第3章微项目-2023-2024学年高二化学鲁科版选择性必修第一册课件(共21张PPT)

(共21张PPT)
第3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
学习目标 核心素养培养
1．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。 变化观念与平衡思想
2．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工业作出的巨大贡献。 科学态度与社会责任
1.纯碱是重要的基础化工原料,其产量和消费量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。

知识背景
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侯德榜创立的。是将索尔维法和合成氨法两种工艺联合起来,同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。
项目活动1　解读索尔维制碱法
1．关键反应：NaCl＋CO2＋H2O＋NH3＝NaHCO3↓＋NH4Cl
2．模拟实验：
(1)实验步骤：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。
(2)实验现象：随CO2的不断通入，溶液的红色逐渐褪去后，溶液中出现白色沉淀。
(3)问题探究
①NaHCO3可溶于水，为什么能得到NaHCO3沉淀？试用化学平衡的原理解释原因。
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Na＋＋HCO3－ NaHCO3(s)的Q②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？
CO2在水中溶解度较小，仅通入CO2难以获得足量HCO3－；NH3易溶于水，且能使H2CO3 H＋＋HCO3－平衡右移，使HCO3－浓度增大。
③为什么酚酞完全褪色后才有沉淀逐渐析出？
开始时2NH3·H2O＋CO2＝CO32－＋2NH4＋＋H2O，随着CO2通入，NH3·H2O消耗完后，生成的CO32－与CO2、H2O反应：CO2＋CO32－＋H2O＝2HCO3－，当c(HCO3－)增大至一定程度，产生NaHCO3沉淀。
④在索尔维法中有哪些物质可以循环利用？
反应2NaHCO3 Na2CO3＋H2O＋CO2↑产生的CO2气体及NH4Cl与石灰乳产生的氨气。
⑤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思路。
(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)。
3.索尔维法的优、缺点
1、比利时人索尔维以NaCl、CO2、NH3、H2O为原料制得了纯净的Na2CO3,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(　　)
A.从理论上看,循环生产时不需要再补充NH3
B.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1 mol Na2CO3,再补充的物质及其物质的量分别是2 mol NaCl和1 mol CO2
C
(1)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。
项目活动2　体会侯氏制碱法的创新
1．侯氏制碱法出现的背景
2．侯氏制碱法工艺流程
3．平衡思想在侯氏制碱法中的应用
(1)“吸氨”过程：NH3＋H2O NH3·H2O
NH3·H2O NH4＋＋OH－
不断通入的NH3会使平衡右移，c(NH4＋)、c(OH－)增大，可使HCO3－ H＋＋CO32－平衡右移，产生溶解度更大的Na2CO3。
(2)“碳酸化”过程：CO2＋H2O H2CO3，H2CO3 H＋＋HCO3－因“吸氨”过程中c(OH－)增大，平衡右移，产生大量HCO3－。
(3)“冷析”过程
NH4Cl溶解度随温度升高而增大，NH4＋＋Cl－ NH4Cl(s)　ΔH<0，降温时，平衡右移，析出NH4Cl沉淀。
(4)“盐析”过程
NH4＋＋Cl－ NH4Cl(s) ， 增大c(Cl－)，使平衡右移，析出NH4Cl沉淀。
4、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“氨碱法”和“侯氏制碱法”两种工艺，请按要求回答问题：
(1)“氨碱法”产生大量CaCl2废弃物，请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式：_________________________________________。
(2)写出“侯氏制碱法”有关反应的化学方程式：
_____________________________________________________，_____________________________________________________。
(3)CO2是制碱工业的重要原料，“侯氏制碱法”与“氨碱法”中CO2的来源有何不同？
_______________________________________________________
______________________________________________________；
2NH4Cl＋Ca(OH)2＝2NH3↑＋CaCl2＋2H2O
NH3＋CO2＋H2O＋NaCl(饱和)＝NaHCO3↓＋NH4Cl　2NaHCO3 Na2CO3＋CO2↑＋H2O
“氨碱法”的CO2来源于石灰石煅烧，“侯氏制碱法”的CO2来源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“侯氏制碱法”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=（预期产物的总质量/生成物的总质量）×100%
3.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)沉淀池中发生反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
侯氏制碱法(或联合制碱法)
用做农作物的化肥
NH3+CO2+H2O+NaCl === NaHCO3↓+NH4Cl
(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NH4+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
CO2
Ⅰ
过滤
硝酸酸化的硝酸银溶液
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