【教學課件】微項目 探秘索爾微維制堿法和侯氏制堿法 參考課件

第三章物質(zhì)在水溶液中的行為微項目

探秘索爾維制堿法和侯氏制堿法——化學平衡思想的創(chuàng)造性應用一、導入新課

純堿是重要的基礎化工原料，其產(chǎn)量和消費量通常作為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的指標。

工業(yè)純堿常用于制造玻璃、洗滌劑、建筑材料等。食用純堿可用于食品工業(yè)，如生產(chǎn)味精、作為食品添加劑等。歷史上比較重要的制堿方法有路布蘭(N.Leblanc)法、索爾維(E.Solvay)法和侯氏制堿法。我國對純堿的需求量大，但純堿工業(yè)起步較晚?；瘜W工業(yè)科學家侯德榜為我國的制堿工業(yè)作出了突出的貢獻，他發(fā)明的“侯氏制堿法”在人類化學工業(yè)史上寫下了光輝的一頁。二、解讀索爾維制堿法1.關鍵反應NaCl+CO2+H2O+NH3===NaHCO3↓+NH4Cl比利時工程師索爾維以食鹽、石灰石和氨為原料制得碳酸鈉和氯化鈣，1867年這種方法被正式命名為索爾維制堿法。索爾維法的關鍵反應：二、解讀索爾維制堿法2.實驗室模擬索爾維制堿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，觀察二氧化碳通入氨鹽水的現(xiàn)象。(1)實驗內(nèi)容二、解讀索爾維制堿法2.實驗室模擬索爾維制堿法(2)實驗現(xiàn)象通入CO2后，試管中一開始出現(xiàn)澄清狀態(tài)，15min之后溶液顏色變淺，隨著通入CO2時間變長，酚酞完全褪色，溶液中有沉淀逐漸析出。增大c(Na+)和c(HCO3)-二、解讀索爾維制堿法3.原理分析物質(zhì)組成相互作用作用結果NaClNH3·H2OH2ONaCl===Cl-+Na+NaHCO3CO3+H2O+CO22HCO32-

-+2NH3·H2O+CO2====CO3+2NH4+H2O2-+通入CO2目標微粒種類與數(shù)量宏觀現(xiàn)象NaHCO3析出二、解讀索爾維制堿法3.原理分析思考討論：(1)NaHCO3可溶于水，而索爾維法卻能得到NaHCO3沉淀，試用化學平衡的原理解釋原因?？扇苄晕镔|(zhì)的溶解是存在限度的，當相應的離子濃度過大時，可溶性物質(zhì)也會析出，類似沉淀溶解平衡。索爾維法通過增大Na+

、HCO3

的濃度，使平衡NaHCO3Na++HCO3

的Q＞K，平衡左移，產(chǎn)生沉淀。--二、解讀索爾維制堿法3.原理分析思考討論：(2)實驗中氨鹽水的作用是什么？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？氨鹽水的作用是增大CO2的吸收量，增大HCO3

的濃度。CO2在食鹽水中溶解度較小，直接通入CO2難以獲得足量的HCO3，NH3易溶于水，能使H2CO3H++HCO3

平衡右移，使HCO3濃度增大。------二、解讀索爾維制堿法3.原理分析思考討論：(3)實驗發(fā)現(xiàn)，酚酞完全褪色后才有沉淀逐漸析出。在整個實驗過程中，溶液中微粒的種類、數(shù)量發(fā)生了什么變化？原因是什么？在整個實驗過程中，溶液中增加了CO3、HCO3；HCO3

、NH4、H+數(shù)量增加，Na+、OH-數(shù)量減小，Cl-數(shù)量不變。2---+二、解讀索爾維制堿法3.原理分析思考討論：(3)實驗發(fā)現(xiàn)，酚酞完全褪色后才有沉淀逐漸析出。在整個實驗過程中，溶液中微粒的種類、數(shù)量發(fā)生了什么變化？原因是什么？反應開始時溶液呈堿性，此時通入的二氧化碳與氨水反應，反應產(chǎn)物主要為CO3。隨著反應的進行，氨水逐漸消耗，溶液的pH逐漸降低，OH-數(shù)量減少，NH4、H+數(shù)量增多，生成的CO3與繼續(xù)通入的二氧化碳反應生成了HCO3

，HCO3濃度逐漸增大。當濃度增大至一定程度時，它與Na+結合生成碳酸氫鈉沉淀析出，Na+數(shù)量減少，Cl-未參與離子反應，數(shù)量不變。2-+--2-二、解讀索爾維制堿法4.基本工藝流程精制飽和食鹽水吸氨NH3碳酸化過濾NaHCO3沉淀煅燒Na2CO3灰蒸母液廢液石灰石煅燒石灰乳CO2CO2NH3二、解讀索爾維制堿法4.基本工藝流程發(fā)生的主要反應：

高溫CaO+H2O===Ca(OH)2

二、解讀索爾維制堿法5.索爾維法的優(yōu)、缺點優(yōu)點：原料(食鹽和石灰石)便宜，產(chǎn)品純堿的純度高；副產(chǎn)品氨和二氧化碳都可以回收循環(huán)使用；制造步驟簡單，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。缺點：原料食鹽的利用率低；生成了沒有多大用途的氯化鈣(CaCl2)。三、體會侯氏制堿法的創(chuàng)新1.創(chuàng)新背景我國化學實業(yè)家范旭東最初將制堿廠設在天津塘沽，塘沽靠海，原料食鹽容易獲得。1937年，盧溝橋事變后不久，日軍攻占天津，制堿廠被迫停產(chǎn)。范旭東、侯德榜等將工廠遷至四川。四川沒有廉價的海鹽，只能使用從深井中吊上來的低濃度“井鹽水”。索爾維法的食鹽利用率低，只有72%~74%，使生產(chǎn)成本很高，這也導致中國的純堿工業(yè)陷入困境。根據(jù)當時的情況，侯德榜創(chuàng)造性地提出了侯氏制堿法。三、體會侯氏制堿法的創(chuàng)新2.反應原理

NH3+CO2+H2O===NH4HCO3

NaHCO3加熱分解可制取Na2CO3：

三、體會侯氏制堿法的創(chuàng)新3.工藝流程精制飽和食鹽水吸氨NH3碳酸化過濾NaHCO3沉淀煅燒Na2CO3NH4Cl冷析吸氨鹽析母液ⅡCO2NaCl降溫母液ⅠNH3CO2由合成氨工業(yè)提供澄清三、體會侯氏制堿法的創(chuàng)新4.侯氏制堿法的創(chuàng)新之處侯氏制堿法的食鹽利用率可達98%，大大提高了原料(NaCl)的利用率，不產(chǎn)生無用的CaCl2。實現(xiàn)大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)，降低成本。利用一個廠的廢料作為另一個廠的主要原料。如合成氨廠的廢料CO2可以作為制堿廠的主要原料，制堿廠無用的Cl-可以代替價格比較昂貴的硫酸來固定氨制成氮肥，降低了成本，提高了綜合經(jīng)濟效益。三、體會侯氏制堿法的創(chuàng)新【歸納總結】分析真實溶液問題的一般思路(1)分析溶液的物質(zhì)組成、微粒和相互作用真實溶液的復雜問題歸根結底是溶液中的物質(zhì)及其相互作用的問題。例如，要尋找索爾維法食鹽利用率低的原因，需要分析制堿母液的組成及微粒，母液處理過程中的反應和平衡移動，以及廢液的組成及微粒。-三、體會侯氏制堿法的創(chuàng)新【歸納總結】分析真實溶液問題的一般思路(2)根據(jù)目標確定待解決的關鍵問題真實問題解決需要明確目標，有目的地調(diào)控溶液中的物質(zhì)組成、微粒和平衡。例如，要提高食鹽利用率、避免Na+的浪費，就需要重新利用索爾維法排放的廢液。為此，需要設法增大母液中有用微粒Na+和HCO3的濃度，同時考慮母液中其他微粒是否會影響生產(chǎn)，以及如何處理。-三、體會侯氏制堿法的創(chuàng)新【歸納總結】分析真實溶液問題的一般思路(3)基于信息和數(shù)據(jù)進行推理真實溶液中，物質(zhì)可能發(fā)生多次、多種相互作用?；谛畔⒑蛿?shù)據(jù)，可以進行合理的推論。例如，基于氯化銨的溶解度數(shù)據(jù)以及氯化鈉溶解度隨溫度的變化，可以推測“冷析”過程的產(chǎn)物及目的。-四、課堂練習1.侯氏制堿法中可循環(huán)利用的物質(zhì)是()AA.CO2、NaClB.NH3、NaClC.NH3、CO2D.CaO、NH3A.實驗時先點燃裝置①的酒精燈，過一段時間后再打開裝置③中分液漏斗的旋塞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加熱碳酸氫鈉可實現(xiàn)步驟Ⅱ的轉化，所得CO2可循環(huán)使用2.“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。某實驗小組模擬“侯氏制堿法”的工藝流程及實驗裝置（部分夾持裝置省略）如下。下列敘述錯誤的是()四、課堂練習D3.下列關于氨堿法(索氏)和聯(lián)合制堿法(侯氏)說法錯誤的是()A.兩者的原料來源相同B.兩者的生產(chǎn)原理相同C.兩者對食鹽利用率不同D.兩者最終產(chǎn)品都是Na2CO3

四、課堂練習A五、課堂小結索爾維制堿法的基本工藝流程精制飽和食鹽水