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化学科--王穗芳老师公开课 首页-教学科研
 
王穗芳个人简介:
中学化学高级教师,广州市优秀教师,广东省名班主任讲师团成员,广州市第二批中小学骨干教师,广州市教育局教学研究室学科高考研究组成员,华南师范大学“4+2”模式教师教育兼职硕士研究生导师。辅导学生参加各类化学竞赛,曾获中国化学会、广东省、广州市化学教研会颁发竞赛优秀辅导教师称号。
 
 
教育部办公厅高中化学“国培计划”(2012)观摩课
 
 

高三化学“化工生产流程”专题复习

——《核心反应的确定与工艺分析》教学设计
 
www.w88ka.com 王穗芳
 wangsuifang@163.com
 
2012-11-21
 
 
高三化学“化工生产流程”专题复习教学设计
——核心反应的确定与工艺分析
                             www.w88ka.com  王穗芳   
 
一、教学分析
1、考点解读
了解科学、技术、社会的相互关系(如化学与生活、材料、能源、环境、生命过程、信息技术的关系等。)知道在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性。
2、试题特点
   化工流程题是一类极具特色和前景的高考新题型,能很好体现新课程标准和《考试说明》的要求,因此广东高考试题中几乎每年都出现。[[1]]这类题信息量大,情境新,试题往往以真实的工业生产作为背景,总是希望通过生产实际、社会现实和研究前沿等背景给出一定容量的信息,融入相关的知识与考点,考查学生对知识的掌握和运用能力。这类题目的综合性强。
3、能力要求
化工流程题重在考查学生对元素化合物知识、化学反应原理、实验中分离提纯相关知识的掌握程度,年年必考而又常考常新。对学生而言,陌生度大,综合能力要求高,要求同学们既要熟知工业生产的基本原理,又要对流程图中所给出的信息进行提取、筛选,对同学的学科能力要求较高。
4、学生分析
教学对象为高三理科班学生,学生已经初步完成了元素化合物、部分化学原理的复习,初步具备了解决此类题目的基本知识和基本原理。
学生解决本类题的困难现状:
1、具备一定的基础知识和基本原理,但对知识情景化的应用能力有所缺失。
2、知道分析的一般步骤,但整体性把握较弱,分析思维方法不够优化,耗时过长。
3、具备一定的做题经验,但不能处理新情景新信息,解题方法不熟练,答题不规范 。
总体表现:对根据工艺流程图回答问题的能力比较弱,对化学知识情景化的应用反映出对化学基础知识的掌握有所缺失。
目前学生对待本题的心理状况:不熟悉解题方法;解题信心不足。同时本类题在理综考试试题中的特殊位置,常常在32题,接近物理大题,学生急于完成转到物理题;时间不够,可能想放弃;非常紧张,不能静心阅读,所以本部分对学生应试心理要求较高。
二、教学目标
1、知识与技能
能力技能:化繁为简,初步掌握审题和读图的方法:找出流程的最核心反应,分析工艺每个环节的目的和结果。优化解题思维,学会提取信息,培养较强心理素质。
知识技能:巩固元素化合物基本知识;学会核心方程式的准确书写,包括沉淀反应方程式的书写、氧化还原反应方程式的书写和配平、非氧化还原方程式的书写等
2、过程与方法
(1)通过讨论,归纳、梳理、整理知识,优化解题思维,培养对流程题基本解题方法的归纳能力。
(2)通过有梯度的生产流程的习题训练,培养逻辑思维能力和信息提取能力。
3、情感态度与价值观
(1)通过对科学、技术、社会的相互关系的了解,激发对化学技术的兴趣,体会化学对人类生活和生产所起的重要作用。
(2)培养理论联系实际的能力,会结合生产实际进行科学分析及信息提取。
(3)形成解题方法,树立信心,调节好应试心理。
 
三、教学重点与难点
教学重点优化解题思维,学会提取信息,培养较强心理素质。
教学难点:流程新情境的适应与新信息的提取,解题应变能力。
 
四、教学设计思路
Ø         思路设计
纵观2008年至2011年高考广东卷化学试题.与化工生产实际相联系的“无机工业流程图”题目,年年必考,已成为高考的一种主流题型。2010年实施新高考以来,此题得分率50%(2010)、39.8%(2011),反映出学生“元素及其化合物知识薄弱”、“根据工艺流程图回答问题的能力差”。[[2]]
     1 20082011年高考广东卷考化学“无机工业流程题”题目统计与分析
广东高考
题号
分值
省平均分
难度
考查载体
主线
2008
19
11
5.57
难度适中(0.51
流程图
 物质
2009
22
12
6.88
难度适中(0.57
流程图
分离操作
2010
32
16
8.02
难度适中(0.50
流程图
分离操作
2011
32
16
5.9
难度较大(0.37
流程图
分离操作
 
在本节复习中,通过找出流程中的核心反应,,初步掌握审题和读图的方法,学会分析工艺每个环节的目的和结果,巩固元素化合物基本知识,以解决“根据工艺流程图回答问题的能力差”问题。
图1 “无机工业流程图”题目框架分析思路[1]
Ø         复习策略设计
本次教学采用学生“掌握学习模式”(mastery learing),[[3]]学生为主体,以集体教学为基础,辅以及时的反馈,为学生提供所需的个别化帮助以及所需的必要学习时间,从而使大多数学生达到教学目标所规定的掌握标准。其基本程序为:设计教学目标----诊断性评价----团体教学----形成性训练----已掌握者进行巩固性、扩展性学习或未掌握者接受矫正----进入下一内容的循环。
教学前初步确定教学目标,通过“课前导练”、“课前诊断”对学生问题进行有效诊断,防止将臆想的问题强加给学生,达到复习的有效性与高效性。课堂上呈现学生问题及思维,发挥学生的主体性,引导归纳解题方法的优化与提炼,再通过巩固拓展训练深化解题思路与方法,最后由学生针对流程设计问题,通过问题自编互评,调动学生思维。
  
化工生产流程专题“掌握学习”过程模式图
 
具体以2011年广州一模、2010年广东理综高考流程改编题为课前导练,引出流程解题分析步骤,确定核心反应。通过导练前测,学生书写解题感悟、困难,诊断暴露学生问题与迷思。课堂呈现学生迷思,集体研讨,形成解题意识:“审题——读图——析设问”。以2012福建(应变)、广东高考题(拓展)为变式,落实解题方法,让学生针对流程提出问题,发散思维,提升解题能力。
 
 
五、教学流程图
 

学生思路、问题、方法呈现与评价展示质疑评价 

导学案分析
1、解流程有方法,但无把握或“很难说,看题目而定”
不太有把握的题
 
2、 某些步骤的目的和作用不了解
 
归纳解题工具
流程图精简化
分析阶段化
3、一些新颖的题目感觉无从下手,耗时较长
 
流程所用的主要原料
 
c(Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+2c(CO32-)+c(OH-)
 
 
 
流程的目标产品
c(Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+2c(CO32-)+c(OH-)
 
 
 
流程的核心反应
c(Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+2c(CO32-)+c(OH-)
 
 
 
审题要领
 
 
调查收集归纳问题
 
思考方法
 
 
作答规范
 
 
 
12福建理综12广东理综变式
 
 
迷思诊断
变式迁移与
提升
高考题演练
 
归纳总结
拓展铺垫
归纳总结
 
拓展引入
 
原料处理→分离提纯→核心反应→获得产品
 
副产品及循环利用物质的判断
学生汇报交流
 

 

 
 
六、教学过程
【环节一】——创设诊断问题情景,产生共鸣
教师活动
学生活动
设计意图
【导学案预习汇报】
组织学生完成课堂互动
请结合课前导练的试题1、2,说说你对化工流程图的分析方法?目前解题你存在的困惑有哪些?解题的心得体会有什么?
【学生思维展示】
学生找出大题干的原料和目标产品,确定核心反应。把思路、问题、方法呈现并进行评价
 
 
初步训练学生审题习惯,优化解题思维。通过师生、生生对话、评价,增加课堂的思维容量,体现学生的主题作用
 
【迷思诊断与反馈】
面向全班学生调查,收集同学们在完成“化工生产流程(一)”导学案中的困惑问题。
播放学生在完成学案中感到困惑所列出问题的照片。
学生在学案完成后写出自己关于“化工生产流程(一)”导学案中遇到的困惑及解题的心得,然后上交。
对所列的困惑表示认同,带着问题进入课堂学习。
诊断暴露,针对学生存在问题,构建高效益的高三复习课模式。
解决复习课的诊断方式,课前对学生问题进行有效诊断,防止将臆想的问题强加给学生,浪费了课堂时间,避免造成低效课堂。
【提炼解题方法】
做题体会:
【归纳】
1、大题干:原料、目标产品
2、流程图:确定核心反应
化繁为简,学会归纳。初步掌握审题和读图的方法。优化解题思维。
【方法提炼与小结】审题读图定核心
工艺除杂纯产品
精读问题细解题
答题表述要规范
原料——核心反应——产品
         除杂分离
整体分析,优化思维
优化思维分析,归纳解题方法
 
 
 
 
 
 
【环节二】——活化试题呈现方式,巩固反馈,实现复习效益
教师活动
学生活动
设计意图
【应变】若工艺中出现陌生物质如何处理?
【拓展训练1】(2012福建)(3)酸浸法制取硫酸铜的流程示意图如下:
(1)步骤(i)中Cu2(OH) 2CO3 发生反应的化学方程式为            
(2)步骤(iii)、(iv)的作用是                   
(3)在步骤(iii)发生的反应中,1 mol MnO2转移2 mol 电子,该反应的离子方程式为                  
【做题反思】:
优化思维方式分析本流程。
 
 
【小结】
原料处理→(分离提纯)核心反应→获得产品。
 
 
学会应变流程中出现的陌生物质,掌握主线与核心。
 
 
审题读图定核心
工艺除杂纯产品
精读问题细解题
答题表述要规范
 
【拓展】根据题干,同学们根据核心反应及除杂提纯二个角度设计问题考查。
【拓展训练2】(2012广东)难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”,在水中存在如下平衡: K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s)  2Ca2+ + 2K+ + Mg2+ + 4SO42— + 2H2O
为能充分利用钾资源,用饱和Ca(OH) 2溶液浸杂卤石制备硫酸钾,工艺流程如下:
(1)本流程的原料有:    ,目标产物是         
(2)本流程的核心步骤是什么?               
【思考】:根据题干,同学们根据核心反应及除杂提纯二个角度设计问题考查。
 
根据试题分析方法,分析拓展训练2。
发散思维,问题自编问题,相互评价。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
审题、读图,设问题,拓
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
学会分析,学会提问,规范答题展学生思维
【拓展小结】
问题设置角度及做题技巧:
1)问成分:(滤渣或者溶液)
2)问除杂:(怎样除和除什么?)
3)写方程:(氧化还原、水解、复分解)
4)问原因:(结合化学反应原理,
              如速率和平衡、电化学等)
归纳整理
 
 
 
【环节三】——总结巩固,思路强化
教师活动
学生活动
设计意图
【工艺流程分析小结】
(1)整体分析,优化思维:
         审题:找原料,找目标产品,
         读图:确定核心反应。
(2)其他工艺目的分析:
         工艺目的:为产品服务,除杂提纯。 
归纳整理
总结巩固,强化提升解题思路
 
 
【环节四】——设疑铺垫,承上启下(备用)
教师活动
学生活动
设计意图
 
【深化】对比分析1、2;可发现流程图的变化。
得出规律:
主线主产品,分支副产品,回头为循环
 
若流程较为复杂,如何确定核心反应和进行工艺分析?
【课后巩固3(10四川)四川攀枝花蕴藏着丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣(主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3,Ti的最高化合价为+4)做原料,生成白色颜料二氧化钛的主要步骤如下:
请回答下列问题:
(1)硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是       
(2)向滤液I中加入铁粉,发生反应的离子方程式为:                                      
3)在实际生产过程中,向沸水中加入滤液Ⅲ,使混合液pH0.5,钛盐开始水解。水解过程中不断通入高温水蒸气,维持溶液沸腾一段时间,钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。过滤分离出水合二氧化钛沉淀后,将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、             (填化学式),减少废物排放。
从产物的分类,物质的使用等特点分析
 
分析思路:全局性分析:确定核心反应?若出现目标产品外的物质如何分析?(副产品与可循环物质)
 
确定分析思路,强化解题规律。
 
 
 
七、本节教学反思
1、“掌握学习模式”(mastery learing)对学生的学习效果达成学习目标。
2、力求体现新课程理念:预设与生成的关系;主体与主导的体现
3、注重体现教学环节与目标的一致性。
(1)注重环节设计,突出复习导向
(2)注重例题呈现,强调方法指导
(3)注重反馈多样,体现思维深度
4、符合高三复习课特征:实效性与思维养成;容量性与能力培养。
 
八、本节教学创新点
1、迷思诊断:课堂前测,高考题变式与类two-tier形式诊断学生工业流程解题迷思;
2、“掌握学习”复习模式:具有实效性、针对性的高三复习模式,发挥学生能动性,实现高三复习课堂高效性。
3、问题自编:学生自编问题,发散思维,深度思考,培养学生提问能力。
 
九、参考文献
[1]王穗芳.“框架”统筹全局 “环节”细致分析----新高考模式下“无机工业流程图”题目的备考与研究[J].教育导刊,2011:89-92.
[2]广东省考试中心.广东高考年报(2011)[M].广州:广东高等教育出版社,2011.
[3]扈中平,李方等.现代教育学(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2005:301-302.
 
十、附录
 
2013届高考化学复习专题化工生产流程(一)
1、课前导练
1.(11广州一模31)亚氯酸钠(NaClO2主要用于棉纺、造纸业的漂白剂,也用于食品消毒、水处理等,亚氯酸钠受热易分解。以氯酸钠等为原料制备亚氯酸钠的工艺流程如下:

NaClO3

 
H2SO4
溶解
 
SO2
反应2
 
H2O2、NaOH
减压蒸发55℃
 
冷却结晶
 
粗产品
反应1
 
ClO2
 
母液
 

 

 
 

(1)本流程的主要原料是:               ,目标产品是              
(2)核心反应是哪一步:          。 有关的反应方程式是:
                                                  ,氧化剂是              。                        
(3)从“母液”中可回收的主要物质是_________。
 
2.(2010广东)碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。以β-锂辉石(主要成分为Li2O·Al2O3·4SiO2)为原材料制备Li2CO3的工艺流程如下:

β-锂辉石

 
浸取锂
浸出液
浸出渣
除杂
滤液
滤渣
蒸发浓缩
沉淀
碳酸锂
母液
硫酸
饱和碳酸钠溶液

 

已知:Fe3、Al3、Fe2和Mg2以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和12.4;Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303 K下的溶解度分别为34.2 g、12.7 g和1.3 g。
 
(1)本流程的主要原料是:              ,目标产品是              
杂质有:                                                     
(2)制备的核心反应是哪一步:    。写出相关的离子方程式为                       
(3)为了得到较纯产品,必需进行                 操作。具体操作是:
①步骤Ⅰ中,酸浸后得到的酸性溶液中含有Li+SO42-,另含有Al3+Fe3+Fe2+Mg2+Ca2+Na+等杂质,需在搅拌下加入                 (石灰石氯化钙稀硫酸)以调节溶液的pH6.06.5,可除去部分杂质离子,浸出渣的主要成分是             ,然后分离得到浸出液。
②步骤Ⅱ中,将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中,可除去的杂质金属离子有                
(4)从母液中可回收的主要物质是                     
2、课前诊断
【做题反思】:通过以上流程题的分析解题,你对化工流程图题的解题感悟是:
 
1、你完成流程图题的时间大约是:
A.5min以内        B.5~10min       C.10~15min      D.15min以上    
 
2、你对自己解流程题的总体感觉是:(选择选项并填空)
A.有方法,把握较大。原因是:                                                          
                                                                                   
B.有方法,但无把握。原因是:                                                            
                                                                                    
C.很难说,看题目而定。不太有把握的题如:                                                  
                                                                                  
D.思路较乱,不知从何下手。
希望老师给予解题指导方向,如:                                                 
                                                                                 
3、请反思你解流程图题的困难有哪些:
4、你对解流程题有什么特别的体会(心得方法)吗?请简单写下来。
 
2013届高考化学复习专题化工生产流程(一)
     3、《核心反应的确定与工艺分析》学案
【拓展训练1】(2012福建)(3)酸浸法制取硫酸铜的流程示意图如下:
 
(1)步骤(i)中Cu2(OH) 2CO3 发生反应的化学方程式为                             
(2)步骤(iii)、(iv)的作用是                                         
(3)在步骤(iii)发生的反应中,1 mol MnO2转移2 mol 电子,该反应的离子方程式为                                                      
 
【拓展训练2】(2012广东)难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”,在水中存在如下平衡: K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s)  2Ca2+ + 2K+ + Mg2+ + 4SO42— + 2H2O
为能充分利用钾资源,用饱和Ca(OH) 2溶液浸杂卤石制备硫酸钾,工艺流程如下:
        Ca(OH)2溶液   滤渣                                                      母液 
(1)本流程的原料有:               ,目标产物是              
2)本流程的核心步骤是什么?                                   
【思考】:请同学们根据流程中的核心反应、除杂净化二个角度设计问题考查。
参考设问:①滤渣的主要成分有                              以及未溶杂卤石。
②“除杂”环节中,先加入          溶液,经搅拌等操作后,过滤,再加入
           溶液调滤液pH至中性。
③用化学平衡移动原理解释Ca(OH) 2溶液能溶解杂卤石浸出K+的原因:                      
                                                                    
 
 
【本课学习体会与小结】
【对比分析】:(铺垫设疑,承上启下)
此流程与其他对比,有什么不同?(从产物的分类,物质的使用等特点分析)
 
【课后巩固310四川)四川攀枝花蕴藏着丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣(主要成分为TiO2FeOFe2O3Ti的最高化合价为+4)做原料,生成白色颜料二氧化钛的主要步骤如下:
请回答下列问题:
1)硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是                                    
2)向滤液I中加入铁粉,发生反应的离子方程式为:                                                                       
3)在实际生产过程中,向沸水中加入滤液Ⅲ,使混合液pH0.5,钛盐开始水解。水解过程中不断通入高温水蒸气,维持溶液沸腾一段时间,钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。过滤分离出水合二氧化钛沉淀后,将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、
                                                (填化学式),减少废物排放。
 
 
 
 
参考答案
课前导练1:2H2O2 + 2ClO2 + 2NaOH 2NaClO2 + 2H2O + O2 氧化剂:ClO2  
3Na2SO4 
课前导练2:22Li++CO32-==Li2CO3
           3)①石灰石;SiO2、Fe(OH)3、Al(OH)3 ②Fe2+、Mg2+、Ca2+
4Na2SO4
【拓展训练1】:
(1)Cu2(OH) 2CO3 + 2H2SO4=2CuSO4+CO2↑+3H2O
(2)把Fe2+氧化成Fe3+、除去Fe3+
(3)MnO2+2Fe2+ + 4H+ = Mn2+ + 2Fe3+ +2H2O
 
【拓展训练2】:
参考设问:①滤渣的主要成分有                              以及未溶杂卤石。
②“除杂”环节中,先加入          溶液,经搅拌等操作后,过滤,再加入           溶液调滤液PH至中性。
③用化学平衡移动原理解释Ca(OH) 2溶液能溶解杂卤石浸出K+的原因:                      
                                                                    
 
(2)Mg(OH)2 CaSO4 K2CO3    H2SO4  
加入Ca(OH)2溶液,OHMg2+结合成Mg(OH)2Ca2+SO42—结合成CaSO4而析出,使平衡向右移动,杂卤石溶解浸出K+(留在滤液中)。(各2分)
                                                            
【巩固训练3】:1TiO2+2H2SO4=Ti(SO4)2+2H2OTiO2+ H2SO4TiOSO4+H2O   (2)
22Fe3+Fe=3Fe2     Fe+2H=Fe2+H2↑   (各2分,共4分)
3H2O FeSO4 H2SO4(答对1点给1分,共3分)
 


[[1] ]王穗芳.“框架”统筹全局 “环节”细致分析----新高考模式下“无机工业流程图”题目的备考与研究[J].教育导刊,2011:89-92.
[[2]] 广东省考试中心.广东高考年报(2011)[M].广州:广东高等教育出版社,2011.
[[3]] 扈中平,李方等.现代教育学(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2005:301-302.
 

 



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