2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第3章物質(zhì)在水溶液中的行為微項(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)案魯科版選擇性必修1

PAGEPAGE5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)建性應(yīng)用1．通過(guò)相識(shí)制堿工業(yè)中困難的多平衡體系，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，能依據(jù)實(shí)際需求選擇調(diào)控平衡移動(dòng)的方法。2．通過(guò)了解工業(yè)制堿的原理，體會(huì)化學(xué)原理的奇妙應(yīng)用，了解我國(guó)科學(xué)家對(duì)制堿工業(yè)作出的巨大貢獻(xiàn)。[必備學(xué)問]1．純堿是重要的基礎(chǔ)化工原料，其產(chǎn)量和消費(fèi)量通常作為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的指標(biāo)。2．純堿的用途eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(制造玻璃、洗滌劑、建筑材料等,用于食品工業(yè)，如生產(chǎn)味精、作為食品添加劑等))3．純堿制法eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(路布蘭法,索爾維法,侯氏制堿法))項(xiàng)目活動(dòng)1解讀索爾維制堿法1．關(guān)鍵反應(yīng)：NaCl＋CO2＋H2O＋NH3=NaHCO3↓＋NH4Cl。2．模擬試驗(yàn)(1)試驗(yàn)步驟用如圖所示裝置模擬索爾維法。錐形瓶中裝有碳酸鈣粉末，分液漏斗中裝有稀硫酸，試管中裝有氨鹽水，并滴有酚酞溶液。用冰水浴降低試管內(nèi)的溫度。打開分液漏斗，視察二氧化碳通入氨鹽水的現(xiàn)象。模擬索爾維法的試驗(yàn)裝置(2)試驗(yàn)現(xiàn)象隨CO2的不斷通入，溶液的紅色漸漸褪去后，溶液中出現(xiàn)白色沉淀。(3)問題探究①NaHCO3可溶于水，為什么能得到NaHCO3沉淀？試用化學(xué)平衡的原理說(shuō)明緣由。提示：可溶性物質(zhì)的溶解是存在限度的，當(dāng)相應(yīng)離子濃度過(guò)大時(shí)，可溶性物質(zhì)也會(huì)析出，類似于沉淀溶解平衡。索爾維法通過(guò)增大c(Na＋)、c(HCOeq\o\al(－,3))，使平衡Na＋＋HCOeq\o\al(－,3)NaHCO3(s)的Q<K，平衡右移，產(chǎn)生沉淀。②為什么要先向飽和食鹽水中通入氨氣制得氨鹽水，再通入二氧化碳？提示：CO2在水中溶解度較小，僅通入CO2難以獲得足量HCOeq\o\al(－,3)；NH3易溶于水，且能使H2CO3H＋＋HCOeq\o\al(－,3)平衡右移，使HCOeq\o\al(－,3)濃度增大。③為什么酚酞完全褪色后才有沉淀漸漸析出？提示：起先時(shí)2NH3·H2O＋CO2=COeq\o\al(2－,3)＋2NHeq\o\al(＋,4)＋H2O，隨著CO2通入，NH3·H2O消耗完后生成的COeq\o\al(2－,3)。與CO2、H2O反應(yīng)：CO2＋COeq\o\al(2－,3)＋H2O=2HCOeq\o\al(－,3)，當(dāng)c(HCOeq\o\al(－,3))增大至肯定程度，產(chǎn)生NaHCO3沉淀。④在索爾維法中有哪些物質(zhì)可以循環(huán)利用？提示：反應(yīng)2NaHCO3eq\o(=,\s\up8(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑產(chǎn)生的CO2氣體及NH4Cl與石灰乳產(chǎn)生的氨氣。⑤從平衡角度對(duì)索爾維法原理分析總結(jié)——形成解決實(shí)際問題的思路。提示：項(xiàng)目活動(dòng)2體會(huì)侯氏制堿法的創(chuàng)新1．侯氏制堿法出現(xiàn)的背景(1)索爾維法的食鹽利用率低，增加生產(chǎn)成本。(2)我國(guó)的純堿工業(yè)陷入逆境。2．侯氏制堿法工藝流程3．平衡思想在侯氏制堿法中的應(yīng)用(1)“吸氨”過(guò)程N(yùn)H3＋H2ONH3·H2ONH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－不斷通入的NH3會(huì)使平衡右移，c(NHeq\o\al(＋,4))、c(OH－)增大，可使HCOeq\o\al(－,3)H＋＋COeq\o\al(2－,3)平衡右移，產(chǎn)生溶解度更大的Na2CO3。(2)“碳酸化”過(guò)程CO2＋H2OH2CO3H2CO3H＋＋HCOeq\o\al(－,3)因“吸氨”過(guò)程中c(OH－)增大，平衡右移，產(chǎn)生大量HCOeq\o\al(－,3)。(3)“鹽析”過(guò)程N(yùn)Heq\o\al(＋,4)＋Cl－NH4Cl(s)增大c(Cl－)使平衡右移，析出NH4Cl沉淀。(4)“冷析”過(guò)程N(yùn)H4Cl溶解度隨溫度上升而增大，NHeq\o\al(＋,4)＋Cl－NH4Cl(s)ΔH<0，降溫時(shí)，平衡右移，析出NH4Cl沉淀。侯氏制堿法的分析思路純堿是一種重要的化工原料。目前制堿工業(yè)主要有“氨堿法”和“侯氏制堿法”兩種工藝，請(qǐng)按要求回答問題：(1)“氨堿法”產(chǎn)生大量CaCl2廢棄物，請(qǐng)寫出該工藝中產(chǎn)生CaCl2的化學(xué)方程式：___________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)寫出“侯氏制堿法”有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________，________________________________________________________________。(3)CO2是制堿工業(yè)的重要原料，“侯氏制堿法”與“氨堿法”中CO2的來(lái)源有何不同？_________________________________________________________________________________________________________________________________；(4)綠色化學(xué)的重要原則之一是提高反應(yīng)的原子利用率。依據(jù)“侯氏制堿法”總反應(yīng)，列出計(jì)算原子利用率的表達(dá)式：原子利用率(%)＝___________________。[解析]由于總反應(yīng)可看作是：2NH3＋2NaCl＋CO2＋H2O=Na2CO3＋2NH4Cl，所以：原子利用率(%)＝eq\f(目標(biāo)產(chǎn)物總質(zhì)量,反應(yīng)物總質(zhì)量)×100%＝eq\f(mNa2CO3＋mNH4Cl,mNaCl＋mNH3＋mCO2＋mH2O)×100%。[答案](1)2NH4Cl＋Ca(OH)2=2NH3↑＋CaCl2＋2H2O(2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl(飽和)=NaHCO3↓＋NH4Cl2NaHCO3eq\o(=,\s\up8(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O(3)“氨堿法”的CO2來(lái)源于石灰石煅燒，“侯氏制堿法”的CO2來(lái)源于合成氨工業(yè)的廢氣(4)eq\f(mNa2CO3＋mNH4Cl,mNaCl＋mNH3＋mCO2＋mH2O)×100%[答案]①c平(H＋)·c平(OH－)②溫