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(共37张PPT)
第3章　物质在水溶液中的行为
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
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。
学习目标
一、项目活动1　解读索尔维制碱法
知能通关
1.纯碱的应用和制备
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)锥形瓶中发生的化学反应方程式为CaCO3+H2SO4===CaSO4+CO2↑+H2O;试管内发生的反应:NaCl(饱和)+CO2+NH3+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl。
3.理论解释
4.基本工艺流程
(1)工艺流程图
1.实验中氨盐水的作用是什么 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
2.索尔维制碱法(氨碱法)的优缺点分别是什么
答案　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。
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。
二、项目活动2　体会侯氏制碱法的创新
知能通关
1.侯氏制碱法出现的背景
(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。
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.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
D
2.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
解析　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。
A
3.我国化学工业科学家侯德榜提出了将索尔维法制碱与合成氨联合生产的改进工艺,这就是联合制碱法,也称侯氏制碱法。侯氏制碱法的工业生产分为两个过程,分别为生产纯碱的过程和生产氯化铵的过程。工艺流程如图所示:
该工业中涉及的几种物质溶解度的变化如图所示:
回答下列问题:
(1)侯氏制碱法所用的原料中,可由合成氨
工业提供的物质的化学式为　　　　　　。
(2)“产品1”的化学式为　　　　,“过滤”后得
到“产品1”的方法为　　　　,写出“产品2”
的一种常见用途　　　　　　　　　　　　　。
(3)写出“碳酸化”时发生反应的化学方程式
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
NH3、CO2
Na2CO3
煅烧
用作氮肥(制备其他铵盐等)
NH3+H2O+CO2+NaCl===NH4Cl+NaHCO3↓
解析　(1)侯氏制碱法所用的原料中,可由合成氨工业提供的物质的化学式为NH3、CO2。(2)“产品1”的化学式为Na2CO3,“过滤”后得到“产品1”的方法为煅烧,“产品2”为NH4Cl,其常见用途为用作氮肥、制备其他铵盐等。(3)“碳酸化”时发生反应的化学方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl===NH4Cl+NaHCO3↓。
在较低温度下,NH4Cl的溶解度小于NaCl的溶解度,“冷析”有利于NH4Cl的析出
A
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1.联合制碱法生产纯碱的工艺流程如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.吸氨与碳酸化的先后顺
序可以交换
B.操作Ⅰ和操作Ⅱ是两种
不同的分离方法
C.该工艺流程中循环利用的物质是NH3和CO2
D.流程中的“一系列操作”包括通氨气、冷却、加食盐
D
解析　氨气极易溶于水,二氧化碳溶解度不大,先通入氨气,再向碱溶液中通入二氧化碳,二氧化碳溶解度增大,可以生成碳酸氢钠沉淀,吸氨与碳酸化的先后顺序不可以交换,A错误;操作Ⅰ和操作Ⅱ是相同的分离方法,为过滤操作,B错误;分析可知该工艺流程中循环利用的物质是CO2,C错误;流程中的“一系列操作”包括通氨气增大铵根离子浓度、冷却、加食盐增大氯离子浓度,目的是得到氯化铵沉淀,D正确。
2.索尔维制碱法以NaCl、CO2、NH3、H2O为原料制Na2CO3,该法又称氨碱法,其主要工艺流程如图所示:
下列有关说法错误的是(　　)
A.理论上循环生产时不需要再
补充NH3
B.从绿色化学的角度看,该方法
有两个明显的缺点:NaCl未能充分利用、产生CaCl2废弃物
C.该方法将NH4Cl作为一种化工产品,不再生产NH3来循环利用
D.理论上每生产1 mol Na2CO3,需再补充2 mol NaCl和1 mol CO2
C
3.某纯碱工业的生产流程如图,判断错误的是(　　)
A.该流程是索尔维法制碱
B.X是NaCl
C.Y是Na2CO3
D.Z是NH4Cl
A
解析　A.由对生产流程的分析可知,母液循环使用,NH4Cl没有与碱反应制NH3,该流程是侯氏制碱法,A错误;B.母液中加入X,以增大溶质的浓度,则X是NaCl,B正确;C.过滤所得沉淀应为NaHCO3,煅烧生成Y,则Y是Na2CO3,C正确;D.在NaHCO3结晶后的母液中通入NH3,此时结晶析出Z,则Z是NH4Cl,D正确。
4.以下是以空气、海水中的物质为原料制取纯碱的工业流程:
D
5.某小组设计如图所示装置(夹持装置略去),在实验室模拟侯氏制碱工艺中NaHCO3的制备,下列说法不正确的是(　　)
C
解析　③中盛放饱和食盐水,用来制备碳酸氢钠,⑤中盛放浓氨水,用来制取氨气,故A正确;由于NH3在水中的溶解度比CO2大,应先向③中通入足量氨气,再通入二氧化碳,故B正确;装置③中氨气、二氧化碳、氯化钠和水反应生成碳酸氢钠晶体和氯化铵,碳酸氢钠不能拆成离子的形式,故C不正确;可以利用装置①制氢气,故D正确。
6.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)　　　　　　　　　　。
(2)试列举出索尔维制碱法的两大缺点。
①　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
CaCO3+2NaCl===CaCl2+Na2CO3
0.49(或106∶217)
原料NaCl的利用率低
产生了不容易处理的副产物氯化钙

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