1、-1-微项目揭秘索尔维制碱法和侯氏制碱法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必备知识1.纯碱是重要的基础化工原料,其和通常作为衡量一个国家工业发展水平的指标。2.工业纯碱常用于制造玻璃、洗涤剂、建筑材料等。食用纯碱可用于食品工业,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。4.比利时工程师索尔维以食盐(氯化钠)、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)、氨为原料来制得纯碱和氯化钙。索尔维法中的关键反应为:NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl。5.侯氏制碱法是我国化学工程专家创立的。是将索尔维法和法两种工艺联合起来,
2、同时生产纯碱和_两种产品的方法。产量消费量侯德榜合成氨氯化铵必备知识【微思考】索尔维法制碱时为何先通氨气再通二氧化碳?提示:二氧化碳在饱和食盐水中溶解度小,先通二氧化碳再通氨气,制得的碳酸氢钠量太少,不会析出。先通氨气形成氨盐水,再通二氧化碳能被大量吸收,有利于制得更多的碳酸氢钠。探究一探究二随堂检测解读索尔维制碱法解读索尔维制碱法实验探究实验室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。探究一探究二随堂检测1.写出锥形瓶中反应的化学方程式。能否用块状石灰石进行反应?能否将
3、硫酸换为盐酸?2.氨是怎样实现循环利用的?提示:CaCO3+H2SO4=CaSO4+CO2+H2O;不能用块状的石灰石,因为生成的硫酸钙微溶,附着在块状碳酸钙表面上会阻止反应继续进行,故选用粉末状碳酸钙。若将硫酸换为盐酸,挥发出的HCl会降低碳酸氢钠的产量,需要先通入饱和碳酸氢钠溶液除去CO2中混有的氯化氢,再通入氨盐水进行反应。提示:在制碱过程中向滤出NaHCO3晶体后的NH4Cl溶液中加熟石灰可回收氨,使之循环使用:2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3+2H2O。探究一探究二随堂检测3.烧杯内的试管中有什么现象?提示:试管内溶液红色变浅,最后变为无色,然后溶液变浑浊,有固体析出
4、。探究一探究二随堂检测深化拓展深化拓展1.索尔维法(又称氨碱法)的原理以NaCl、NH3、CO2、H2O为反应物,在一定条件下在溶液中可析NaHCO3晶体,过滤、洗涤得到NaHCO3微小晶体,再加热煅烧制得纯碱产品:探究一探究二随堂检测探究一探究二随堂检测2.索尔维法的优、缺点(1)优点。原料(食盐和石灰石)便宜;产品纯碱的纯度高;副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用;制造步骤简单,适合于大规模生产。(2)缺点。原料食盐的利用率低,且生成了没有多大用途的氯化钙(CaCl2)。探究一探究二随堂检测素能应用素能应用典例典例1比利时人索尔维以NaCl、CO2、NH3、H2O为原料制得了纯净的Na2C
5、O3,该法又称氨碱法,其主要生产流程如下:下列有关说法不正确的是()探究一探究二随堂检测A.从理论上看,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,该方法有两个明显的缺陷是:氯化钠未能充分利用和产生CaCl2废弃物C.将NH4Cl作为一种化工产品,不再生产NH3来循环使用D.从理论上看,每再生产1molNa2CO3,再补充的物质及其物质的量分别是2molNaCl和1molCO2探究一探究二随堂检测答案:C解析:工业制碱的原理涉及反应:NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O。索尔维法用生成的氯化铵制备氨气,将氯化
6、铵进行了循环利用,所以从理论上讲,是不需要补充氨的。但是在生产过程中,NaCl母液被弃去,氯化铵制备氨气生成了无用的氯化钙,这两点是索尔维法的缺陷。根据反应关系及原子守恒,从理论上看再生产1molNa2CO3,需要补充的物质及其物质的量分别是2molNaCl和1molCO2。探究一探究二随堂检测变式训练变式训练1“索尔维制碱法”工艺流程如图所示,请回答下列问题:(1)合成氨工业生产中所用的-Fe催化剂的主要成分是FeO和Fe2O3,若某-Fe催化剂中FeO和Fe2O3的物质的量相等,则其中Fe2+与Fe3+的物质的量之比为。(2)向饱和NaCl溶液中先通入,效果更好。反应制得NaHCO3沉淀和
7、NH4Cl溶液的化学方程式为。探究一探究二随堂检测(3)索尔维制碱法除了得到纯碱外,还会产生一种废渣。侯氏制碱法在此工业上改进,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,此物质在农业上的用途是。探究一探究二随堂检测答案:(1)1 2(2)NH3NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl(3)CaCl2NH4Cl作氮肥 解析:(1)FeO和Fe2O3的物质的量相等,则其中Fe2+与Fe3+的物质的量之比为1 2。(2)由于氨气极易溶于水,所以向饱和NaCl溶液中先通入氨气,效果更好。反应制得NaHCO3沉淀和NH4Cl
8、溶液的化学方程式为:NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl。(3)根据原子守恒可知反应后还有氯化钙生成。根据方程式NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl可知侯氏制碱法在得到纯碱的同时还制得氯化铵。铵盐在农业上可作氮肥。探究一探究二随堂检测体会侯氏制碱法的创新体会侯氏制碱法的创新问题探究问题探究1.侯氏制碱法怎样降低溶液中、Cl-的浓度?添加食盐的目的是什么?2.原料二氧化碳的来源及反应原理是什么?提示:侯氏制碱法利用氯化铵溶解度随温度变化大的特点,降温“冷析”,使氯化铵沉淀析出而脱离体系。添加食盐进行“盐析”,可使更多的氯化铵析出,同时补充母液中的Na+
9、,有利于碳酸氢钠析出。探究一探究二随堂检测深化拓展深化拓展1.化学反应原理侯氏制碱法原理(又名联合制碱法)注意:NaHCO3溶解度一般,因为不断添加原料使溶液达到饱和才沉淀。先添加NH3而不是CO2,是因为CO2在NaCl溶液中的溶解度很小,而NH3在溶液中的溶解度大,先通入NH3使食盐水显碱性,能够吸收大量CO2气体,产生高浓度的,才能析出NaHCO3晶体。探究一探究二随堂检测2.侯氏制碱法的优点保留了索尔维法的优点,消除了它的缺点,使食盐的利用率提高到96%;NH4Cl可作氮肥;可与合成氨厂联合,使合成氨的原料气CO转化成CO2,代替了索尔维法中利用CaCO3制CO2这一工序。探究一探究二
10、随堂检测素能应用素能应用典例典例2(2020河北安平中学高三月考)“侯氏制碱法”是我国化工专家侯德榜为世界制碱工业作出的突出贡献。某实验小组模拟“侯氏制碱法”的工艺流程及实验装置(部分夹持装置省略)如下:探究一探究二随堂检测下列叙述错误的是()A.实验时先点燃装置的酒精灯,过一段时间后再打开装置中分液漏斗的旋塞B.装置的干燥管中可盛放蘸稀硫酸的脱脂棉,作用是吸收多余的NH3C.向步骤所得滤液中通入氨气,加入细小的食盐颗粒并降温,可析出NH4ClD.用装置加热碳酸氢钠可实现步骤的转化,所得CO2可循环使用探究一探究二随堂检测答案:D解析:因为氨气极易溶于水,而二氧化碳在水中溶解度非常小,所以应该
11、先通入氨气,A项正确;过量氨气扩散到空气中会造成污染,所以要进行尾气吸收,2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4,B项正确;过滤碳酸氢钠晶体后,母液中含有氯化铵,在母液中通入氨气可以增大溶液中铵根离子的浓度,使NH4Cl以晶体的形式析出,C项正确;加热固体不可用烧杯,也实现不了二氧化碳循环利用,D项错误。探究一探究二随堂检测变式训练变式训练2右图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。下列操作正确的是()A.由a通入CO2,然后由b通入NH3,c中放碱石灰B.由b通入NH3,然后由a通入CO2,c中放碱石灰C.由a通入NH3,然后由b通入CO2,c中放置蘸稀硫酸的脱脂棉D.由b通入C
12、O2,然后由a通入NH3,c中放置蘸稀硫酸的脱脂棉探究一探究二随堂检测答案:C解析:“侯氏制碱法”的原理是向饱和的NaCl溶液中先通入NH3,然后通入CO2,利用生成的碳酸氢钠溶解度小而析出。由于NH3在水中的溶解度大,所以先通NH3,但为了防倒吸,导管不能通入液面下,然后由b通入CO2,考虑NH3的尾气处理,所以选择放置蘸稀硫酸的脱脂棉,即C项正确。探究一探究二随堂检测1.(2020辽宁实验中学高二期中阶段测试)我国化学家侯德榜根据NaHCO3溶解度比NaCl、Na2CO3、NH4HCO3、NH4Cl都小的性质,运用CO2+NH3+H2O+NaCl=NaHCO3+NH4Cl的反应原理制备纯碱
13、。下面是在实验室进行模拟实验的生产流程示意图:则下列叙述错误的是()A.A气体是NH3,B气体是CO2B.第步得到的晶体是发酵粉的主要成分C.第步操作用到的主要玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒D.第步操作的主要过程有溶解、蒸发、结晶探究一探究二随堂检测答案:D解析:由于氨气在水中的溶解度大,所以应该向氨水中加入足量的NaCl形成饱和溶液,由于在碱性环境中可以增大CO2溶解度,再通入CO2气体,就可以增大CO2的溶解度,可形成更多的NaHCO3,当溶液饱和以后就形成沉淀而析出;若是在水中首先通入CO2,由于CO2在中性环境溶解度小,溶液中形成的NaHCO3少,则析出的晶体也少,所以A气体是NH3,B
14、气体是CO2,选项A正确;第步得到的晶体是NaHCO3,是发酵粉的主要成分,B正确;第步过滤操作中用到的主要玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒,C正确;第步操作的主要过程有洗涤、加热,D错误。探究一探究二随堂检测2.(2020山东淄博淄川般阳中学高二期中)纯碱是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、造纸、纺织和洗涤剂的生产。(1)起初,人们从盐碱地和盐湖中获得纯碱,但远远不能满足工业发展的需要,纯碱的化学式为。1791年,“路布兰制碱法”取得专利。该方法以硫酸、氯化钠、木炭、白垩石(主要成分为碳酸钙)为原料,但在20世纪20年代后被淘汰,因为生产过程中释放出HCl气体,该气体遇空气中的水蒸气易形成酸雾
15、,腐蚀金属设备。(2)1861年,“索尔维制碱法”问世,该方法是在用氯化钠溶液吸收两种工业废气时意外发现的,反应后生成碳酸氢钠和氯化铵(NH4Cl),再加热碳酸氢钠即可制得纯碱,氯化钠溶液吸收的两种气体为(填字母)。A.Cl2B.NH3C.SO2D.CO2探究一探究二随堂检测(3)“侯氏制碱法”由我国化学工程专家侯德榜先生于1943年创立,是对“索尔维制碱法”的改进,将索尔维法制取碳酸钠与合成氨联合起来,大大提高了食盐的利用率,缩短了生产流程,减少了对环境的污染,至今仍为全世界广泛采用。用如图所示装置可以模拟“加热碳酸氢钠制得纯碱”的过程。当观察到B中出现浑浊时,停止加热,A中发生反应的化学方
16、程式为。探究一探究二随堂检测答案:(1)Na2CO3(2)BD(3)2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2 解析:(1)纯碱的化学式Na2CO3。(2)氯化钠溶液吸收两种气体,主要吸收NH3和CO2,NH3溶于水生成氨水,溶液显碱性易吸收CO2,最终形成碳酸氢钠和氯化铵。(3)碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳,该反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2。探究一探究二随堂检测3.(2020天津一中高二期中)下表是生活生产中常见的物质,表中列出了它们的(主要)成分:探究一探究二随堂检测(1)请你对表中七种物质的主要成分进行分类(填编号):属于电解质的是,属于非电解质
17、的是。(2)过量的水溶液与反应的离子方程式为。(3)已知用金属钠制取氧化钠,可有多种方法:在上述三种方法中,最好的是,原因是。探究一探究二随堂检测(4)在实验室模拟侯氏制碱法制备碳酸钠:一定温度下,往一定量饱和NaCl溶液中通入氨气达到饱和后,再不断通入CO2,一段时间后,出现沉淀,过滤得到NaHCO3晶体。该过程的化学方程式为:。(5)在化学课上老师向NaOH溶液中通入CO2后无明显现象,那我们如何通过实验证明CO2与NaOH发生了反应呢?某化学小组同学将过量的干冰放入氢氧化钠溶液中,利用数字化传感器测定溶液pH的变化,如图所示,请用化学方程式回答下列问题:BC段变化原因可能是;CD段变化原
18、因可能是。探究一探究二随堂检测答案:(1)(3)生成的N2会保护Na2O不被氧化为Na2O2,且生成物杂质少(5)过量的二氧化碳与碳酸钠反应产生了碱性较弱的碳酸氢钠二氧化碳与水反应产生了碳酸导致溶液pH小于7探究一探究二随堂检测解析:(1)在水溶液或熔融状态下能导电的化合物是电解质;在水溶液或熔融状态下都不能导电的化合物是非电解质。酒精的水溶液不导电,熔融状态也不导电,酒精是非电解质;醋酸水溶液能导电,醋酸是电解质;氢氧化钠的水溶液能导电,氢氧化钠是电解质;NaCl的水溶液能导电,氯化钠是电解质;Cu是单质,既不是电解质也不是非电解质;SO2不能发生自身电离,是非电解质;Na2CO3的水溶液能
19、导电,碳酸钠是电解质;所以属于电解质的是,属于非电解质的是。探究一探究二随堂检测(3)Na与O2反应可能生成Na2O2;Na与CO2反应的产物可能有Na2CO3;N2能保护Na2O不被氧化;反应生成的N2会保护Na2O不被氧化为Na2O2,生成物杂质少,所以制备Na2O用反应最好。(4)氯化钠、氨气、二氧化碳、水反应生成氯化铵和碳酸氢钠沉淀,反应的化学方程式是NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl。探究一探究二随堂检测4.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
20、中发生反应的化学方程式是。探究一探究二随堂检测(3)写出上述流程中X物质的分子式为。(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的纯度探究一探究二随堂检测答案:(1)侯氏制碱法(或联合制碱法)用做农作物的化肥(或其他合理的答案)(2)NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3+NH4Cl(3)CO2(4)过滤(5)硝酸酸化的硝酸银溶液(6)ac 探究一探究二随堂检测解析:将NH3和CO2两种气体通入NaCl溶液后,发生化学反应:NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3+NH4Cl,NaHCO3溶解度较小,所以结晶析出;NH4Cl溶解度较大,留在母液中;溶液里还有未反应的NaCl和未结晶的NaHCO3。从母液中提取NH4Cl后,含有NaCl和NaHCO3的溶液循环到沉淀池中再次利用,这样就大大提高了氯化钠的利用率。NaHCO3在煅烧炉中发生化学反应
