矿混合在一起加热,意外的发现了这种黄绿色、具有漂白作用的气体,但直到年,戴维才通1810过大量的实验确认了这种气体的组成从中我们也可以看出,化学发展的道路是缓慢而艰辛的,并且化学研究是建立在大量实验基础上的止匕外,同学们还从中得到了一种制备氯气的方法,就是利用软镒矿的主要成份与浓盐酸混合并加热来制得,舍勒的这一无意发现正是后人在实MnO——2验室用来制取少量氯气的方法,请同学们看书上页与浓盐酸反应的化学方程式,生成的是41MnO2这就是实验室制取氯气的原理[板书]
三、实验室制氯MnCIClH OO
222、原理(1MnO+4HCI^r^=lVlnCI+CI t+2H O2222[教师]在方程式的书写时要主要浓盐酸要写明“浓”,氯气的气体生成符号和加热符号不能漏接下来我们就来看看这个实验室制取氯气方法的具体过程[多媒体展示]用浓盐酸和二氧化镒反应制备氯气的实验演示视频[教师]在实验演示过程中请同学们子细观察实验的现象,以及实验装置是由哪几部份组成的?每部份的作用分别是什么?[多媒体展示]浓盐酸和二氧化镒反应制备氯气实验装置图[提问]请同学们回顾在初中是否浮现过类似装置?[学生]制取和的装置H2C02[教师]有同学们说这个装置与制取口的装置类似,能说出它们类似之处在哪里吗?H,CO2[学生]气体发生装置类似,都是液体滴加到固体中[教师]没错,这个反应与同学们熟悉的制取和的方法一样,都是将液体滴加到固体中,H2CQ可以用长颈漏斗和烧瓶用橡胶塞连接来实现,但是制取的发生装置和的发生装置又有Cl2H.CO22不同之处,是在哪里?[学生]这个反应需要加热[教师]用浓盐酸和二氧化镒反应是在加热的条件下进行的,所以这个反应还要添加加热装置——酒精灯反应产生的气体则通过导管连接到集气瓶这个装置采用的是何种采集方法?为什么呢?[学生]用的是向上排空气法,因为氯气密度比空气大[教师]请同学们子细观察装置中进气导管在集气瓶的哪个位置?[学生]导管通入了底部,这是为什么呢?[教师]同学们对此提出了疑问,为什么在氯气的采集装置中,导管要通入到集气瓶底部?这还是要从氯气密度比空气大这一角度出发进行思量,大家想一想,是不是惟独将进口管插入瓶底才可以保证氯气能充满整个集气瓶呢?[学生]思量后恍然大悟[追问]那末我们又要如何知道氯气有没有采集满呢?[学生]这个简单,只要看颜色就行了[教师]是的,这是一种好办法,氯气是黄绿色气体,我们可以通过观察颜色是否充满集气瓶就可以知道氯气有没有集满了,那除此之外呢?联系刚才电解饱和食盐水的实验中,我们用来检验氯气的方法[学生]用淀粉碘化钾试纸![教师]对,我们可以用湿润的淀粉碘化钾试纸置于瓶口,如果变蓝,就说明气体已经采集满了那除了用向上排空气法采集氯气之外,这里再介绍此外一种氯气的采集方法一一排饱和食盐水法[多媒体展示]用排饱和食盐水的方法采集氯气示意图[教师]这个采集装置利用的则是氯气能溶于水却微溶于饱和食盐水的性质学习了氯气的收集方法后,大家耍注意将它与也、的采集方法区分开来心密度比空气小、不溶于水所以可以采CO用向下排空气法和排水法;密度大于空气、微溶于水所以普通采用向上排空CO2气法这些气体的采集装置的不同都是根据气体性质的不同而设计的[追问]从集气瓶出来我们看到导管还通入了一个盛有溶液的烧杯,这又是为什么呢?我们NaOH不是已经采集到想要的气体了吗?刚才在视频观看实验进行过程中,大家看到烧杯中有何现象?[学生]
①烧杯中有气泡,多余的氯气通入了盛有溶液的烧杯;NaOH
②氯气有毒,这个装置是为了吸收多余的氯气[教师]同学们都回答的很好,在实验中不免会产生多余的氯气,所以我们要在最后设计这样的尾气吸收装置,吸收多余的氯气以免它逃逸到空气中这里我们利用的反应正是刚才所提到的工业上使用离子交换膜电解槽要避免发生的通入生成的反应CI NaOHNaC[板书]发生装置浓盐酸”+MnI采集装置向上排空气法/排饱和食盐水验满方法用湿润的淀粉碘化钾试纸尾气处理溶液NaOH【知识回顾,联系生活】通过今天这节课的学习,我们知道了科学家在氯气发现的过程中并非一帆风顺的,科学的探索之路是艰辛的我们还知道了从海水中提取氯化钠的方法,以及电解饱和食盐水制取氯气的工业制法,认识到海水资源对我们来说是十分重要的自然资源,人们对海洋资源的开辟并没有到尽头,还有大量的海洋中丰富的资源等着我们去开采利用,而这就需要同学们学好科学知识,将来为人类的发展做出贡献!
七、形成性练习、根据“氯碱工业”的原理,氯碱厂的原料和产品的性质,你认为在生产过程中和储运时应注意1哪些问题?氯碱厂的厂址应该如何选择?、氯气的实验室制法21实验原理_____________________________________________实验装置气体制备型化学实验装置的设计,要将化学反应原理、气体净化、采集和尾气处理2等结合起来
①填写装置中试剂及仪器名称ABCD F
②其中的作用是除去中的;的作用是除去中的C ClD Cl22o
③该装置中采集外使用的是还可用排___________________________的方法,原因是
④其中的作用是Fo
⑤检验与是否采集满可用放在集气瓶口,若试纸,则证明已集满
八、板书设计氯气的生产原理§
2.
1.1
一、氯化钠的获取和使用
二、氯气的工业制法——电解饱和食盐水、尾气吸收12NaOH+CI=NaCI+NaCIO+H O
22、电解方程式2一皿2NaCI+2ZNaOH+H t+CI t2阳极产物ci2阴极产物也和NaOH
三、实验室制氯、原理)(浓厂1MnC2+4HCI J/InCV t+2H O
2、发生装置浓盐酸)2+MnC2I采集装置向上排空气法/排饱和食盐水验满方法用湿润的淀粉碘化钾试纸尾气处理溶液NaOH。