新教材2023版高中化學(xué)第3章物質(zhì)在水溶液中的行為微項(xiàng)目3揭秘索爾維制堿法和侯氏制堿法課件魯科版選擇性必修1

微項(xiàng)目揭秘索爾維制堿法和侯氏制堿法——化學(xué)平衡思想的創(chuàng)造性應(yīng)用學(xué)業(yè)基礎(chǔ)核心素養(yǎng)當(dāng)堂評價(jià)學(xué)業(yè)要求1.通過認(rèn)識(shí)制堿工業(yè)中復(fù)雜的多平衡體系，學(xué)會(huì)分析溶液中的微粒和平衡，理解平衡之間的相互影響，能根據(jù)實(shí)際需求選擇調(diào)控平衡移動(dòng)的方法。2．通過了解工業(yè)制堿的原理，體會(huì)化學(xué)原理的巧妙應(yīng)用，了解我國科學(xué)家對制堿工業(yè)作出的巨大貢獻(xiàn)。學(xué)業(yè)基礎(chǔ)1.碳酸鈉和碳酸氫鈉的物理性質(zhì)化學(xué)式學(xué)名俗名顏色狀態(tài)溶解度比較應(yīng)用NaHCO3________小蘇打細(xì)小的______較____作發(fā)酵粉、胃藥Na2CO3________蘇打、___________粉末較____制玻璃、造紙2.碳酸鈉和碳酸氫鈉之間的相互轉(zhuǎn)化Na2CO3

NaHCO3涉及反應(yīng)：______________________________________________________________________________________________________________________________________。碳酸氫鈉白色晶體小碳酸鈉純堿白色大

3．侯氏制堿法(1)原理：在飽和氨鹽水中(氨氣，氯化鈉都達(dá)到飽和的溶液)通入________從而發(fā)生如下反應(yīng)：反應(yīng)中的碳酸氫鈉由于溶解度低而析出，可以進(jìn)一步煅燒分解為碳酸鈉，水和二氧化碳，其中二氧化碳可以再次進(jìn)入反應(yīng)重復(fù)利用。(2)主要反應(yīng)：①NH3＋H2O＋CO2===NH4HCO3②NH4HCO3＋NaCl===______________________③2NaHCO3(加熱)===________________________即：NaCl(飽和溶液)＋NH3(先加)＋H2O(溶液中)＋CO2(后加)===NH4Cl＋NaHCO3↓(溶解度一般，因?yàn)椴粩嗵砑釉线_(dá)到溶液飽和才沉淀)二氧化碳NH4Cl＋NaHCO3↓Na2CO3＋H2O＋CO2↑核心素養(yǎng)目標(biāo)一解讀索爾維制堿法索爾維是比利時(shí)工業(yè)化學(xué)家。1861年他用氨溶液、二氧化碳與食鹽混合制成碳酸鈉(稱為氨堿法)。當(dāng)年他獲得比利時(shí)政府給他的專利，在布魯塞爾開設(shè)一個(gè)小廠從事試驗(yàn)。1863年創(chuàng)辦一個(gè)正式的制堿工廠，實(shí)現(xiàn)了氨堿法的工業(yè)化，使制堿生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化，食鹽的利用率也提高了很多。產(chǎn)品由于質(zhì)量純凈，而被稱為純堿。索爾維制堿法的原理有哪些？為什么碳酸氫鈉雖然溶于水但是可以以沉淀的形式析出？【活動(dòng)探究】索爾維制堿法基本工藝流程如下：1．碳酸氫鈉可溶于水，而索爾維制堿法卻能得到碳酸氫鈉沉淀，試用平衡的原理進(jìn)行解釋。(變化觀念與平衡思想)

2.碳酸氫鈉和純堿中不含氮元素，為什么使用吸收了氨氣的飽和食鹽水作為反應(yīng)物？(宏觀辨識(shí)與微觀探析)

[提升1]

“索爾維制堿法”工藝流程如圖所示，請回答下列問題：(1)合成氨工業(yè)生產(chǎn)中所用的α-Fe催化劑的主要成分是FeO和Fe2O3，若某α-Fe催化劑中FeO和Fe2O3的物質(zhì)的量相等，則其中Fe2＋與Fe3＋的物質(zhì)的量之比是多少？(2)向飽和NaCl溶液中先通入何種氣體，效果更好？反應(yīng)制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化學(xué)方程式是什么？(3)索爾維制堿法除了得到純堿外，還會(huì)產(chǎn)生一種廢渣是什么？侯氏制堿法在此工業(yè)上改進(jìn)，不再使用CaCO3制備CO2，而是在制備NH3的過程中制得CO2，則侯氏制堿法在得到純堿的同時(shí)還制得了什么？此物質(zhì)在農(nóng)業(yè)上的用途是什么？答案：(1)1∶2(2)NH3

NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl(3)CaCl2

NH4Cl作氮肥解析：(1)某α-Fe催化劑中FeO和Fe2O3的物質(zhì)的量相等，則其中Fe2＋與Fe3＋的物質(zhì)的量之比為1∶2。(2)為了增大二氧化碳的溶解性，所以向飽和NaCl溶液中先通入NH3，后通入CO2，效果更好，發(fā)生反應(yīng)的方程式為NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。(3)根據(jù)索爾維制堿法的流程使用CaCO3制備CO2，最后用氫氧化鈣與氯化銨反應(yīng)生成氨氣循環(huán)，同時(shí)生成氯化鈣廢渣；而侯氏制堿法不再使用CaCO3制備CO2，在得到純堿的同時(shí)還制得了NH4Cl，所以此物質(zhì)在農(nóng)業(yè)上的用途是可以作氮肥。關(guān)鍵能力工藝流程目標(biāo)二體會(huì)侯氏制堿法的創(chuàng)新

侯德榜，著名科學(xué)家，杰出化學(xué)家，侯氏制堿法的創(chuàng)始人，中國重化學(xué)工業(yè)的開拓者。近代化學(xué)工業(yè)的奠基人之一，是世界制堿業(yè)的權(quán)威。20世紀(jì)20年代，突破氨堿法制堿技術(shù)的奧秘，主持建成亞洲第一座純堿廠；20世紀(jì)30年代，領(lǐng)導(dǎo)建成了中國第一座兼產(chǎn)合成氨、硝酸、硫酸和硫酸銨的聯(lián)合企業(yè)；20世紀(jì)40～50年代，又發(fā)明了連續(xù)生產(chǎn)純堿與氯化銨的聯(lián)合制堿新工藝，以及碳化法合成氨流程制碳酸氫銨化肥新工藝；并使之在20世紀(jì)60年代實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化和大面積推廣。侯氏制堿法的主要理論依據(jù)是什么？其主要生產(chǎn)過程中發(fā)生的主要反應(yīng)有哪些？【活動(dòng)探究】3．利用平衡思想解釋氯化銨的析出過程。(變化觀念與平衡思想)提示：母液的主要成分是碳酸氫鈉和氯化銨的混合溶液，由于碳酸氫鈉的溶解度隨溫度的變化較小而氯化銨的溶解度隨著溫度的變化較大，溫度低時(shí)溶解度較小，所以可以用降低溫度從而降低溶解度的方式回收母液中的氯化銨。4．侯氏制堿法中主要涉及哪些平衡思想？(變化觀念與平衡思想)提示：侯氏制堿法中主要涉及的是沉淀溶解平衡的思想。當(dāng)離子濃度變大時(shí)，Q>Ksp，導(dǎo)致沉淀溶解平衡正向移動(dòng)，離子向生成沉淀的方向移動(dòng)。

[提升2]聯(lián)合制堿法生產(chǎn)純堿的工藝流程如下圖所示。下列說法正確的是(

)

A．氨化與碳酸化的先后順序可以交換B．操作Ⅰ和操作Ⅱ是兩種不同的分離方法C．該工藝流程中循環(huán)利用的物質(zhì)是NH3和CO2D．流程中的“一系列操作”包括通氨氣、冷卻、加食鹽答案：D解析：氨氣極易溶于水，二氧化碳溶解度不大，先通入氨氣，堿溶液中通入二氧化碳，二氧化碳溶解度增大，可以生成碳酸氫鈉晶體，氨化與碳酸化的先后順序不可以交換，A項(xiàng)錯(cuò)誤；操作Ⅰ和操作Ⅱ是相同的分離方法，為過濾操作，B項(xiàng)錯(cuò)誤；分析可知CO2可以在工藝流程中循環(huán)利用，C項(xiàng)錯(cuò)誤；流程中的“一系列操作”包括通氨氣增大銨根離子濃度、冷卻、加食鹽增大氯離子濃度，目的是得到氯化銨晶體，D項(xiàng)正確。關(guān)鍵能力當(dāng)堂評價(jià)1．如圖是模擬“侯氏制堿法”制取NaHCO3的部分裝置。下列操作正確的是(

)

A．由a通入CO2，然后由b通入NH3，c中放堿石灰B．由b通入NH3，然后由a通入CO2，c中放堿石灰C.由a通入NH3，然后由b通入CO2，c中放置蘸稀硫酸的脫脂棉D(zhuǎn)．由b通入CO2，然后由a通入NH3，c中放置蘸稀硫酸的脫脂棉答案：C解析：“侯氏制堿法”的原理是向飽和的NaCl溶液中先通入NH3，然后通入CO2，利用生成的碳酸氫鈉溶解度小而析出。由于NH3在水中的溶解度大，所以先通NH3，但為了防倒吸，導(dǎo)管不能通入液面以下，然后由b通入CO2，考慮NH3的尾氣處理，所以選擇放置蘸稀硫酸的脫脂棉，即C項(xiàng)正確。2．我國化工專家侯德榜根據(jù)NaHCO3溶解度比NaCl、Na2CO3、NH4HCO3、NH4Cl溶解度都小的性質(zhì)，運(yùn)用CO2＋NH3＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl的反應(yīng)原理制備純堿。下面是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的生產(chǎn)流程示意圖：則下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A．A氣體是NH3，B氣體是CO2B．第Ⅲ步得到的晶體是發(fā)酵粉的主要成分C．第Ⅲ步操作用到的主要玻璃儀器是燒杯、漏斗、玻璃棒D．第Ⅳ步操作的主要過程有溶解、蒸發(fā)、結(jié)晶答案：D解析：侯氏制堿法是先制得氨化的飽和食鹽水，再往其中通入CO2(即往飽和食鹽水中依次通入足量的NH3、CO2，不能依次通入CO2、NH3，因?yàn)镹H3在水中的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CO2的溶解度，先將溶液氨化后，吸收CO2的效果更好，第Ⅱ步即得到NaHCO3懸濁液，第Ⅳ步應(yīng)將NaHCO3加熱分解，以得到Na2CO3。3．1861年比利時(shí)人索爾維以NaCl、CO2、NH3、H2O為原料制得了純凈的Na2CO3，該法又稱氨堿法，其主要生產(chǎn)流程如下：下列有關(guān)說法不正確的是(

)A．從理論上看，循環(huán)生產(chǎn)時(shí)不需要再補(bǔ)充NH3B．從綠色化學(xué)原料充分利用的角度看，該方法有兩個(gè)明顯的缺陷是氯化鈉未能充分利用和產(chǎn)生CaCl2廢棄物C．將NH4Cl作為一種化工產(chǎn)品，不再生產(chǎn)NH3來循環(huán)使用D．從理論上看，每生產(chǎn)1molNa2CO3，再補(bǔ)充的物質(zhì)及其物質(zhì)的量分別是2molNaCl和1molCO2答案：C

4．(雙選)“侯氏制堿法”是我國化工專家侯德榜為世界制堿工業(yè)作出的突出貢獻(xiàn)。某實(shí)驗(yàn)小組模擬“侯氏制堿法”的工藝流程及實(shí)驗(yàn)裝置(部分夾持裝置省略)如下：下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A．實(shí)驗(yàn)時(shí)先打開裝置③中分液漏斗的旋塞，過一段時(shí)間再點(diǎn)燃裝置①的酒精燈B．裝置②的干燥管中可盛放蘸稀硫酸的脫脂棉，作用是吸收多余的NH3C．向步驟Ⅰ所得濾液中通入氨氣，加入細(xì)小的食鹽顆粒并降溫，可析出NH4ClD．用裝置④加熱碳酸氫鈉可實(shí)現(xiàn)步驟Ⅱ的轉(zhuǎn)化，所得CO2可循環(huán)使用答案：AD解析：因?yàn)榘睔鈽O易溶于水，而二氧化碳在水中溶解度非常小，所以應(yīng)該先通入氨氣，A項(xiàng)錯(cuò)誤；過量氨氣擴(kuò)散到空氣中會(huì)造成污染，所以要進(jìn)行尾氣吸收，2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4，B項(xiàng)正確；過濾碳酸氫鈉晶體后，母液中含有氯化銨，在母液中通入氨氣可以增大溶液中銨根離子的濃度，加入食鹽顆?？梢栽龃舐入x子的濃度，并降溫都有利于NH4Cl以晶體的形式析出，C項(xiàng)正確；加熱固體不可用燒杯，也實(shí)現(xiàn)不了二氧化碳循環(huán)利用，D項(xiàng)錯(cuò)誤。5．我國化學(xué)家侯德榜改革國外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡要表示如下：(1)上述生產(chǎn)純堿的方法中，副產(chǎn)品的一種用途為__________________________________。(2)沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是_____________________________________________________________________________________________________________。(3)寫出上述流程中X物質(zhì)的分子式______。(4)使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上，主要是設(shè)計(jì)了_____(填上述流程中的編號)的循環(huán)。從沉淀池中取出沉淀的操作是______。作化肥或電解液等(其他合理答案均可)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓或NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3、NH4HCO3＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4ClCO2Ⅰ過濾解析：(1)該方法中的副產(chǎn)品是氯化銨，主要用途是作化肥或電解液等。(2)在堿性條件下CO2的溶解度增大，所以可以生成碳酸氫鈉而析出，反應(yīng)的化學(xué)方程式是NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓。(3)碳酸氫鈉分解生成碳酸鈉、水和CO2，所以X的化學(xué)式是CO2。(4)母液中含有氯化鈉，所以通過循環(huán)Ⅰ可以提高氯化鈉的利用率。從沉淀池中取出沉淀的操作應(yīng)該是過濾。

稀硝酸和硝酸銀溶液ac

6．純堿是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于玻璃、造紙、紡織和洗滌劑的生產(chǎn)。(1)起初，人們從鹽堿地和鹽湖中獲得純堿，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要，純堿的化學(xué)式為________。1791年，“路布蘭制堿法