高中化學(xué)-魯科版高中化學(xué)（2017課標(biāo)版）《化學(xué)反應(yīng)原理》第三章微項(xiàng)目：揭秘索爾維制堿法和侯氏制堿法-化學(xué)平衡思想的創(chuàng)造性應(yīng)用教學(xué)課件設(shè)計(jì)

第3章物質(zhì)在水溶液中的行為微項(xiàng)目揭秘索爾維制堿法和侯氏制堿法——化學(xué)平衡思想的創(chuàng)造性應(yīng)用

項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過認(rèn)識(shí)制堿工業(yè)中復(fù)雜的多平衡體系，學(xué)會(huì)分析溶液中的微粒和平衡，理解平衡之間的相互影響，能根據(jù)實(shí)際需求選擇調(diào)控平衡移動(dòng)的方法。2.通過了解工業(yè)制堿的原理，體會(huì)化學(xué)原理的巧妙應(yīng)用，了解我國(guó)科學(xué)家對(duì)制堿工業(yè)作出的巨大貢獻(xiàn)。背景材料

純堿是重要的基礎(chǔ)化工原料，其產(chǎn)量和消費(fèi)量通常作為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的指標(biāo)。20世紀(jì)初的中國(guó)，純堿依賴進(jìn)口。索爾維制堿法（氨堿法）是當(dāng)時(shí)最主要的制堿方法，索爾維工會(huì)對(duì)制堿技術(shù)嚴(yán)密封鎖，導(dǎo)致第一次世界大戰(zhàn)期間，純堿價(jià)格暴漲，對(duì)我國(guó)的國(guó)計(jì)民生造成了很大影響。1921年我國(guó)化學(xué)工業(yè)實(shí)業(yè)家范旭東邀請(qǐng)侯德榜回國(guó)擔(dān)任總工程師，探索索爾維法的奧秘。吾人今日只有前進(jìn)，赴湯蹈火，亦所弗顧，…只知責(zé)任所在，拼命為之而已。

—侯德榜項(xiàng)目活動(dòng)1解讀索爾維制堿法比利時(shí)工程師索爾維以食鹽、石灰石和氨為原料制得碳酸鈉和氯化鈣，1867年這種方法被正式命名為索爾維制堿法。索爾維法中的關(guān)鍵反應(yīng)為：

NaCl＋CO2＋H2O＋NH3=NaHCO3↓＋NH4Cl思考1：溶液中NaHCO3為何能析出？資料卡片1：幾種鹽的溶解度數(shù)據(jù)NaClNH4HCO3NaHCO3NH4ClNa2CO3(NH4)2CO3溶解度/g(20℃,100H2O)35.921.79.637.221.5100資料卡片2：可溶性物質(zhì)的溶解也存在限度，當(dāng)離子濃度過大時(shí)，可溶性物質(zhì)也會(huì)析出，這類似于沉淀溶解平衡。1.NaHCO3溶解度相對(duì)最小，可以析出2.增大Na+和HCO3-的濃度可以使平衡Na+(aq)+HCO3-(aq)?NaHCO3(s)的Q<K，平衡右移，生成NaHCO3沉淀思考2：如何增大Na+和HCO3-的濃度？增大Na+的濃度：使用精制飽和食鹽水增大HCO3-的濃度：NH3與CO2反應(yīng)生成HCO3-小組討論：為增大HCO3-的濃度，對(duì)NH3

和CO2通入溶液中順序有沒有要求？1.若先通CO2后通NH3。溶液中存在：CO2+H2O?

H2CO3H2CO3?H++HCO3-(主要)HCO3-

?H++CO32-

后通入NH3(NH3+H2O?NH3·H2O?NH4++OH-)NH3的用量不好控制，若過量，則H2CO3電離平衡右移，最終生成CO32-。2.若先通NH3后通CO2。溶液中存在：2NH3·H2O+CO2=CO32-+2NH4++H2O繼續(xù)通入CO2，則CO2+CO32-+H2O?HCO3-平衡右移，HCO3-濃度增大，達(dá)到目的。另外，NH3溶解度大（極易溶于水，與水體積比為700:1），CO2溶解度不大（約為1:1），先通NH3有利于吸收更多的CO2獲得足量HCO3-。先通NH3后通CO2目標(biāo)小結(jié)索爾維法原理分析總結(jié)：我們是按照怎樣的思路揭秘索爾維法的？根據(jù)目標(biāo)確定關(guān)鍵問題分析溶液組成和相互作用基于信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行推理構(gòu)建認(rèn)識(shí)模型

錐形瓶中裝有碳酸鈣粉末,分液漏斗中裝有稀硫酸,試管中裝有氨鹽水,并滴有酚酞溶液。用冰水浴降低試管內(nèi)的溫度。打開分液漏斗,觀察二氧化碳通入氨鹽水的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證即時(shí)訓(xùn)練11862年，比利時(shí)化學(xué)家索爾維發(fā)明了氨堿法制堿，基本工藝流程可表示如圖：1.索爾維法中生成碳酸氫鈉的關(guān)鍵反應(yīng)方程式為

。2.“灰蒸”過程涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式為

。

3.流程中物質(zhì)X是

。廢液中主要微粒有

。4.簡(jiǎn)述索爾維制堿法有何優(yōu)缺點(diǎn)。Y石灰石煅燒石灰乳灰蒸廢液NH3X優(yōu)點(diǎn)：原料（食鹽和石灰石）便宜；產(chǎn)品純堿的純度高；副產(chǎn)品氨和二氧化碳都可以回收循環(huán)利用；制造步驟簡(jiǎn)單，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。缺點(diǎn)：原料食鹽的利用率低；產(chǎn)生大量的廢渣氯化鈣。項(xiàng)目學(xué)習(xí)2

體會(huì)侯氏制堿法的創(chuàng)新范旭東最初將制堿廠設(shè)在天津塘沽，塘沽靠海，原料食鹽容易獲得。1937年，日軍攻占天津，制堿廠被迫遷到四川。四川沒有廉價(jià)的海鹽，索爾維法的食鹽利用率低，只有72%-74%，使生產(chǎn)成本很高，這也導(dǎo)致中國(guó)的純堿工業(yè)又一次陷入困境。為尋求辦法，侯德榜帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)去德國(guó)考察，希望購(gòu)買“察安法”（一種制堿法，食鹽利用率達(dá)到90%-95%）專利，但德國(guó)百般阻撓，面對(duì)喪權(quán)辱國(guó)的條件，生生刺痛了侯德榜的愛國(guó)之心，“難道黃頭發(fā)綠眼珠的人能搞出來，我們黑頭發(fā)黑眼珠的人就辦不到嗎？”決心自行研發(fā)。思考3:索爾維法的食鹽利用率低的原因是

什么？索爾維法制堿母液中含有大量NH4+

和Cl-，以及高濃度的Na+和HCO3-?！盎艺簟边^程只實(shí)現(xiàn)了NH4+的回收利用，Na+、Cl-等都隨廢液排放，因此食鹽的利用率低。提高食鹽的利用率：需要重新利用母液思考4：若要重新利用母液，需要對(duì)母液進(jìn)行怎樣的處理？對(duì)母液補(bǔ)充NH3、NaCl和CO2以提高母液中Na+和HCO3-的濃度，以便于生成碳酸氫鈉。新問題——基于平衡思想，母液中高濃度的Cl-會(huì)抑制補(bǔ)加食鹽的溶解。NH4+

濃度過高時(shí)，NH4+

+HCO3-?NH4HCO3(s)平衡右移，生成NH4HCO3從而影響碳酸氫鈉的產(chǎn)率和純度。資料卡片3.氯化銨和氯化鈉在不同溫度下的溶解度t/℃010203040506070氯化銨溶解度/g(100H2O)29.433.237.241.445.855.365.671.2氯化鈉溶解度/g(100H2O)35.735.836.036.336.63737.337.8思考5：如何降低NH4+和Cl-的濃度以有利于母液的補(bǔ)充？

降溫進(jìn)行“冷析”氯化銨沉淀析出（可作化肥）新問題——直接降溫冷析如何？不合適，除NH4Cl析出外，NaHCO3、NH4HCO3也析出另外，吸氨后溶液中的銨根離子濃度進(jìn)一步提高，再添加NaCl進(jìn)行“鹽析”可使NH4+

+Cl-

?NH4Cl(s)平衡右移，氯化銨析出，同時(shí)補(bǔ)充母液中的Na+，有利于NaHCO3的析出。新措施——通入氨氣，使溶液中的HCO3-轉(zhuǎn)化為溶解度更大的CO32-，減少冷析時(shí)NaHCO3析出的可能性?？偨Y(jié)：產(chǎn)生NH4Cl可以有效控制NH4+

和Cl-的濃度，有利于母液的再生，體現(xiàn)了對(duì)平衡的創(chuàng)造性應(yīng)用。

侯氏制堿法的分析思路母液重生小結(jié)侯氏制堿法工藝流程圖1.侯氏制堿法可使氯化鈉的利用率從70%提高到98%，主要是設(shè)計(jì)了母液I到母液Ⅱ的流程，其中A.B對(duì)應(yīng)的流程名稱分別為

、

。產(chǎn)物NH4Cl的用途是

．2.寫出煅燒環(huán)節(jié)的化學(xué)反應(yīng)方程式：

。3.侯氏制堿法與索爾維制堿法相比較有哪些優(yōu)點(diǎn)。AB侯氏制堿法工藝流程圖即時(shí)訓(xùn)練2侯氏制堿法的優(yōu)點(diǎn)：食鹽的利用率大大提高，同時(shí)得到氮肥氯化銨，不再產(chǎn)生廢渣氯化鈣，減少對(duì)環(huán)境的污染，并且大大降低了純堿和氮肥的成本