第3章 微项目 揭秘索尔维制碱法和侯氏制碱法（Word教参）-【步步高】2024-2025学年高二化学选择性必修1学习笔记（鲁科版 京粤闽皖豫宁陕）

本讲义聚焦索尔维制碱法与侯氏制碱法的原理及化学平衡思想的应用，先通过实验室模拟索尔维制碱法梳理其工艺流程、核心反应及优缺点，再对比分析侯氏制碱法对原料利用率提升（NaCl利用率达98%）和副产物处理的创新，以平衡调控（如氨盐水作用、温度影响）为支架衔接知识点。 资料设计融合实验探究（如CO₂通入氨盐水模拟实验）、数据实证（溶解度表格分析NaHCO₃沉淀）及我国科学家贡献，培养科学思维中的证据推理与模型建构能力，增强科学态度与责任中的爱国情怀。课中辅助教师开展对比教学，课后助力学生通过习题巩固平衡应用，查漏补缺。

微项目　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 [核心素养发展目标]　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。 一、解读索尔维制碱法 一、实验室模拟索尔维制碱法(又名氨碱法) 1．实验步骤 用如图所示装置模拟索尔维制碱法。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。 锥形瓶中发生反应的化学方程式为CaCO3＋H2SO4===CaSO4＋CO2↑＋H2O。 2．实验现象 随着CO2的不断通入，试管中溶液的红色逐渐褪去后，溶液中出现白色沉淀。 3．理论解释 二、索尔维制碱法 1．基本工艺流程 2．发生的主要反应 NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl， CaCO3CaO＋CO2↑， CaO＋H2O===Ca(OH)2， 2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O， 2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。 3．索尔维制碱法(氨碱法)的优缺点 (1)优点 ①原料(石灰石、氨气、食盐等)易得，价格便宜； ②产品纯碱较为纯净； ③副产品二氧化碳、氨气等都可以循环利用； ④制造步骤简单、易于操作，很适合大规模连续生产。 (2)缺点 ①产生大量无用的副产品CaCl2 ； ②NaCl利用率低，约有30%的NaCl残留在母液中； ③设备多，耗能大。 1．碳酸氢钠可溶于水，而索尔维制碱法却能得到碳酸氢钠沉淀，试用平衡的原理进行解释。 提示　可溶性的碳酸氢钠也有一定的溶解限度，当相应的离子浓度过大时也会析出，类似于沉淀溶解平衡，在溶液中存在平衡：2Na＋＋CO＋H2O＋CO22NaHCO3，当增加Na＋和CO的浓度时，该平衡正向移动，NaHCO3就会以沉淀的形式出现。 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CO2?氨盐水的作用是什么？ 提示　因为CO2在饱和食盐水中的溶解度不大，若先向饱和食盐水中通入氨气制得氨盐水，此时溶液显碱性，再通入CO2，CO2就会与氨水反应生成铵盐，促进CO2的溶解，使生成的HCO浓度增大，提高NaHCO3的析出率。氨盐水的作用是增大CO2的吸收量，使生成的HCO浓度增大。 3．碳酸钠是一种重要的化学基本工业产品。比利时人索尔维发明了氨碱法生产碳酸钠，氨碱法生产原理示意图如下： 请回答下列问题： (1)从索尔维制碱法生产原理示意图可知，氨碱法的总反应化学方程式为________________________________________________________________________。 按照绿色化学原则，理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，实现废弃物的零排放。计算索尔维制碱法的原子利用率(原子利用率＝期望产物的总质量与反应产物的总质量之比)为_____________________________________________________。 (2)试列举出索尔维制碱法的两大缺点。 ①______________________________________________________________________； ②______________________________________________________________________。 答案　(1)CaCO3＋2NaCl===CaCl2＋Na2CO3　0.49(或106∶217)　(2)①原料NaCl的利用率低　②产生了不容易处理的副产物氯化钙 解析　(1)氨碱法制取纯碱的反应的化学方程式有CaCO3CaO＋CO2↑；CaO＋H2O===Ca(OH)2；NaCl＋CO2＋H2O＋NH3===NaHCO3↓＋NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O，将上述方程式叠加，可得总反应化学方程式：CaCO3＋2NaCl===CaCl2＋Na2CO3；索尔维制碱法的原子利用率是≈0.49(或106∶217)。 二、体会侯氏制碱法的创新 一、产生背景 1．历史原因：制碱厂由海边迁至四川。 2．技术因素：索尔维制碱法的食盐利用率低，使生产成本增加。 二、探究过程 1．索尔维制碱法原料利用率低的原因 索尔维法制碱母液中含有大量NH和Cl－，以及高浓度的Na＋和HCO。“灰蒸”过程只实现了NH的回收利用，Na＋、Cl－等都随废液排放，因此食盐的利用率低。 2．侯氏制碱法工艺流程图 3．侯氏制碱法的分析思路 4．平衡思想在侯氏制碱法中的应用 (1)“吸氨”过程 NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－ 不断通入NH3会使平衡右移，c(NH)、c(OH－)增大，可使平衡HCOH＋＋CO右移，产生溶解度更大的Na2CO3。 (2)“碳酸化”过程 CO2＋H2OH2CO3H＋＋HCO 因“吸氨”过程中c(OH－)增大，而使此平衡右移，产生大量HCO。 (3)“盐析”过程 NH(aq)＋Cl－(aq)NH4Cl(s) 增大c(Cl－)使平衡右移，析出NH4Cl沉淀。 (4)“冷析”过程 NH4Cl的溶解度随温度升高而增大，NH(aq)＋Cl－(aq)NH4Cl(s)　ΔH<0，降温时，平衡右移，析出NH4Cl沉淀。 5．侯氏制碱法的创新之处 (1)突出优点：向沉淀池的母液中通入NH3并加入食盐，增大c(NH)、c(Cl－)，析出NH4Cl晶体用作氮肥，同时使溶液中氯化钠溶液浓度增大至接近饱和，可以作为原料循环利用，使食盐的利用率高达98%，大大提高了原料(NaCl)的利用率，不产生无用的CaCl2。 (2)实现大规模联合生产，合成氨厂的废料CO2可以作为制碱厂的主要原料，制碱厂无用的成分Cl－可以代替价格较高的硫酸来固定氨，制成氮肥，降低了成本，提高了综合经济效益。 1．索尔维制碱法除了得到纯碱外，还会产生一种废渣是什么？侯氏制碱法在此工艺上改进，不再使用CaCO3制备CO2，而是在制备NH3的过程中制得CO2，则侯氏制碱法在得到纯碱的同时还制得了什么？此物质在农业上的用途是什么？ 提示　根据索尔维制碱法的流程使用CaCO3制备CO2，最后用氢氧化钙与氯化铵反应生成氨气循环，同时生成氯化钙废渣；而侯氏制碱法不再使用CaCO3制备CO2，在得到纯碱的同时还制得了NH4Cl；此物质在农业上的用途是可以用作氮肥。 2．侯氏制碱法与索尔维制碱法的主要不同在母液的处理上。侯氏制碱法采取了怎样的方式对母液进行处理？ 提示　(1)向母液中加食盐；(2)向母液中通氨气和二氧化碳；(3)降温至5 ℃左右。 [知识支持] 在侯氏制碱法中涉及的盐的溶解度 温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60 100 溶解度 /g NaCl 35.7 35.8 35.9 36.3 36.6 37.0 37.3 39.8 NH4HCO3 11.9 15.8 21.7 27.0 — — — — NaHCO3 6.9 8.1 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4 — NH4Cl 29.4 33.2 37.2 41.4 45.8 55.3 65.6 77.3 “—”表示在该温度下NH4HCO3或NaHCO3会分解。 (1)利用该表可以判断在0～30 ℃时，NaHCO3在这四种盐中溶解度是最小的。 (2)当温度高于30 ℃时，NH4HCO3会分解，因此温度不能高于30 ℃。 (3)在0～10 ℃时，NaCl与NH4Cl相比，NH4Cl的溶解度较小。 3．下列属于侯氏制碱法优点的是(　　) A．氨和二氧化碳由合成氨厂提供 B．母液可回收制氯化铵 C．氯化钠的利用率达98% D．以上全是 答案　D 4．侯氏制碱法中可循环利用的物质是(　　) A．CO2、NaCl B．NH3、NaCl C．NH3、CO2 D．CaO、NH3 答案　A 解析　侯氏制碱法具体过程为在饱和氨盐水中(氨气、氯化钠都达到饱和的溶液)通入二氧化碳从而发生反应：NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，反应中的碳酸氢钠由于溶解度低而析出，NaHCO3进一步煅烧分解为碳酸钠、水和二氧化碳，其中二氧化碳可以再次进入反应，循环利用，根据 NH4Cl 在常温时的溶解度比 NaCl 大，而在低温下却比 NaCl 溶解度小的原理，在 278～283 K(5～ 10 ℃ ) 时，向提取NaHCO3后的母液中加入食盐，使 NH4Cl 单独结晶析出，过滤后的母液中主要含有NaCl，可以再循环使用，所以整个生产流程中NaCl和CO2是可以循环使用的，选项A正确。 5．我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下： (1)上述生产纯碱的方法中，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________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)写出上述流程中X物质的化学式：________。 (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“Ⅰ”或“Ⅱ”)。从沉淀池中分离出沉淀的操作是________。 (5)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________(填字母)。 a．增大NH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，提高析出的NH4Cl纯度 答案　(1)做化肥(或电解液等其他合理答案均可) (2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓　(3)CO2　(4)Ⅰ　过滤　(5)ac 解析　(1)该方法中的副产品是氯化铵，主要用途是做化肥或电解液等。(2)在碱性条件下CO2的溶解度增大，可以发生反应生成碳酸氢钠而析出，反应的化学方程式是NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓。(3)碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、水和CO2，所以X的化学式是CO2。(4)母液中含有氯化钠，所以通过循环Ⅰ可以提高氯化钠的利用率。(5)氨气溶于水生成一水合氨，增大溶液中NH的浓度，可以使NH4Cl更多地析出；同时溶液中氨气和HCO反应：HCO＋NH3===NH＋CO，使碳酸氢钠转化为碳酸钠，所以选ac。 学科网（北京）股份有限公司 $