微项目 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
[核心素养发展目标] 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。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。
一、解读索尔维制碱法
一、实验室模拟索尔维制碱法(又名氨碱法)
1．实验步骤
用如图所示装置模拟索尔维制碱法。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。
锥形瓶中发生反应的化学方程式为__________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
2．实验现象
随着CO2的不断通入，试管中溶液的红色逐渐褪去后，溶液中出现白色沉淀。
3．理论解释
二、索尔维制碱法
1．基本工艺流程
2．发生的主要反应
NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，
CaCO3CaO＋CO2↑，
CaO＋H2O===Ca(OH)2，
2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O，
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。
3．索尔维制碱法(氨碱法)的优缺点
(1)优点
①原料(石灰石、氨气、食盐等)易得，价格便宜；
②产品纯碱较为纯净；
③副产品二氧化碳、氨气等都可以循环利用；
④制造步骤简单、易于操作，很适合大规模连续生产。
(2)缺点
①产生大量无用的副产品CaCl2 ；
②NaCl利用率低，约有30%的NaCl残留在母液中；
③设备多，耗能大。
1．碳酸氢钠可溶于水，而索尔维制碱法却能得到碳酸氢钠沉淀，试用平衡的原理进行解释。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
2．为什么要先向饱和食盐水中通入氨气制得氨盐水，再通入CO2 氨盐水的作用是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
3．碳酸钠是一种重要的化学基本工业产品。比利时人索尔维发明了氨碱法生产碳酸钠，氨碱法生产原理示意图如下：
请回答下列问题：
(1)从索尔维制碱法生产原理示意图可知，氨碱法的总反应化学方程式为__________________
_______________________________________________________________________________。
按照绿色化学原则，理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，实现废弃物的零排放。计算索尔维制碱法的原子利用率(原子利用率＝期望产物的总质量与反应产物的总质量之比)为____________。
(2)试列举出索尔维制碱法的两大缺点。
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
二、体会侯氏制碱法的创新
一、产生背景
1．历史原因：制碱厂由海边迁至四川。
2．技术因素：索尔维制碱法的食盐利用率低，使生产成本增加。
二、探究过程
1．索尔维制碱法原料利用率低的原因
索尔维法制碱母液中含有大量NH和Cl－，以及高浓度的Na＋和HCO。“灰蒸”过程只实现了NH的回收利用，Na＋、Cl－等都随废液排放，因此食盐的利用率低。
2．侯氏制碱法工艺流程图
3．侯氏制碱法的分析思路
4．平衡思想在侯氏制碱法中的应用
(1)“吸氨”过程
NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－
不断通入NH3会使平衡右移，c(NH)、c(OH－)增大，可使平衡HCOH＋＋CO右移，产生溶解度更大的Na2CO3。
(2)“碳酸化”过程
CO2＋H2OH2CO3H＋＋HCO
因“吸氨”过程中c(OH－)增大，而使此平衡右移，产生大量HCO。
(3)“盐析”过程
NH(aq)＋Cl－(aq) NH4Cl(s)
增大c(Cl－)使平衡右移，析出NH4Cl沉淀。
(4)“冷析”过程
NH4Cl的溶解度随温度升高而增大，NH(aq)＋Cl－(aq) NH4Cl(s) ΔH<0，降温时，平衡右移，析出NH4Cl沉淀。
5．侯氏制碱法的创新之处
(1)突出优点：向沉淀池的母液中通入NH3并加入食盐，增大c(NH)、c(Cl－)，析出NH4Cl晶体用作氮肥，同时使溶液中氯化钠溶液浓度增大至接近饱和，可以作为原料循环利用，使食盐的利用率高达98%，大大提高了原料(NaCl)的利用率，不产生无用的CaCl2。
(2)实现大规模联合生产，合成氨厂的废料CO2可以作为制碱厂的主要原料，制碱厂无用的成分Cl－可以代替价格较高的硫酸来固定氨，制成氮肥，降低了成本，提高了综合经济效益。
1．索尔维制碱法除了得到纯碱外，还会产生一种废渣是什么？侯氏制碱法在此工艺上改进，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什么？此物质在农业上的用途是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
2．侯氏制碱法与索尔维制碱法的主要不同在母液的处理上。侯氏制碱法采取了怎样的方式对母液进行处理？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
[知识支持]
在侯氏制碱法中涉及的盐的溶解度
温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60 100
溶解度/g NaCl 35.7 35.8 35.9 36.3 36.6 37.0 37.3 39.8
NH4HCO3 11.9 15.8 21.7 27.0 — — — —
NaHCO3 6.9 8.1 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4 —
NH4Cl 29.4 33.2 37.2 41.4 45.8 55.3 65.6 77.3
“—”表示在该温度下NH4HCO3或NaHCO3会分解。
(1)利用该表可以判断在0～30 ℃时，NaHCO3在这四种盐中溶解度是最小的。
(2)当温度高于30 ℃时，NH4HCO3会分解，因此温度不能高于30 ℃。
(3)在0～10 ℃时，NaCl与NH4Cl相比，NH4Cl的溶解度较小。
3．下列属于侯氏制碱法优点的是( )
A．氨和二氧化碳由合成氨厂提供
B．母液可回收制氯化铵
C．氯化钠的利用率达98%
D．以上全是
4．侯氏制碱法中可循环利用的物质是( )
A．CO2、NaCl B．NH3、NaCl
C．NH3、CO2 D．CaO、NH3
5．我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：
(1)上述生产纯碱的方法中，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_______________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)写出上述流程中X物质的化学式：________。
(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“Ⅰ”或“Ⅱ”)。从沉淀池中分离出沉淀的操作是________。
(5)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________(填字母)。
a．增大NH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，提高析出的NH4Cl纯度
微项目 揭秘索尔维制碱法和侯氏制碱法
一、
1．CaCO3＋H2SO4===CaSO4＋CO2↑＋H2O
思考交流
1．可溶性的碳酸氢钠也有一定的溶解限度，当相应的离子浓度过大时也会析出，类似于沉淀溶解平衡，在溶液中存在平衡：2Na＋＋CO＋H2O＋CO2??2NaHCO3，当增加Na＋和CO的浓度时，该平衡正向移动，NaHCO3就会以沉淀的形式出现。
2．因为CO2在饱和食盐水中的溶解度不大，若先向饱和食盐水中通入氨气制得氨盐水，此时溶液显碱性，再通入CO2，CO2就会与氨水反应生成铵盐，促进CO2的溶解，使生成的HCO浓度增大，提高NaHCO3的析出率。氨盐水的作用是增大CO2的吸收量，使生成的HCO浓度增大。
3．(1)CaCO3＋2NaCl===CaCl2＋Na2CO3 0.49(或106∶217) (2)①原料NaCl的利用率低 ②产生了不容易处理的副产物氯化钙
二、
思考交流
1．根据索尔维制碱法的流程使用CaCO3制备CO2，最后用氢氧化钙与氯化铵反应生成氨气循环，同时生成氯化钙废渣；而侯氏制碱法不再使用CaCO3制备CO2，在得到纯碱的同时还制得了NH4Cl；此物质在农业上的用途是可以用作氮肥。
2．(1)向母液中加食盐；(2)向母液中通氨气和二氧化碳；(3)降温至5 ℃左右。
3．D 4.A
5．(1)做化肥(或电解液等其他合理答案均可)
(2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓ (3)CO2 (4)Ⅰ 过滤 (5)ac(共36张PPT)
第3章
<<<
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
微项目
核心素养
发展目标
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。
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。
一、实验室模拟索尔维制碱法(又名氨碱法)
1.实验步骤
用如图所示装置模拟索尔维制碱法。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。
一
解读索尔维制碱法
锥形瓶中发生反应的化学方程式为____________________
____________________。
CaCO3＋H2SO4===
CaSO4＋CO2↑＋H2O
2.实验现象
随着CO2的不断通入，试管中溶液的红色逐渐褪去后，溶液中出现白色沉淀。
3.理论解释
二、索尔维制碱法
1.基本工艺流程
2.发生的主要反应
NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，
3.索尔维制碱法(氨碱法)的优缺点
(1)优点
①原料(石灰石、氨气、食盐等)易得，价格便宜；
②产品纯碱较为纯净；
③副产品二氧化碳、氨气等都可以循环利用；
④制造步骤简单、易于操作，很适合大规模连续生产。
(2)缺点
①产生大量无用的副产品CaCl2 ；
②NaCl利用率低，约有30%的NaCl残留在母液中；
③设备多，耗能大。
1.碳酸氢钠可溶于水，而索尔维制碱法却能得到碳酸氢钠沉淀，试用平衡的原理进行解释。
提示 可溶性的碳酸氢钠也有一定的溶解限度，当相应的离子浓度过大时也会析出，类似于沉淀溶解平衡，在溶液中存在平衡：2Na＋＋
的浓度时，该平衡正向移动，NaHCO3就会以沉淀的形式出现。
2.为什么要先向饱和食盐水中通入氨气制得氨盐水，再通入CO2 氨盐水的作用是什么？
提示 因为CO2在饱和食盐水中的溶解度不大，若先向饱和食盐水中通入氨气制得氨盐水，此时溶液显碱性，再通入CO2，CO2就会与氨水反应生成铵盐，促进CO2的溶解，使生成的 浓度增大，提高NaHCO3的析出率。氨盐水的作用是增大CO2的吸收量，使生成的
浓度增大。
3.碳酸钠是一种重要的化学基本工业产品。比利时人索尔维发明了氨碱法生产碳酸钠，氨碱法生产原理
示意图如右：
请回答下列问题：
(1)从索尔维制碱法生产原理示意图
可知，氨碱法的总反应化学方程式
为______________________________。
CaCO3＋2NaCl===CaCl2＋Na2CO3
按照绿色化学原则，理想的“原子
经济”就是反应物的原子全部转化
为期望的最终产物，实现废弃物的
零排放。计算索尔维制碱法的原子
利用率(原子利用率＝期望产物的总
质量与反应产物的总质量之比)为_________________。
0.49(或106∶217)
(2)试列举出索尔维制碱法的两大
缺点。
①____________________；
②_______________________________。
原料NaCl的利用率低
产生了不容易处理的副产物氯化钙
一、产生背景
1.历史原因：制碱厂由海边迁至四川。
2.技术因素：索尔维制碱法的食盐利用率低，使生产成本增加。
二、探究过程
1.索尔维制碱法原料利用率低的原因
索尔维法制碱母液中含有大量 。
“灰蒸”过程只实现了 的回收利用，Na＋、Cl－等都随废液排放，因此食盐的利用率低。
二
体会侯氏制碱法的创新
2.侯氏制碱法工艺流程图
3.侯氏制碱法的分析思路
4.平衡思想在侯氏制碱法中的应用
(1)“吸氨”过程
(3)“盐析”过程
(aq)＋Cl－(aq) NH4Cl(s)
增大c(Cl－)使平衡右移，析出NH4Cl沉淀。
(4)“冷析”过程
NH4Cl的溶解度随温度升高而增大， (aq)＋Cl－(aq) NH4Cl(s) ΔH<
0，降温时，平衡右移，析出NH4Cl沉淀。
5.侯氏制碱法的创新之处
(1)突出优点：向沉淀池的母液中通入NH3并加入食盐，增大c( )、c(Cl－)，析出NH4Cl晶体用作氮肥，同时使溶液中氯化钠溶液浓度增大至接近饱和，可以作为原料循环利用，使食盐的利用率高达98%，大大提高了原料(NaCl)的利用率，不产生无用的CaCl2。
(2)实现大规模联合生产，合成氨厂的废料CO2可以作为制碱厂的主要原料，制碱厂无用的成分Cl－可以代替价格较高的硫酸来固定氨，制成氮肥，降低了成本，提高了综合经济效益。
1.索尔维制碱法除了得到纯碱外，还会产生一种废渣是什么？侯氏制碱法在此工艺上改进，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什么？此物质在农业上的用途是什么？
提示 根据索尔维制碱法的流程使用CaCO3制备CO2，最后用氢氧化钙与氯化铵反应生成氨气循环，同时生成氯化钙废渣；而侯氏制碱法不再使用CaCO3制备CO2，在得到纯碱的同时还制得了NH4Cl；此物质在农业上的用途是可以用作氮肥。
2.侯氏制碱法与索尔维制碱法的主要不同在母液的处理上。侯氏制碱法采取了怎样的方式对母液进行处理？
提示 (1)向母液中加食盐；
(2)向母液中通氨气和二氧化碳；
(3)降温至5 ℃左右。
[知识支持]
在侯氏制碱法中涉及的盐的溶解度
温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60 100
溶解 度/g NaCl 35.7 35.8 35.9 36.3 36.6 37.0 37.3 39.8
NH4HCO3 11.9 15.8 21.7 27.0 — — — —
NaHCO3 6.9 8.1 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4 —
NH4Cl 29.4 33.2 37.2 41.4 45.8 55.3 65.6 77.3
“—”表示在该温度下NH4HCO3或NaHCO3会分解。
(1)利用该表可以判断在0～30 ℃时，NaHCO3在这四种盐中溶解度是最小的。
(2)当温度高于30 ℃时，NH4HCO3会分解，因此温度不能高于30 ℃。
(3)在0～10 ℃时，NaCl与NH4Cl相比，NH4Cl的溶解度较小。
3.下列属于侯氏制碱法优点的是
A.氨和二氧化碳由合成氨厂提供
B.母液可回收制氯化铵
C.氯化钠的利用率达98%
D.以上全是
√
4.侯氏制碱法中可循环利用的物质是
A.CO2、NaCl B.NH3、NaCl
C.NH3、CO2 D.CaO、NH3
√
侯氏制碱法具体过程为在饱和氨盐水中(氨气、氯化钠都达到饱和的溶液)通入二氧化碳从而发生反应：NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===
NaHCO3↓＋NH4Cl，反应中的碳酸氢钠由于溶解度低而析出，NaHCO3进一步煅烧分解为碳酸钠、水和二氧化碳，其中二氧化碳可以再次进入反应，循环利用，根据 NH4Cl 在常温时的溶解度比 NaCl 大，而在低温下却比 NaCl 溶解度小的原理，在 278～283 K(5～ 10 ℃ ) 时，向提取NaHCO3后的母液中加入食盐，
使 NH4Cl 单独结晶析出，过滤后的母液中主要含有NaCl，可以再循环使用，所以整个生产流程中NaCl和CO2是可以循环使用的，选项A正确。
5.我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如右：
(1)题述生产纯碱的方法中，副产品的一种用途为_______________
___________________。
做化肥(或电解液
等其他合理答案均可)
该方法中的副产品是氯化铵，主要用途是做化肥或电解液等。
(2)沉淀池中发生反应的化学方程式是_________________________
_________________。
NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===
NH4Cl＋NaHCO3↓
在碱性条件下CO2的溶解度增大，可以发生反应生成碳酸氢钠而析出，反应的化学方程式是NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓。
(3)写出题述流程中X物质的化学式：______。
CO2
碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、水和CO2，所以X的化学式是CO2。
(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“Ⅰ”或“Ⅱ”)。从沉淀池中分离出沉淀的操作是_____。
Ⅰ
过滤
母液中含有氯化钠，所以通过循环Ⅰ可以提高氯化钠的利用率。
(5)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____(填字母)。
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，提高析出的NH4Cl纯度
ac
