利用本土資源 提升學科價值
——以“氯化鈉的制取和用途”為例

□韋艷蓉

（常州市金壇區(qū)華羅庚實驗學校，江蘇金壇 213200）

工業(yè)流程題由于其體現(xiàn)了真實有用的化學，在近年的中考中成了一道靚麗的風景線；又由于其情境新、融合大、考查廣等特點成了廣大學生的心頭之痛，而教師們普遍采取一遍又一遍做題講題的方法來應對。

全市公開課上，筆者精心設(shè)計，以“氯化鈉的制取和用途”為線索，帶領(lǐng)學生進行了化工流程題的專題復習。聽課老師感慨化工流程題除了做、講，竟然可以這樣化難為易！現(xiàn)整理出來與同行共同學習。

一、主要教學環(huán)節(jié)

（一）氯化鈉的制取

引入：國家4A級景區(qū)“東方鹽湖城”，因“亞州最大鹽都”——金壇鹽礦而得名，這里的鹽就是“氯化鈉”。

介紹：我國食鹽來源廣泛、蘊藏豐富，按來源可分為海鹽、井鹽、湖鹽和礦鹽四種。

問題：如何從海水中獲得NaCl？

展示:海水制鹽視頻

問題：通過海水晾曬可得粗鹽，2018年5月18日，常州市進行了中考化學實驗操作考查。其中有一個考查項目就是“粗鹽的提純”，請將主要操作填在圖1中。學生順利填圖如圖2。

圖1 粗鹽的提純流程圖

圖2 學生“粗鹽的提純”流程圖

分析：得到的精鹽還不是純凈物，里面還含有可溶性的雜質(zhì)。

【制取1】海鹽制取

通過海水晾曬可得粗鹽，粗鹽除NaCl外，還含有 MgCl2、CaCl2、Na2SO4以及泥沙等雜質(zhì)。以下是制備精鹽的實驗方案，各步操作流程如圖3。

圖3 制備精鹽實驗方案

（1）第①步粗鹽溶解操作中要用玻璃棒攪拌，作用是___________。

（2）第②步操作的目的是除去粗鹽中的___________（填化學式，下同）。

（3）第⑤步“過濾”操作中得到沉淀的成分有：泥沙、BaSO4、Mg(OH)2、__________。

（4）在利用粗鹽制備精鹽過程的第⑥步操作中，加入適量鹽酸的目的是___________。

（5）在制備精鹽的過程中，氯化鋇和碳酸鈉溶液的添加順序是否可以顛倒？_______，理由是___________。

（6）在第③步操作中，選擇的除雜試劑不能用KOH代替NaOH，理由是__________。

解析：找出流程圖中與我們所填圖的不同之處并圈出來，寫出化學方程式。學生圈出②③④⑥并寫出各化學方程式。

②BaCl2+Na2SO4=BaSO4↓+2NaCl

③2NaOH+MgCl2=Mg(OH)2↓+2NaCl

④Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓ +2NaCl；Na2CO3+BaCl2=BaCO3↓+2NaCl

⑥2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2O+CO2↑；HCl+NaOH=NaCl+H2O

寫出主要反應后，其余的①⑤⑦即實驗操作考查中的物理處理步驟，問題輕松解決。

答案：（1）攪拌，加速溶解；（2）Na2SO4；（3）CaCO3、BaCO3；（4）除去過量的 Na2CO3、NaOH；（5）不可以，若顛倒則不能除去過量的BaCl2；（6）會生成新的雜質(zhì)KCl。

整理與歸納：解讀流程題需理解并認識元素化合物的性質(zhì)，寫出重要步驟的化學反應方程式。

【制取2】礦鹽制取

金壇區(qū)地下鹽礦儲量豐富，被譽為“亞洲最大鹽都”的金壇巖鹽礦位于境內(nèi)西北部直溪、茅麓、薛埠3個鎮(zhèn)范圍內(nèi)的丘陵地區(qū)，鹽礦總面積達60.5平方公里，礦石儲量為162.42億噸，相當于兩個半太湖的水重量，礦體品位高，厚度大，夾層少，全礦平均氯化鈉含量達85%左右。同時埋藏深度在808.6～1236.84米之間，比較適中，巖鹽層穩(wěn)定厚度為143.66～237.32米，最大單層厚度為52.91米。作為公認的東部地區(qū)條件最好、綜合指標最佳的大型巖鹽礦床，金壇鹽礦目前年開采量為60多萬噸。開采食鹽的方法是先在地上鉆孔至鹽層，再把高壓水打進鹽層，便能得到飽和食鹽水。日產(chǎn)量可供200萬人吃上一個月。開采過的礦井留下了碩大的封閉性好、能耐高壓的穴腔。國家已將其作為“西氣東輸”工程的調(diào)峰儲氣庫，這個儲氣庫的日儲氣量將達到6.7×108m3。

礦鹽制取的流程可簡單表示如圖4。

圖4 礦鹽制取流程

整理與歸納：化工流程題需關(guān)注流程中的基本操作。

【制取3】湖鹽制取

（2013濟南中考改編）生活在鹽堿湖附近的人們有一句諺語“夏天曬鹽，冬天撈堿”，請結(jié)合溶解度曲線圖（如圖5），說出這句諺語的原理是什么？

圖5 Na2CO3和NaCl溶解度曲線圖

鹽湖獲得的NaCl中含有少量Na2CO3，某興趣小組的同學開展了測定湖鹽中NaCl質(zhì)量分數(shù)的探究實驗，如圖6。

圖6 測定湖鹽中NaCl質(zhì)量分數(shù)

（1）操作1的名稱是___________，M中溶質(zhì)是___________（填化學式）。

（2）滴加CaCl2溶液應“過量”，否則會使測定的結(jié)果___________（填“偏大”或“偏小”）。

（3）該混合物中NaCl質(zhì)量分數(shù)是多少？（寫出解題過程，計算精確到0.1%）

解析：因為Na2CO3的溶解度隨溫度升高而增大,而NaCl的溶解度受溫度影響較??；冬天氣溫較低溫差較大,故析出的是Na2CO3晶體；而夏天氣溫高,當蒸發(fā)溶劑時,析出的主要是NaCl。

（1）過濾，NaCl和CaCl2。（2）偏大。（3）89.4%

整理與歸納：化工流程題既有定性問題，也有定量問題。

（二）氯化鈉的用途

【用途1】氯堿工業(yè)

（2011無錫中考改編）以電解食鹽水為基礎(chǔ)制取氯氣、氫氧化鈉等產(chǎn)品的工業(yè)稱為“氯堿工業(yè)”，它是目前化學工業(yè)的重要支柱之一。由于粗鹽中含有少量 MgCl2、CaCl2、Na2SO4等雜質(zhì)，不符合電解要求，因此必須經(jīng)過精制。以粗鹽為原料的“氯堿工業(yè)”流程如圖7，該流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)是什么？

圖7 “氯堿工業(yè)”流程

解析：“氯堿工業(yè)”流程看起來比較復雜，其實可以看作兩部分，其中一部分是對原料“氯化鈉”的提純。見圖8。余下的部分類似于一道簡單的框圖轉(zhuǎn)化題。

圖8 對原料“氯化鈉”的提純

流程圖中箭頭指向的是生成物(包括主產(chǎn)物和副產(chǎn)物)，返回的箭頭一般是被“循環(huán)利用的物質(zhì)”，該流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)是NaCl。

【用途2】制取金屬鈉

【用途3】侯氏制堿法

1926年，我國著名化學家侯德榜先生創(chuàng)立了侯氏制堿法，促進了世界制堿技術(shù)的發(fā)展，以從海水中提取出來的食鹽為主要原料制取純堿。圖9是海水“制堿”的部分簡單流程。根據(jù)信息回答下列問題。

資料：2NH4Cl+X=2NH3↑+CaCl2+2H2O

圖9 海水“制堿”的部分簡單流程

（1）在氨堿工業(yè)的歷史上．如何處理流程中剩余的氯化銨溶液，出現(xiàn)了兩種工藝：一是“索爾維法”．即在氯化銨溶液中加入物質(zhì)X________，產(chǎn)生了可循環(huán)使用的氨氣和大量固體廢棄物氯化鈣；二是我國化學家侯德榜發(fā)明的“聯(lián)合制堿法”，即在氯化銨溶液中加入適量氯化鈉晶體，降低了氯化銨的________，使氯化銨晶體單獨析出得到另一種產(chǎn)品——氮肥．氯化鈉溶液則可以循環(huán)利用，

（2）在氨堿工業(yè)處理剩余的氯化銨溶液時.為何不直接蒸發(fā)結(jié)晶析出氯化銨固體？答：__________。

（3）海水制碳酸氫鈉反應的化學方程式為：__________________________。

（4）制氨鹽水的過程中要先通入氨氣，再通入二氧化碳。如果反過來，二氧化碳的吸收率會降低。這是因為___________________。

（5）試從綠色化學的角度簡述侯氏制堿法的優(yōu)點________________________。

解析：純堿由碳酸氫鈉熱解制得，碳酸氫鈉是中間產(chǎn)物。圈出本流程最核心的反應，如圖10，即NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl，NH4Cl是副產(chǎn)物。核心反應的其余部分就是對氯化銨溶液的兩種處理工藝。

圖10 對原料“氯化鈉”的提純

答案：（1）Ca(OH)2、溶解度；（2）防止氯化銨受熱分解；（3）NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl（4）氨氣通入水中形成堿性溶液有利于二氧化碳的吸收；（5）副產(chǎn)物氯化銨可以循環(huán)利用，節(jié)約資源。

整理與歸納：書寫核心反應要考慮質(zhì)量守恒定律，注意定量問題。

二、認識化工流程題

化學工業(yè)流程題就是模擬、簡化真實工業(yè)流程形成簡潔的流程圖形式，根據(jù)化學課程標準和考試說明要求，設(shè)計出符合學生認知的系列化學問題的一類試題[1]。

化學工藝流程一般可劃分為前期的原料預處理、中期的核心反應和后期的產(chǎn)品分離提純?nèi)齻€階段，整個流程都需要控制反應條件為獲取產(chǎn)品服務(wù)。分析流程圖的規(guī)律是：主線主產(chǎn)品，分支副產(chǎn)品，回頭為循環(huán)（如圖11所示）[2]。

圖11 流程圖的規(guī)律

工業(yè)流程題常見考點：①生產(chǎn)的目的、設(shè)計的原理、生產(chǎn)流程的作用等；②化學反應條件控制的原理；③實驗基本操作；④資源的回收和利用；⑤“綠色化學”生產(chǎn)、環(huán)境保護等。

學習建議：對于元素化合物及其轉(zhuǎn)化內(nèi)容的學習，一要重視應用化學反應原理去理解認識元素化合物的性質(zhì)及應用；二要認識實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的反應和條件；三要將物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與應用的知識與新情境問題相結(jié)合，做好以下幾方面：（1）學會獲取信息，如物質(zhì)轉(zhuǎn)化流程、圖表等提供的信息，理解物質(zhì)轉(zhuǎn)化的全過程；（2）將已有知識與新情境知識相融合；（3）分析在特定情境條件下物質(zhì)轉(zhuǎn)化的原理和方法；（4）用規(guī)范的化學語言表示結(jié)果。

三、評價教學設(shè)計

（一）素材真，體現(xiàn)情境之美

開發(fā)本土化學教學資源，讓學生真切體會到化學就在身邊。從風景怡人的“東方鹽湖城”入手展開對氯化鈉制備和用途的研究。

工業(yè)流程如何選題？命題者以真實的化學工業(yè)生產(chǎn)為背景，從一個物質(zhì)出發(fā)，以氯化鈉為主線，以氯化鈉的制備、用途分別設(shè)計工業(yè)流程。從三種制備方法說起，到氯化鈉的三種應用。制備應用流程雖然復雜，但精選與初中知識緊密聯(lián)系部分。通過對該工業(yè)流程背景的簡化，再進行簡約表述，編制成適合學生閱讀的化學問題。充分體現(xiàn)了化學知識的應用性，讓學生體會學有所用，充分認識“化學與人類的生產(chǎn)和生活密切相關(guān)，化學也正以其特有的價值影響或改變著人類的生產(chǎn)、生活和生存環(huán)境”。

（二）問題巧，體現(xiàn)探究之美

在工業(yè)流程專題上從學生角度出發(fā)進行了深入思考，將工業(yè)流程與學生實驗考查的內(nèi)容相結(jié)合，讓學生在既有知識的基礎(chǔ)上，對工業(yè)流程題有了更深的解讀。從課堂狀態(tài)觀察，有了老師對工業(yè)流程題的解法指導，學生們對這類題目不再一頭霧水，毫無頭緒，而是有了質(zhì)的提高和升華。

（三）活動實，體現(xiàn)思辨之美

如何寫出核心的化學反應？它不僅是學習內(nèi)容上的深度，而且能引發(fā)學生進行深度的思維，促進了學生的“深度學習”。

（四）構(gòu)建好，體現(xiàn)邏輯之美

知識重構(gòu)，遷移運用。氯化鈉是本節(jié)課的明線，在深層次上還有一條解決化工流程題的思想方法上的暗線貫穿始終。幾個例題下來在學生腦中形成了清晰完整的知識網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建思維導圖，如圖12所示。

圖12 構(gòu)建流程思維導圖

（五）感悟多，體現(xiàn)創(chuàng)造之美

通過以氯化鈉為線索，以源自生產(chǎn)生活的事實為背景的教學，既有主題的分析和拓展，又有題型的歸納和方法的提煉。在不知不覺中讓學生正確理解到知識與社會發(fā)展的關(guān)系，感受到了化學工藝的魅力，感悟化學工藝在提高人們美好生活方面的價值[3]。

化學學習不是紙上談兵，讓學生認識“化學致力于利用自然資源、服務(wù)于生產(chǎn)和生活”的學科價值，以真實的工業(yè)生產(chǎn)作為背景的化工流程題是中考考試的趨勢和必然。這對缺乏生活經(jīng)驗的學生而言，陌生度大，難度較大，但是只要我們能夠探究命題特點，把握復習方向，精心設(shè)計，努力以教法引導學生學法的改變，定能化難為易。