微项目 揭秘索尔维制碱法和侯氏制碱法（教学课件）化学鲁科版2019选择性必修1

第 3 章　物质在水溶液中的行为 揭秘索尔维制碱法和侯氏制碱法 ——化学平衡思想的创造性应用 鲁科版2019选择性必修一 体会侯氏制碱法的创新 2 1 知识导航 解读索尔维制碱法 知识导航 明·学习目标 1.通过认识制碱工业中复杂的多平衡体系，学会分析溶液中的微粒和平衡，理解平衡之间的相互影响，能根据实际需求选择调控平衡移动的方法。 2.通过了解工业制碱的原理，体会化学原理的巧妙应用，了解我国科学家对制碱工业作出的巨大贡献。 纯碱 引·新课导入 纯碱是重要的基础化工原料,其产量和消费量通常作为衡量一个国家工业发展水平的指标。 工业纯碱常用于制造玻璃、洗涤剂、建筑材料等。食用纯碱可用于食品工业,生产味精、作为食品添加剂等。 纯碱的工业之路 引·新课导入 1867年 比利时索尔维制碱法 中国侯德榜制碱法 1943年 1933年 法国路布兰制碱法 1789年 《纯碱制造》 01 解读索尔维制碱法 探·知识奥秘 项目活动1 解读索尔维制碱法 1．关键反应：NaCl＋CO2＋H2O＋NH3＝NaHCO3↓＋NH4Cl (1)实验步骤：用如图所示装置模拟索尔维法。锥形瓶中装有碳酸钙粉末，分液漏斗中装有稀硫酸，试管中装有氨盐水，并滴有酚酞溶液。用冰水浴降低试管内的温度。打开分液漏斗，观察二氧化碳通入氨盐水的现象。 2．模拟实验： (2)实验现象：随CO2的不断通入，溶液的红色逐渐 褪去后，溶液中出现白色沉淀。 探·知识奥秘 项目活动1 解读索尔维制碱法 ①NaHCO3可溶于水，为什么能得到NaHCO3沉淀？试用化学平衡的原理解释原因。 可溶性物质的溶解是存在限度的，当相应离子浓度过大时，可溶性物质也会析出，类似于沉淀溶解平衡。索尔维法通过增大c(Na＋)、c(HCO3－)，使平衡Na＋（aq）＋HCO3－ （aq) NaHCO3(s)的Q<K，平衡右移，产生沉淀。 (3)问题探究 ②为什么要先向饱和食盐水中通入氨气制得氨盐水，再通入二氧化碳？ CO2在水中溶解度较小，仅通入CO2难以获得足量HCO3－；NH3易溶于水，且能使H2CO3 H＋＋HCO3－平衡右移，使HCO3－浓度增大。 探·知识奥秘 项目活动1 解读索尔维制碱法 ③为什么酚酞完全褪色后才有沉淀逐渐析出？ 开始时2NH3·H2O＋CO2＝CO32－＋2NH4＋＋H2O，随着CO2通入，NH3·H2O消耗完后，生成的CO32－与CO2、H2O反应：CO2＋CO32－＋H2O＝2HCO3－，当c(HCO3－)增大至一定程度，产生NaHCO3沉淀。 ④在索尔维法中有哪些物质可以循环利用？ 反应2NaHCO3 Na2CO3＋H2O＋CO2↑产生的CO2气体及NH4Cl与石灰乳产生的氨气。 ∆ (3)问题探究 探·知识奥秘 项目活动1 解读索尔维制碱法 ⑤从平衡角度对索尔维法原理分析总结——形成解决实际问题的思路。 10 从平衡角度分析，如何增加NaHCO3晶体的析出量？ 先通NH3再通CO2 降低温度 增大c(HCO3-) 调控 温度 增大c(Na+) 饱和NaCl NaHCO3晶体析出 饱和NaCl NH3 H2O 物质组成 相互作用 作用结果 NaCl = Na++Cl- NH3 +H2O ⇌NH3 ·H2O ⇌ NH4++OH- 通入过量CO2 CO2 2HCO3- ⇌ CO2+ H2O + CO32- 析出NaHCO3晶体 探·知识奥秘 项目活动1 解读索尔维制碱法 3.索尔维法的优、缺点 优点： 1.原料(食盐和石灰石)便宜； 2.副产品NH3和CO2都可以循环使用； 3.制造步骤简单，适合于大规模生产； 4.产品纯度高。 缺点： 1.能量损耗高； 2.原料NaCl利用率低，不符合“绿色化学”的原则； 3.生成了用途不大的氯化钙(CaCl2)，毁占大量耕地，难以处理。 1．1892年比利时人索尔维以NaCl、CO2、NH3、H2O为原料制得了纯净的Na2CO3，该法又称氨碱法，其主要生产流程如下。完成下列填空： 析·典型范例 (1) 写出反应①中产生碳酸氢钠的离子方程式_________________________________。 (2)NaHCO3在水中溶解度较小，以沉淀形式析出，则图中③的操作名称____________。从绿色化学原料的充分利用的角度看，该方法有明显的缺陷(答一条即可)_________________________。 Na++NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4+     产物CaCl2没有利用上 过滤 过滤 02 体会侯氏制碱法的创新 探·知识奥秘 项目活动2 体会侯氏制碱法的创新 法 (1)索尔维法的食盐利用率低，增加生产成本。(2)我国的纯碱工业陷入困境。 1．侯氏制碱法出现的背景 2．侯氏制碱法工艺流程 精致饱和食盐水 吸氨 碳酸化 由合成氨工业提供 煅烧 过滤 NH3 NaHCO3沉淀 澄清 Na2CO3 CO2 母液I 吸氨 NH3 NaCl NH4Cl 母液II 盐析 冷析 降温 CO2 碳酸化 冷析 探·知识奥秘 项目活动2 体会侯氏制碱法的创新 法 3．平衡思想在侯氏制碱法中的应用 (1)“吸氨”过程：NH3＋H2O NH3·H2O NH3·H2O NH4＋＋OH－ 不断通入的NH3会使平衡右移，c(NH4＋)、c(OH－)增大，可使HCO3－ H＋＋CO32－平衡右移，产生溶解度更大的Na2CO3。 (2)“碳酸化”过程：CO2＋H2O H2CO3，H2CO3 H＋＋HCO3－因“吸氨”过程中c(OH－)增大，平衡右移，产生大量HCO3－。 (3)“冷析”过程 NH4Cl溶解度随温度升高而增大，NH4＋＋Cl－ NH4Cl(s)　ΔH<0，降温时，平衡右移，析出NH4Cl沉淀。 探·知识奥秘 项目活动2 体会侯氏制碱法的创新 法 3．平衡思想在侯氏制碱法中的应用 精致饱和食盐水 吸氨 碳酸化 由合成氨工业提供 煅烧 过滤 NH3 NaHCO3沉淀 澄清 Na2CO3 CO2 母液I 吸氨 NH3 NaCl NH4Cl 母液II 盐析 冷析 降温 CO2 (4)“盐析”过程 NH4＋＋Cl－ NH4Cl(s) ， 增大c(Cl－)，使平衡右移，析出NH4Cl沉淀。 探·知识奥秘 项目活动2 体会侯氏制碱法的创新 法 4.侯氏制碱法的分析思路总结 精致饱和食盐水 吸氨 碳酸化 由合成氨工业提供 煅烧 过滤 NH3 NaHCO3沉淀 澄清 Na2CO3 CO2 母液I 吸氨 NH3 NaCl NH4Cl 母液II 盐析 冷析 降温 CO2 精致饱和食盐水 吸氨 碳酸化 煅烧 过滤 NH3 NaHCO3沉淀 澄清 Na2CO3 母液I 灰蒸 NH3 石灰石煅烧 CO2 废液 CO2 NaCl 利用率72%~74% NaCl 利用率达到98% 侯氏制碱法 索尔维制碱法 探·知识奥秘 侯氏制碱法的作为我国自主研发的经典制碱工艺，可从工艺技术方面进行优化升级，在原料利用中，突破传统高纯度食盐的限制，利用低品位盐（海盐、湖盐中的混合盐）或工业副产业盐(如氯碱工业废液中的NaCl），通过膜分离、离子交换等预处理技术去除杂质，降低原理成本。 1．根据侯氏制碱原理制备少量NaHCO3的实验，下列图示装置能达到实验目的的是( ) 析·典型范例 D A. B. C. D. 2．我国化学工程专家侯德榜于1943年创立的侯氏制碱法，他以饱和食盐水、氨气和二氧化碳为原料同时生产纯碱和氯化铵两种产品。下列说法不正确的是( ) 析·典型范例 A．NH3的水溶液能导电，但NH3属于非电解质 B．侯氏制碱法制得的纯碱是指碳酸钠 C．可按如上图装置通入气体，制得NaHCO3固体 D．鉴别NaHCO3和Na2CO3溶液可用澄清石灰水 D 解读索尔维制碱法 体会侯氏制碱法的创新 理·核心要点 背景 工艺流程 总结 应用 揭秘索尔维制碱法和侯氏制碱法 反应原理 模拟实验 索尔维法的优缺点 练·技能实战 1．侯德榜为我国化工事业的发展做出了卓越贡献，他所发明的联合制碱法的生产流程可以简化成下图。下列说法错误的是(    ) A．第②步发生的主要反应为NH3·H2O+CO2+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl B．流程中先通NH3是为了形成碱性环境，以吸收更多的CO2，提高生产效率 C．侯氏制碱法制得的纯碱是Na2CO3 D．可用Ba(OH)2溶液鉴别小苏打和纯碱 D A.图中N型半导体为正极,P型半导体为负极.Y电极的反应:4OH--4e- === 2H2O+O2↑.图中离子交换膜子交换.该装置实现了“太阳能→化电能”的转化 练·技能实战 2.我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺,探索出了一种生产纯碱的方法,其生产流程可简要表示如下: (1)上述生产纯碱的方法称　　　　　 ,副产品的一种用途为　　　 　　　。  (2)沉淀池中发生反应的化学方程式是　　　　　　　　　　   侯氏制碱法(或联合制碱法) 用做农作物的化肥 NH3+CO2+H2O+NaCl === NaHCO3↓ +NH4Cl (3)写出上述流程中X物质的分子式为　　　　　 　 。  CO2 A.图中N型半导体为正极,P型半导体为负极.Y电极的反应:4OH--4e- === 2H2O+O2↑.图中离子交换膜子交换.该装置实现了“太阳能→化电能”的转化 练·技能实战 2.我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺,探索出了一种生产纯碱的方法,其生产流程可简要表示如下: (4)使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上,主要是设计了循环　　(填上述流程中的编号)过程,从沉淀池中得到沉淀的操作是　　　　。  (5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠,可取少量试样溶于水后,再滴加 。  (6)向母液中通氨气,加入细小食盐颗粒,冷却析出副产品,通氨气的作用有　　。  a.增大NH4+的浓度,使NH4Cl更多地析出 b.使NaHCO3更多地析出 c.使NaHCO3转化为Na2CO3,提高析出NH4Cl的纯度 Ⅰ 过滤 硝酸酸化的硝酸银溶液 ac 析·典型范例 (4)下列措施中一定能够同时满足增大反应速率和提高CO转化率的是________(填字母)。 A．使用高效催化剂 B．降低反应温度 C．增大体系压强 D．不断将CH3OH从反应混合物中分离出来 E．加入物质的量之比为1∶2的CO和H2 CE 2．利用CO和H2可以合成甲醇，反应原理为CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)。一定条件下，在容积为V L的密闭容器中充入a mol CO与2a mol H2合成甲醇，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。 感谢 您的聆听 THANKS 鲁科版2019选择性必修一 $$