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 (教学课件19张）——高中化学鲁科版（2019）选择性必修1

(共19张PPT)
选择性必修1第3章微项目
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
学习目标
知识如海，学习无边，勤奋作舟，努力为帆。
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、索尔维制碱法
知识如海，学习无边，勤奋作舟，努力为帆。
1.基本工艺流程
一、索尔维制碱法
知识如海，学习无边，勤奋作舟，努力为帆。
2.发生的主要反应
NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，
一、索尔维制碱法
知识如海，学习无边，勤奋作舟，努力为帆。
3.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。
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＋＋CO32-+H2O+CO2 2NaHCO3，当增加Na+和CO32-的浓度时，该平衡正向移动，NaHCO3就会以沉淀的形式出现。
思考交流
1.碳酸氢钠可溶于水，索尔维制碱法能得到碳酸氢钠沉淀，试用平衡的原理进行解释。
思考交流
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HCO3-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HCO3-浓度增大。
思考交流
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______________________________。
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)_________________。
CaCO3＋2NaCl===CaCl2＋Na2CO3
0.49(或106∶217)
思考交流
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：
(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
二、侯氏制碱法
知识如海，学习无边，勤奋作舟，努力为帆。
1.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NH4+ 和Cl－，
以及高浓度的Na＋和HCO3-。“灰蒸”过程只
实现了NH4+ 的回收利用，Na＋、Cl－等都
随废液排放，因此食盐的利用率低。
（2）侯氏制碱法的工艺流程图
二、侯氏制碱法
知识如海，学习无边，勤奋作舟，努力为帆。
2.平衡思想的应用
(1)“吸氨”过程
NH3＋H2O NH3·H2O NH4+＋OH－
通入NH3会使平衡右移，c(NH4+)、c(OH－)增大，
可使平衡HCO3- H＋＋CO32-右移，
产生溶解度更大的Na2CO3。
(2)“碳酸化”过程
CO2＋H2O H2CO3 H＋＋HCO3-
因“吸氨”过程中c(OH－)增大，
而使此平衡右移，产生大量HCO3-。
二、侯氏制碱法
知识如海，学习无边，勤奋作舟，努力为帆。
3.平衡思想的应用
(3)“盐析”过程
NH4+(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，
NH4+(aq)＋Cl－(aq) NH4Cl(s) ΔH<0
降温时，平衡右移，析出NH4Cl沉淀。
二、侯氏制碱法
知识如海，学习无边，勤奋作舟，努力为帆。
3.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(NH4+)、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。
思考交流
知识如海，学习无边，勤奋作舟，努力为帆。
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。
思考交流
知识如海，学习无边，勤奋作舟，努力为帆。
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。
思考交流
知识如海，学习无边，勤奋作舟，努力为帆。
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
√
思考交流
知识如海，学习无边，勤奋作舟，努力为帆。
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_________。
(2)沉淀池中发生反应的化学方程式是__________________________________________。
NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓
做化肥
思考交流
知识如海，学习无边，勤奋作舟，努力为帆。
(3)写出题述流程中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_____。
CO2
Ⅰ
过滤
思考交流
知识如海，学习无边，勤奋作舟，努力为帆。
(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，提高析出的NH4Cl纯度
ac