1、第第3 3章物质在水溶液中的行为章物质在水溶液中的行为微项目：探索索尔维制碱法和侯氏制碱法微项目：探索索尔维制碱法和侯氏制碱法学习目标学习目标核心素养培养核心素养培养1 1通过认识制碱工业中复杂的多平衡体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。择调控平衡移动的方法。变化观念与平衡思想变化观念与平衡思想2 2通过了解工业制碱的原理，体会化学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原理的巧妙应用，了解我国科学家对制
2、碱工业作出的巨大贡献。工业作出的巨大贡献。科学态度与社会责任科学态度与社会责任1.纯碱是重要的基础化工原料纯碱是重要的基础化工原料,其其产量产量和和消费量消费量通常作为衡量一个国家工通常作为衡量一个国家工业发展水平的指标。业发展水平的指标。2.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品工业,生产味精、作为食品添加剂等。生产味精、作为食品添加剂等。3.历史上比较重要的制碱方法有路布兰法、索尔维法和侯氏制碱法。历史上比较重要的制碱方法有路布兰法、索尔维法和侯氏制碱法。4.比利时工程师索尔维以比利时工程师索尔维以食
3、盐食盐(氯化钠氯化钠)、石灰石、石灰石(经煅烧生成生石灰和二经煅烧生成生石灰和二氧化碳氧化碳)、氨氨为原料来制得为原料来制得纯碱和氯化钙纯碱和氯化钙。索尔维法中的关键反应。索尔维法中的关键反应为为:NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl。5.侯氏制碱法是我国化学工程专家侯氏制碱法是我国化学工程专家侯德榜侯德榜创立的。是将创立的。是将索尔维法和索尔维法和合成合成氨氨法两种工艺联合起来法两种工艺联合起来,同时生产同时生产纯碱纯碱和和氯化铵氯化铵两种产品的方法。两种产品的方法。知识背景知识背景1关键反应：关键反应：NaClCO2H2ONH3NaHCO3NH4Cl项目活动项目活动1
4、 1解读索尔维制碱法解读索尔维制碱法(1)实验步骤：实验步骤：用如图所示装置模拟索尔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，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，观察二氧化碳的温度。打开分液漏斗，观察二氧化碳通入氨盐水的现象。通入氨盐水的现象。2模拟实验：模拟实验：(2)实验现象：随实验现象：随CO2的不断通入，溶液的红色逐渐褪去后，溶液的不断通入，溶液的红色逐渐褪去后，溶液中出现白色沉淀。中出现白色沉淀。NaHCO3可溶
5、于水，为什么能得到可溶于水，为什么能得到NaHCO3沉淀？试用化学平衡沉淀？试用化学平衡的原理解释原因。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，使平衡NaHCO3NaHCO3(s)的的QK，平衡右移，产生沉淀。平衡右移，产生沉淀。(3)问题探究问题探究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？化碳？
6、CO2在水中溶解度较小，仅通入在水中溶解度较小，仅通入CO2难以获得足量难以获得足量HCO3；NH3易易溶于水，且能使溶于水，且能使H2CO3HHCO3平衡右移，使平衡右移，使HCO3浓浓度增大。度增大。为什么酚酞完全褪色后才有沉淀逐渐析出？为什么酚酞完全褪色后才有沉淀逐渐析出？开始时开始时2NH3H2OCO2CO322NH4H2O，随着，随着CO2通入，通入，NH3H2O消耗完后，生成的消耗完后，生成的CO32与与CO2、H2O反应：反应：CO2CO32H2O2HCO3，当，当c(HCO3)增大至一定程度，产生增大至一定程度，产生NaHCO3沉淀。沉淀。在索尔维法中有哪些物质可以循环利用？在
7、索尔维法中有哪些物质可以循环利用？反应反应2NaHCO3Na2CO3H2OCO2产生的产生的CO2气体气体及及NH4Cl与石灰乳产生的氨气。与石灰乳产生的氨气。从平衡角度对索尔维法原理分析总结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形成解决实际问题的思路。思路。(1)优点：优点：原料原料(食盐和石灰石食盐和石灰石)便宜便宜;产品纯碱的纯度高产品纯碱的纯度高;副产品氨和二氧化副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用碳都可以回收循环使用;制造步骤简单制造步骤简单,适合于大规模生产。适合于大规模生产。(2)缺点：缺点：原料食盐的利用率低原料食盐的利用率低,且生成了没有多大用途的氯化钙且生成了没
8、有多大用途的氯化钙(CaCl2)。3.3.索尔维法的优、缺点索尔维法的优、缺点1、比利时人索尔维以比利时人索尔维以NaCl、CO2、NH3、H2O为原料制得了纯净的为原料制得了纯净的Na2CO3,该该法又称氨碱法法又称氨碱法,其主要生产流程如下其主要生产流程如下:下列有关说法不正确的是下列有关说法不正确的是()A.从理论上看从理论上看,循环生产时不需要再补充循环生产时不需要再补充NH3B.从绿色化学原料充分利用的角度看从绿色化学原料充分利用的角度看,该方法有两个明显的缺陷是该方法有两个明显的缺陷是:氯化钠未氯化钠未能充分利用和产生能充分利用和产生CaCl2废弃物废弃物C.将将NH4Cl作为一种
9、化工产品作为一种化工产品,不再生产不再生产NH3来循环使用来循环使用D.从理论上看从理论上看,每再生产每再生产1molNa2CO3,再补充的物质及其物质的量分别是再补充的物质及其物质的量分别是2molNaCl和和1molCO2C(1)索尔维法的食盐利用率低，增加生产成本。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。我国的纯碱工业陷入困境。项目活动项目活动2 2体会侯氏制碱法的创新体会侯氏制碱法的创新1侯氏制碱法出现的背景侯氏制碱法出现的背景2 2侯氏制碱法工艺流程侯氏制碱法工艺流程3平衡思想在侯氏制碱法中的应用平衡思想在侯氏制碱法中的应用(1)“吸氨吸氨”过程：过程：N
10、H3H2ONH3H2ONH3H2ONH4OH不断通入的不断通入的NH3会使平衡右移，会使平衡右移，c(NH4)、c(OH)增大，可使增大，可使HCO3HCO32平衡右移，产生溶解度更大的平衡右移，产生溶解度更大的Na2CO3。(2)“碳酸化碳酸化”过程：过程：CO2H2OH2CO3，H2CO3HHCO3因因“吸氨吸氨”过程中过程中c(OH)增大，平衡右移，产生大量增大，平衡右移，产生大量HCO3。(3)“冷析冷析”过程过程NH4Cl溶解度随温度升高而增大，溶解度随温度升高而增大，NH4ClNH4Cl(s)H0，降温时，平衡右移，析出，降温时，平衡右移，析出NH4Cl沉淀。沉淀。(4)“盐析盐析
11、”过程过程NH4ClNH4Cl(s)，增大增大c(Cl)，使平衡右移，析使平衡右移，析出出NH4Cl沉淀。沉淀。4 4、侯氏制碱法的分析思路总结侯氏制碱法的分析思路总结2、纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有“氨碱法氨碱法”和和“侯氏制碱法侯氏制碱法”两种工艺，请按要求回答问题：两种工艺，请按要求回答问题：(1)“氨碱法氨碱法”产生大量产生大量CaCl2废弃物，请写出该工艺中产生废弃物，请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式：的化学方程式：_。(2)写出写出“侯氏制碱法侯氏制碱法”有关反应的化学方程式：有关反应的化学方程式：_，_。(3)C
12、O2是制碱工业的重要原料，是制碱工业的重要原料，“侯氏制碱法侯氏制碱法”与与“氨碱法氨碱法”中中CO2的来源有何不同？的来源有何不同？_；2NH4ClCa(OH)22NH3CaCl22H2ONH3CO2H2ONaCl(饱和饱和)NaHCO3NH4Cl2NaHCO3Na2CO3CO2H2O“氨碱法氨碱法”的的CO2来源于石灰石煅烧，来源于石灰石煅烧，“侯氏制碱法侯氏制碱法”的的CO2来源来源于合成氨工业的废气于合成氨工业的废气(4)绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。根据绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。根据“侯侯氏制碱法氏制碱法”总反应，列出计算原子利用率的表达式：原子利
13、用率总反应，列出计算原子利用率的表达式：原子利用率(%)_。原子利用率是指被利用的原子的质量比上总原子的质量，公式为原子利用率是指被利用的原子的质量比上总原子的质量，公式为原子利用率原子利用率=（预期产物的总质量（预期产物的总质量/ /生成物的总质量）生成物的总质量）100%100%3.我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺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探索出了一种生产纯碱的方法,其其生产流程可简要表示如下生产流程可简要表示如下:(1)上述生产纯碱的方法称上述生产纯碱的方法称,副产品的一种用途为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沉淀池中
14、发生反应的化学方程式是。(3)写出上述流程中写出上述流程中X物质的分子式为物质的分子式为。(4)使原料氯化钠的利用率从使原料氯化钠的利用率从70%提高到提高到90%以上以上,主要是设计了循环主要是设计了循环(填上填上述流程中的编号述流程中的编号)过程过程,从沉淀池中得到沉淀的操作是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可取少量试样溶于水后,再滴加再滴加。(6)向母液中通氨气向母液中通氨气,加入细小食盐颗粒加入细小食盐颗粒,冷却析出副产品冷却析出副产品,通氨气的作用有通氨气的作用有。a.增大增大NH4+的的浓度浓度,使使NH4Cl更多地析出更多地析出b.使使NaHCO3更多地析出更多地析出c.使使NaHCO3转化为转化为Na2CO3,提高析出提高析出NH4Cl的纯度的纯度侯氏制碱法侯氏制碱法(或联合制碱法或联合制碱法)用做农作物的化肥用做农作物的化肥NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3+NH4ClCO2过滤过滤硝酸酸化的硝酸银溶液硝酸酸化的硝酸银溶液ac课本练习第课本练习第124-125124-125页、第页、第132-135132-135页页大本、小本均可完成。大本、小本均可完成。
