利用本土资源 提升学科价值——以“氯化钠的制取和用途”为例

□韦艳蓉

（常州市金坛区华罗庚实验学校，江苏金坛 213200）

工业流程题由于其体现了真实有用的化学，在近年的中考中成了一道靓丽的风景线；又由于其情境新、融合大、考查广等特点成了广大学生的心头之痛，而教师们普遍采取一遍又一遍做题讲题的方法来应对。

全市公开课上，笔者精心设计，以“氯化钠的制取和用途”为线索，带领学生进行了化工流程题的专题复习。听课老师感慨化工流程题除了做、讲，竟然可以这样化难为易！现整理出来与同行共同学习。

一、主要教学环节

（一）氯化钠的制取

引入：国家4A级景区“东方盐湖城”，因“亚州最大盐都”——金坛盐矿而得名，这里的盐就是“氯化钠”。

介绍：我国食盐来源广泛、蕴藏丰富，按来源可分为海盐、井盐、湖盐和矿盐四种。

问题：如何从海水中获得NaCl？

展示:海水制盐视频

问题：通过海水晾晒可得粗盐，2018年5月18日，常州市进行了中考化学实验操作考查。其中有一个考查项目就是“粗盐的提纯”，请将主要操作填在图1中。学生顺利填图如图2。

图1 粗盐的提纯流程图

图2 学生“粗盐的提纯”流程图

分析：得到的精盐还不是纯净物，里面还含有可溶性的杂质。

【制取1】海盐制取

通过海水晾晒可得粗盐，粗盐除NaCl外，还含有 MgCl2、CaCl2、Na2SO4以及泥沙等杂质。以下是制备精盐的实验方案，各步操作流程如图3。

图3 制备精盐实验方案

（1）第①步粗盐溶解操作中要用玻璃棒搅拌，作用是___________。

（2）第②步操作的目的是除去粗盐中的___________（填化学式，下同）。

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

（4）在利用粗盐制备精盐过程的第⑥步操作中，加入适量盐酸的目的是___________。

（5）在制备精盐的过程中，氯化钡和碳酸钠溶液的添加顺序是否可以颠倒？_______，理由是___________。

（6）在第③步操作中，选择的除杂试剂不能用KOH代替NaOH，理由是__________。

解析：找出流程图中与我们所填图的不同之处并圈出来，写出化学方程式。学生圈出②③④⑥并写出各化学方程式。

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

写出主要反应后，其余的①⑤⑦即实验操作考查中的物理处理步骤，问题轻松解决。

答案：（1）搅拌，加速溶解；（2）Na2SO4；（3）CaCO3、BaCO3；（4）除去过量的 Na2CO3、NaOH；（5）不可以，若颠倒则不能除去过量的BaCl2；（6）会生成新的杂质KCl。

整理与归纳：解读流程题需理解并认识元素化合物的性质，写出重要步骤的化学反应方程式。

【制取2】矿盐制取

金坛区地下盐矿储量丰富，被誉为“亚洲最大盐都”的金坛岩盐矿位于境内西北部直溪、茅麓、薛埠3个镇范围内的丘陵地区，盐矿总面积达60.5平方公里，矿石储量为162.42亿吨，相当于两个半太湖的水重量，矿体品位高，厚度大，夹层少，全矿平均氯化钠含量达85%左右。同时埋藏深度在808.6～1236.84米之间，比较适中，岩盐层稳定厚度为143.66～237.32米，最大单层厚度为52.91米。作为公认的东部地区条件最好、综合指标最佳的大型岩盐矿床，金坛盐矿目前年开采量为60多万吨。开采食盐的方法是先在地上钻孔至盐层，再把高压水打进盐层，便能得到饱和食盐水。日产量可供200万人吃上一个月。开采过的矿井留下了硕大的封闭性好、能耐高压的穴腔。国家已将其作为“西气东输”工程的调峰储气库，这个储气库的日储气量将达到6.7×108m3。

矿盐制取的流程可简单表示如图4。

图4 矿盐制取流程

整理与归纳：化工流程题需关注流程中的基本操作。

【制取3】湖盐制取

（2013济南中考改编）生活在盐碱湖附近的人们有一句谚语“夏天晒盐，冬天捞碱”，请结合溶解度曲线图（如图5），说出这句谚语的原理是什么？

图5 Na2CO3和NaCl溶解度曲线图

盐湖获得的NaCl中含有少量Na2CO3，某兴趣小组的同学开展了测定湖盐中NaCl质量分数的探究实验，如图6。

图6 测定湖盐中NaCl质量分数

（1）操作1的名称是___________，M中溶质是___________（填化学式）。

（2）滴加CaCl2溶液应“过量”，否则会使测定的结果___________（填“偏大”或“偏小”）。

（3）该混合物中NaCl质量分数是多少？（写出解题过程，计算精确到0.1%）

解析：因为Na2CO3的溶解度随温度升高而增大,而NaCl的溶解度受温度影响较小；冬天气温较低温差较大,故析出的是Na2CO3晶体；而夏天气温高,当蒸发溶剂时,析出的主要是NaCl。

（1）过滤，NaCl和CaCl2。（2）偏大。（3）89.4%

整理与归纳：化工流程题既有定性问题，也有定量问题。

（二）氯化钠的用途

【用途1】氯碱工业

（2011无锡中考改编）以电解食盐水为基础制取氯气、氢氧化钠等产品的工业称为“氯碱工业”，它是目前化学工业的重要支柱之一。由于粗盐中含有少量 MgCl2、CaCl2、Na2SO4等杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。以粗盐为原料的“氯碱工业”流程如图7，该流程中可以循环利用的物质是什么？

图7 “氯碱工业”流程

解析：“氯碱工业”流程看起来比较复杂，其实可以看作两部分，其中一部分是对原料“氯化钠”的提纯。见图8。余下的部分类似于一道简单的框图转化题。

图8 对原料“氯化钠”的提纯

流程图中箭头指向的是生成物(包括主产物和副产物)，返回的箭头一般是被“循环利用的物质”，该流程中可以循环利用的物质是NaCl。

【用途2】制取金属钠

【用途3】侯氏制碱法

1926年，我国著名化学家侯德榜先生创立了侯氏制碱法，促进了世界制碱技术的发展，以从海水中提取出来的食盐为主要原料制取纯碱。图9是海水“制碱”的部分简单流程。根据信息回答下列问题。

资料：2NH4Cl+X=2NH3↑+CaCl2+2H2O

图9 海水“制碱”的部分简单流程

（1）在氨碱工业的历史上．如何处理流程中剩余的氯化铵溶液，出现了两种工艺：一是“索尔维法”．即在氯化铵溶液中加入物质X________，产生了可循环使用的氨气和大量固体废弃物氯化钙；二是我国化学家侯德榜发明的“联合制碱法”，即在氯化铵溶液中加入适量氯化钠晶体，降低了氯化铵的________，使氯化铵晶体单独析出得到另一种产品——氮肥．氯化钠溶液则可以循环利用，

（2）在氨碱工业处理剩余的氯化铵溶液时.为何不直接蒸发结晶析出氯化铵固体？答：__________。

（3）海水制碳酸氢钠反应的化学方程式为：__________________________。

（4）制氨盐水的过程中要先通入氨气，再通入二氧化碳。如果反过来，二氧化碳的吸收率会降低。这是因为___________________。

（5）试从绿色化学的角度简述侯氏制碱法的优点________________________。

解析：纯碱由碳酸氢钠热解制得，碳酸氢钠是中间产物。圈出本流程最核心的反应，如图10，即NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl，NH4Cl是副产物。核心反应的其余部分就是对氯化铵溶液的两种处理工艺。

图10 对原料“氯化钠”的提纯

答案：（1）Ca(OH)2、溶解度；（2）防止氯化铵受热分解；（3）NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl（4）氨气通入水中形成碱性溶液有利于二氧化碳的吸收；（5）副产物氯化铵可以循环利用，节约资源。

整理与归纳：书写核心反应要考虑质量守恒定律，注意定量问题。

二、认识化工流程题

化学工业流程题就是模拟、简化真实工业流程形成简洁的流程图形式，根据化学课程标准和考试说明要求，设计出符合学生认知的系列化学问题的一类试题[1]。

化学工艺流程一般可划分为前期的原料预处理、中期的核心反应和后期的产品分离提纯三个阶段，整个流程都需要控制反应条件为获取产品服务。分析流程图的规律是：主线主产品，分支副产品，回头为循环（如图11所示）[2]。

图11 流程图的规律

工业流程题常见考点：①生产的目的、设计的原理、生产流程的作用等；②化学反应条件控制的原理；③实验基本操作；④资源的回收和利用；⑤“绿色化学”生产、环境保护等。

学习建议：对于元素化合物及其转化内容的学习，一要重视应用化学反应原理去理解认识元素化合物的性质及应用；二要认识实现物质转化的反应和条件；三要将物质的转化与应用的知识与新情境问题相结合，做好以下几方面：（1）学会获取信息，如物质转化流程、图表等提供的信息，理解物质转化的全过程；（2）将已有知识与新情境知识相融合；（3）分析在特定情境条件下物质转化的原理和方法；（4）用规范的化学语言表示结果。

三、评价教学设计

（一）素材真，体现情境之美

开发本土化学教学资源，让学生真切体会到化学就在身边。从风景怡人的“东方盐湖城”入手展开对氯化钠制备和用途的研究。

工业流程如何选题？命题者以真实的化学工业生产为背景，从一个物质出发，以氯化钠为主线，以氯化钠的制备、用途分别设计工业流程。从三种制备方法说起，到氯化钠的三种应用。制备应用流程虽然复杂，但精选与初中知识紧密联系部分。通过对该工业流程背景的简化，再进行简约表述，编制成适合学生阅读的化学问题。充分体现了化学知识的应用性，让学生体会学有所用，充分认识“化学与人类的生产和生活密切相关，化学也正以其特有的价值影响或改变着人类的生产、生活和生存环境”。

（二）问题巧，体现探究之美

在工业流程专题上从学生角度出发进行了深入思考，将工业流程与学生实验考查的内容相结合，让学生在既有知识的基础上，对工业流程题有了更深的解读。从课堂状态观察，有了老师对工业流程题的解法指导，学生们对这类题目不再一头雾水，毫无头绪，而是有了质的提高和升华。

（三）活动实，体现思辨之美

如何写出核心的化学反应？它不仅是学习内容上的深度，而且能引发学生进行深度的思维，促进了学生的“深度学习”。

（四）构建好，体现逻辑之美

知识重构，迁移运用。氯化钠是本节课的明线，在深层次上还有一条解决化工流程题的思想方法上的暗线贯穿始终。几个例题下来在学生脑中形成了清晰完整的知识网络，构建思维导图，如图12所示。

图12 构建流程思维导图

（五）感悟多，体现创造之美

通过以氯化钠为线索，以源自生产生活的事实为背景的教学，既有主题的分析和拓展，又有题型的归纳和方法的提炼。在不知不觉中让学生正确理解到知识与社会发展的关系，感受到了化学工艺的魅力，感悟化学工艺在提高人们美好生活方面的价值[3]。

化学学习不是纸上谈兵，让学生认识“化学致力于利用自然资源、服务于生产和生活”的学科价值，以真实的工业生产作为背景的化工流程题是中考考试的趋势和必然。这对缺乏生活经验的学生而言，陌生度大，难度较大，但是只要我们能够探究命题特点，把握复习方向，精心设计，努力以教法引导学生学法的改变，定能化难为易。