【教学课件】微项目 探秘索尔微维制碱法和侯氏制碱法 参考课件

第三章物质在水溶液中的行为微项目

探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一、导入新课

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。

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，如生产味精、作为食品添加剂等。历史上比较重要的制碱方法有路布兰(N.Leblanc)法、索尔维(E.Solvay)法和侯氏制碱法。我国对纯碱的需求量大，但纯碱工业起步较晚。化学工业科学家侯德榜为我国的制碱工业作出了突出的贡献，他发明的“侯氏制碱法”在人类化学工业史上写下了光辉的一页。二、解读索尔维制碱法1.关键反应NaCl+CO2+H2O+NH3===NaHCO3↓+NH4Cl比利时工程师索尔维以食盐、石灰石和氨为原料制得碳酸钠和氯化钙，1867年这种方法被正式命名为索尔维制碱法。索尔维法的关键反应：二、解读索尔维制碱法2.实验室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。(1)实验内容二、解读索尔维制碱法2.实验室模拟索尔维制碱法(2)实验现象通入CO2后，试管中一开始出现澄清状态，15min之后溶液颜色变浅，随着通入CO2时间变长，酚酞完全褪色，溶液中有沉淀逐渐析出。增大c(Na+)和c(HCO3)-二、解读索尔维制碱法3.原理分析物质组成相互作用作用结果NaClNH3·H2OH2ONaCl===Cl-+Na+NaHCO3CO3+H2O+CO22HCO32-

-+2NH3·H2O+CO2====CO3+2NH4+H2O2-+通入CO2目标微粒种类与数量宏观现象NaHCO3析出二、解读索尔维制碱法3.原理分析思考讨论：(1)NaHCO3可溶于水，而索尔维法却能得到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，当相应的离子浓度过大时，可溶性物质也会析出，类似沉淀溶解平衡。索尔维法通过增大Na+

、HCO3

的浓度，使平衡NaHCO3Na++HCO3

的Q＞K，平衡左移，产生沉淀。--二、解读索尔维制碱法3.原理分析思考讨论：(2)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，再通入二氧化碳？氨盐水的作用是增大CO2的吸收量，增大HCO3

的浓度。CO2在食盐水中溶解度较小，直接通入CO2难以获得足量的HCO3，NH3易溶于水，能使H2CO3H++HCO3

平衡右移，使HCO3浓度增大。------二、解读索尔维制碱法3.原理分析思考讨论：(3)实验发现，酚酞完全褪色后才有沉淀逐渐析出。在整个实验过程中，溶液中微粒的种类、数量发生了什么变化？原因是什么？在整个实验过程中，溶液中增加了CO3、HCO3；HCO3

、NH4、H+数量增加，Na+、OH-数量减小，Cl-数量不变。2---+二、解读索尔维制碱法3.原理分析思考讨论：(3)实验发现，酚酞完全褪色后才有沉淀逐渐析出。在整个实验过程中，溶液中微粒的种类、数量发生了什么变化？原因是什么？反应开始时溶液呈碱性，此时通入的二氧化碳与氨水反应，反应产物主要为CO3。随着反应的进行，氨水逐渐消耗，溶液的pH逐渐降低，OH-数量减少，NH4、H+数量增多，生成的CO3与继续通入的二氧化碳反应生成了HCO3

，HCO3浓度逐渐增大。当浓度增大至一定程度时，它与Na+结合生成碳酸氢钠沉淀析出，Na+数量减少，Cl-未参与离子反应，数量不变。2-+--2-二、解读索尔维制碱法4.基本工艺流程精制饱和食盐水吸氨NH3碳酸化过滤NaHCO3沉淀煅烧Na2CO3灰蒸母液废液石灰石煅烧石灰乳CO2CO2NH3二、解读索尔维制碱法4.基本工艺流程发生的主要反应：

高温CaO+H2O===Ca(OH)2

二、解读索尔维制碱法5.索尔维法的优、缺点优点：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。缺点：原料食盐的利用率低；生成了没有多大用途的氯化钙(CaCl2)。三、体会侯氏制碱法的创新1.创新背景我国化学实业家范旭东最初将制碱厂设在天津塘沽，塘沽靠海，原料食盐容易获得。1937年，卢沟桥事变后不久，日军攻占天津，制碱厂被迫停产。范旭东、侯德榜等将工厂迁至四川。四川没有廉价的海盐，只能使用从深井中吊上来的低浓度“井盐水”。索尔维法的食盐利用率低，只有72%~74%，使生产成本很高，这也导致中国的纯碱工业陷入困境。根据当时的情况，侯德榜创造性地提出了侯氏制碱法。三、体会侯氏制碱法的创新2.反应原理

NH3+CO2+H2O===NH4HCO3

NaHCO3加热分解可制取Na2CO3：

三、体会侯氏制碱法的创新3.工艺流程精制饱和食盐水吸氨NH3碳酸化过滤NaHCO3沉淀煅烧Na2CO3NH4Cl冷析吸氨盐析母液ⅡCO2NaCl降温母液ⅠNH3CO2由合成氨工业提供澄清三、体会侯氏制碱法的创新4.侯氏制碱法的创新之处侯氏制碱法的食盐利用率可达98%，大大提高了原料(NaCl)的利用率，不产生无用的CaCl2。实现大规模联合生产，降低成本。利用一个厂的废料作为另一个厂的主要原料。如合成氨厂的废料CO2可以作为制碱厂的主要原料，制碱厂无用的Cl-可以代替价格比较昂贵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。三、体会侯氏制碱法的创新【归纳总结】分析真实溶液问题的一般思路(1)分析溶液的物质组成、微粒和相互作用真实溶液的复杂问题归根结底是溶液中的物质及其相互作用的问题。例如，要寻找索尔维法食盐利用率低的原因，需要分析制碱母液的组成及微粒，母液处理过程中的反应和平衡移动，以及废液的组成及微粒。-三、体会侯氏制碱法的创新【归纳总结】分析真实溶液问题的一般思路(2)根据目标确定待解决的关键问题真实问题解决需要明确目标，有目的地调控溶液中的物质组成、微粒和平衡。例如，要提高食盐利用率、避免Na+的浪费，就需要重新利用索尔维法排放的废液。为此，需要设法增大母液中有用微粒Na+和HCO3的浓度，同时考虑母液中其他微粒是否会影响生产，以及如何处理。-三、体会侯氏制碱法的创新【归纳总结】分析真实溶液问题的一般思路(3)基于信息和数据进行推理真实溶液中，物质可能发生多次、多种相互作用。基于信息和数据，可以进行合理的推论。例如，基于氯化铵的溶解度数据以及氯化钠溶解度随温度的变化，可以推测“冷析”过程的产物及目的。-四、课堂练习1.侯氏制碱法中可循环利用的物质是()AA.CO2、NaClB.NH3、NaClC.NH3、CO2D.CaO、NH3A.实验时先点燃装置①的酒精灯，过一段时间后再打开装置③中分液漏斗的旋塞B.装置②的干燥管中可盛放蘸稀硫酸的脱脂棉，作用是吸收多余的NH3C.向步骤I所得滤液中通入氨气，加入细小的食盐颗粒并降温可析出NH4ClD.用装置④加热碳酸氢钠可实现步骤Ⅱ的转化，所得CO2可循环使用2.“侯氏制碱法”是我国化工专家侯德榜为世界制碱工业作出的突出贡献。某实验小组模拟“侯氏制碱法”的工艺流程及实验装置（部分夹持装置省略）如下。下列叙述错误的是()四、课堂练习D3.下列关于氨碱法(索氏)和联合制碱法(侯氏)说法错误的是()A.两者的原料来源相同B.两者的生产原理相同C.两者对食盐利用率不同D.两者最终产品都是Na2CO3

四、课堂练习A五、课堂小结索尔维制碱法的基本工艺流程精制饱和食盐水