《微項目 揭秘索爾維制堿法和侯氏制堿法》參考課件

※微項目※

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)用必備知識1.純堿是重要的基礎(chǔ)化工原料,其

和

通常作為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的指標(biāo)。

2.工業(yè)純堿常用于制造玻璃、洗滌劑、建筑材料等。食用純堿可用于食品工業(yè),生產(chǎn)味精、作為食品添加劑等。3.歷史上比較重要的制堿方法有路布蘭法、索爾維法和侯氏制堿法。4.比利時工程師索爾維以食鹽(氯化鈉)、石灰石(經(jīng)煅燒生成生石灰和二氧化碳)、氨為原料來制得純堿和氯化鈣。索爾維法中的關(guān)鍵反應(yīng)為:NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl。5.侯氏制堿法是我國化學(xué)工程專家

創(chuàng)立的。是將索爾維法和

法兩種工藝聯(lián)合起來,同時生產(chǎn)純堿和________

兩種產(chǎn)品的方法。

產(chǎn)量

消費(fèi)量侯德榜合成氨氯化銨必備知識【微思考】索爾維法制堿時為何先通氨氣再通二氧化碳?

提示:二氧化碳在飽和食鹽水中溶解度小,先通二氧化碳再通氨氣,制得的碳酸氫鈉量太少,不會析出。先通氨氣形成氨鹽水,再通二氧化碳能被大量吸收,有利于制得更多的碳酸氫鈉。探究一探究二隨堂檢測解讀索爾維制堿法實驗探究實驗室模擬索爾維制堿法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。探究一探究二隨堂檢測1.寫出錐形瓶中反應(yīng)的化學(xué)方程式。能否用塊狀石灰石進(jìn)行反應(yīng)?能否將硫酸換為鹽酸?

2.氨是怎樣實現(xiàn)循環(huán)利用的?

提示:CaCO3+H2SO4===CaSO4+CO2↑+H2O;不能用塊狀的石灰石,因為生成的硫酸鈣微溶,附著在塊狀碳酸鈣表面上會阻止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行,故選用粉末狀碳酸鈣。若將硫酸換為鹽酸,揮發(fā)出的HCl會降低碳酸氫鈉的產(chǎn)量,需要先通入飽和碳酸氫鈉溶液除去CO2中混有的氯化氫,再通入氨鹽水進(jìn)行反應(yīng)。提示:在制堿過程中向濾出NaHCO3晶體后的NH4Cl溶液中加熟石灰可回收氨,使之循環(huán)使用:2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O。探究一探究二隨堂檢測3.燒杯內(nèi)的試管中有什么現(xiàn)象?

提示:試管內(nèi)溶液紅色變淺,最后變?yōu)闊o色,然后溶液變渾濁,有固體析出。探究一探究二隨堂檢測深化拓展1.索爾維法(又稱氨堿法)的原理以NaCl、NH3、CO2、H2O為反應(yīng)物,在一定條件下在溶液中可析NaHCO3晶體,過濾、洗滌得到NaHCO3微小晶體,再加熱煅燒制得純堿產(chǎn)品:探究一探究二隨堂檢測探究一探究二隨堂檢測2.索爾維法的優(yōu)、缺點(diǎn)(1)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)使用;制造步驟簡單,適合于大規(guī)模生產(chǎn)。(2)缺點(diǎn)。原料食鹽的利用率低,且生成了沒有多大用途的氯化鈣(CaCl2)。探究一探究二隨堂檢測素能應(yīng)用典例1比利時人索爾維以NaCl、CO2、NH3、H2O為原料制得了純凈的Na2CO3,該法又稱氨堿法,其主要生產(chǎn)流程如下:下列有關(guān)說法不正確的是(

)探究一探究二隨堂檢測A.從理論上看,循環(huán)生產(chǎn)時不需要再補(bǔ)充NH3B.從綠色化學(xué)原料充分利用的角度看,該方法有兩個明顯的缺陷是:氯化鈉未能充分利用和產(chǎn)生CaCl2廢棄物C.將NH4Cl作為一種化工產(chǎn)品,不再生產(chǎn)NH3來循環(huán)使用D.從理論上看,每再生產(chǎn)1molNa2CO3,再補(bǔ)充的物質(zhì)及其物質(zhì)的量分別是2molNaCl和1molCO2探究一探究二隨堂檢測答案:C

解析:工業(yè)制堿的原理涉及反應(yīng):NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O↑。索爾維法用生成的氯化銨制備氨氣,將氯化銨進(jìn)行了循環(huán)利用,所以從理論上講,是不需要補(bǔ)充氨的。但是在生產(chǎn)過程中,NaCl母液被棄去,氯化銨制備氨氣生成了無用的氯化鈣,這兩點(diǎn)是索爾維法的缺陷。根據(jù)反應(yīng)關(guān)系及原子守恒,從理論上看再生產(chǎn)1molNa2CO3,需要補(bǔ)充的物質(zhì)及其物質(zhì)的量分別是2molNaCl和1molCO2。探究一探究二隨堂檢測變式訓(xùn)練1“索爾維制堿法”工藝流程如圖所示,請回答下列問題:(1)合成氨工業(yè)生產(chǎn)中所用的α-Fe催化劑的主要成分是FeO和Fe2O3,若某α-Fe催化劑中FeO和Fe2O3的物質(zhì)的量相等,則其中Fe2+與Fe3+的物質(zhì)的量之比為

。

(2)向飽和NaCl溶液中先通入

,效果更好。反應(yīng)制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化學(xué)方程式為

。

探究一探究二隨堂檢測(3)索爾維制堿法除了得到純堿外,還會產(chǎn)生一種廢渣

。侯氏制堿法在此工業(yè)上改進(jìn),不再使用CaCO3制備CO2,而是在制備NH3的過程中制得CO2,則侯氏制堿法在得到純堿的同時還制得了

,此物質(zhì)在農(nóng)業(yè)上的用途是

。

探究一探究二隨堂檢測答案:(1)1∶2

(2)NH3

NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl(3)CaCl2

NH4Cl作氮肥

解析:(1)FeO和Fe2O3的物質(zhì)的量相等,則其中Fe2+與Fe3+的物質(zhì)的量之比為1∶2。(2)由于氨氣極易溶于水,所以向飽和NaCl溶液中先通入氨氣,效果更好。反應(yīng)制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化學(xué)方程式為:NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl。(3)根據(jù)原子守恒可知反應(yīng)后還有氯化鈣生成。根據(jù)方程式NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl可知侯氏制堿法在得到純堿的同時還制得氯化銨。銨鹽在農(nóng)業(yè)上可作氮肥。探究一探究二隨堂檢測體會侯氏制堿法的創(chuàng)新問題探究1.侯氏制堿法怎樣降低溶液中

、Cl-的濃度?添加食鹽的目的是什么?

2.原料二氧化碳的來源及反應(yīng)原理是什么?

提示:侯氏制堿法利用氯化銨溶解度隨溫度變化大的特點(diǎn),降溫“冷析”,使氯化銨沉淀析出而脫離體系。添加食鹽進(jìn)行“鹽析”,可使更多的氯化銨析出,同時補(bǔ)充母液中的Na+,有利于碳酸氫鈉析出。探究一探究二隨堂檢測深化拓展1.化學(xué)反應(yīng)原理侯氏制堿法原理(又名聯(lián)合制堿法)注意:NaHCO3溶解度一般,因為不斷添加原料使溶液達(dá)到飽和才沉淀。先添加NH3而不是CO2,是因為CO2在NaCl溶液中的溶解度很小,而NH3在溶液中的溶解度大,先通入NH3使食鹽水顯堿性,能夠吸收大量CO2氣體,產(chǎn)生高濃度的,才能析出NaHCO3晶體。探究一探究二隨堂檢測2.侯氏制堿法的優(yōu)點(diǎn)保留了索爾維法的優(yōu)點(diǎn),消除了它的缺點(diǎn),使食鹽的利用率提高到96%;NH4Cl可作氮肥;可與合成氨廠聯(lián)合,使合成氨的原料氣CO轉(zhuǎn)化成CO2,代替了索爾維法中利用CaCO3制CO2這一工序。探究一探究二隨堂檢測素能應(yīng)用典例2(2020河北安平中學(xué)高三月考)“侯氏制堿法”是我國化工專家侯德榜為世界制堿工業(yè)作出的突出貢獻(xiàn)。某實驗小組模擬“侯氏制堿法”的工藝流程及實驗裝置(部分夾持裝置省略)如下:探究一探究二隨堂檢測下列敘述錯誤的是(

)A.實驗時先點(diǎn)燃裝置①的酒精燈,過一段時間后再打開裝置③中分液漏斗的旋塞B.裝置②的干燥管中可盛放蘸稀硫酸的脫脂棉,作用是吸收多余的NH3C.向步驟Ⅰ所得濾液中通入氨氣,加入細(xì)小的食鹽顆粒并降溫,可析出NH4ClD.用裝置④加熱碳酸氫鈉可實現(xiàn)步驟Ⅱ的轉(zhuǎn)化,所得CO2可循環(huán)使用探究一探究二隨堂檢測答案:D

解析:因為氨氣極易溶于水,而二氧化碳在水中溶解度非常小,所以應(yīng)該先通入氨氣,A項正確;過量氨氣擴(kuò)散到空氣中會造成污染,所以要進(jìn)行尾氣吸收,2NH3+H2SO4===(NH4)2SO4,B項正確;過濾碳酸氫鈉晶體后,母液中含有氯化銨,在母液中通入氨氣可以增大溶液中銨根離子的濃度,使NH4Cl以晶體的形式析出,C項正確;加熱固體不可用燒杯,也實現(xiàn)不了二氧化碳循環(huán)利用,D項錯誤。探究一探究二隨堂檢測變式訓(xùn)練2右圖是模擬“侯氏制堿法”制取NaHCO3的部分裝置。下列操作正確的是(

)A.由a通入CO2,然后由b通入NH3,c中放堿石灰B.由b通入NH3,然后由a通入CO2,c中放堿石灰C.由a通入NH3,然后由b通入CO2,c中放置蘸稀硫酸的脫脂棉D(zhuǎn).由b通入CO2,然后由a通入NH3,c中放置蘸稀硫酸的脫脂棉探究一探究二隨堂檢測答案:C

解析:“侯氏制堿法”的原理是向飽和的NaCl溶液中先通入NH3,然后通入CO2,利用生成的碳酸氫鈉溶解度小而析出。由于NH3在水中的溶解度大,所以先通NH3,但為了防倒吸,導(dǎo)管不能通入液面下,然后由b通入CO2,考慮NH3的尾氣處理,所以選擇放置蘸稀硫酸的脫脂棉,即C項正確。探究一探究二隨堂檢測1.(2020遼寧實驗中學(xué)高二期中階段測試)我國化學(xué)家侯德榜根據(jù)NaHCO3溶解度比NaCl、Na2CO3、NH4HCO3、NH4Cl都小的性質(zhì),運(yùn)用CO2+NH3+H2O+NaCl===NaHCO3↓+NH4Cl的反應(yīng)原理制備純堿。下面是在實驗室進(jìn)行模擬實驗的生產(chǎn)流程示意圖:則下列敘述錯誤的是(

)A.A氣體是NH3,B氣體是CO2B.第Ⅲ步得到的晶體是發(fā)酵粉的主要成分C.第Ⅲ步操作用到的主要玻璃儀器是燒杯、漏斗、玻璃棒D.第Ⅳ步操作的主要過程有溶解、蒸發(fā)、結(jié)晶探究一探究二隨堂檢測答案:D

解析:由于氨氣在水中的溶解度大,所以應(yīng)該向氨水中加入足量的NaCl形成飽和溶液,由于在堿性環(huán)境中可以增大CO2溶解度,再通入CO2氣體,就可以增大CO2的溶解度,可形成更多的NaHCO3,當(dāng)溶液飽和以后就形成沉淀而析出;若是在水中首先通入CO2,由于CO2在中性環(huán)境溶解度小,溶液中形成的NaHCO3少,則析出的晶體也少,所以A氣體是NH3,B氣體是CO2,選項A正確;第Ⅲ步得到的晶體是NaHCO3,是發(fā)酵粉的主要成分,B正確;第Ⅲ步過濾操作中用到的主要玻璃儀器是燒杯、漏斗、玻璃棒,C正確;第Ⅳ步操作的主要過程有洗滌、加熱,D錯誤。探究一探究二隨堂檢測2.(2020山東淄博淄川般陽中學(xué)高二期中)純堿是一種重要的化工原料,廣泛應(yīng)用于玻璃、造紙、紡織和洗滌劑的生產(chǎn)。(1)起初,人們從鹽堿地和鹽湖中獲得純堿,但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要,純堿的化學(xué)式為

。

1791年,“路布蘭制堿法”取得專利。該方法以硫酸、氯化鈉、木炭、白堊石(主要成分為碳酸鈣)為原料,但在20世紀(jì)20年代后被淘汰,因為生產(chǎn)過程中釋放出HCl氣體,該氣體遇空氣中的水蒸氣易形成酸霧,腐蝕金屬設(shè)備。(2)1861年,“索爾維制堿法”問世,該方法是在用氯化鈉溶液吸收兩種工業(yè)廢氣時意外發(fā)現(xiàn)的,反應(yīng)后生成碳酸氫鈉和氯化銨(NH4Cl),再加熱碳酸氫鈉即可制得純堿,氯化鈉溶液吸收的兩種氣體為

(填字母)。

A.Cl2 B.NH3 C.SO2 D.CO2探究一探究二隨堂檢測(3)“侯氏制堿法”由我國化學(xué)工程專家侯德榜先生于1943年創(chuàng)立,是對“索爾維制堿法”的改進(jìn),將索爾維法制取碳酸鈉與合成氨聯(lián)合起來,大大提高了食鹽的利用率,縮短了生產(chǎn)流程,減少了對環(huán)境的污染,至今仍為全世界廣泛采用。用如圖所示裝置可以模擬“加熱碳酸氫鈉制得純堿”的過程。當(dāng)觀察到B中出現(xiàn)渾濁時,停止加熱,A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

探究一探究二隨堂檢測答案:(1)Na2CO3(2)BD(3)2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑

解析:(1)純堿的化學(xué)式Na2CO3。(2)氯化鈉溶液吸收兩種氣體,主要吸收NH3和CO2,NH3溶于水生成氨水,溶液顯堿性易吸收CO2,最終形成碳酸氫鈉和氯化銨。(3)碳酸氫鈉受熱分解生成碳酸鈉、水和二氧化碳,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑。探究一探究二隨堂檢測3.(2020天津一中高二期中)下表是生活生產(chǎn)中常見的物質(zhì),表中列出了它們的(主要)成分:探究一探究二隨堂檢測(1)請你對表中七種物質(zhì)的主要成分進(jìn)行分類(填編號):屬于電解質(zhì)的是

,屬于非電解質(zhì)的是

。

(2)過量②的水溶液與⑦反應(yīng)的離子方程式為

。

(3)已知用金屬鈉制取氧化鈉,可有多種方法:在上述三種方法中,最好的是

,原因是

。

探究一探究二隨堂檢測(4)在實驗室模擬侯氏制堿法制備碳酸鈉:一定溫度下,往一定量飽和NaCl溶液中通入氨氣達(dá)到飽和后,再不斷通入CO2,一段時間后,出現(xiàn)沉淀,過濾得到NaHCO3晶體。該過程的化學(xué)方程式為:

。

(5)在化學(xué)課上老師向NaOH溶液中通入CO2后無明顯現(xiàn)象,那我們?nèi)绾瓮ㄟ^實驗證明CO2與NaOH發(fā)生了反應(yīng)呢?某化學(xué)小組同學(xué)將過量的干冰放入氫氧化鈉溶液中,利用數(shù)字化傳感器測定溶液pH的變化,如圖所示,請用化學(xué)方程式回答下列問題:①BC段變化原因可能是

;

②CD段變化原因可能是

。

探究一探究二隨堂檢測答案:(1)②③④⑦

①⑥(3)③生成的N2會保護(hù)Na2O不被氧化為Na2O2,且生成物雜質(zhì)少(5)①過量的二氧化碳與碳酸鈉反應(yīng)產(chǎn)生了堿性較弱的碳酸氫鈉②二氧化碳與水反應(yīng)產(chǎn)生了碳酸導(dǎo)致溶液pH小于7探究一探究二隨堂檢測解析:(1)在水溶液或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物是電解質(zhì);在水溶液或熔融狀態(tài)下都不能導(dǎo)電的化合物是非電解質(zhì)。①酒精的水溶液不導(dǎo)電,熔融狀態(tài)也不導(dǎo)電,酒精是非電解質(zhì);②醋酸水溶液能導(dǎo)電,醋酸是電解質(zhì);③氫氧化鈉的水溶液能導(dǎo)電,氫氧化鈉是電解質(zhì);④NaCl的水溶液能導(dǎo)電,氯化鈉是電解質(zhì);⑤Cu是單質(zhì),既不是電解質(zhì)也不是非電解質(zhì);⑥SO2不能發(fā)生自身電離,是非電解質(zhì);⑦Na2CO3的水溶液能導(dǎo)電,碳酸鈉是電解質(zhì);所以屬于電解質(zhì)的是②③④⑦,屬于非電解質(zhì)的是①⑥。探究一探究二隨堂檢測(3)Na與O2反應(yīng)可能生成Na2O2;Na與CO2反應(yīng)的產(chǎn)物可能有Na2CO3;N2能保護(hù)Na2O不被氧化;反應(yīng)③生成的N2會保護(hù)Na2O不被氧化為Na2O2,生成物雜質(zhì)少,所以制備Na2O用反應(yīng)③最好。(4)氯化鈉、氨氣、二氧化碳、水反應(yīng)生成氯化銨和碳酸氫鈉沉淀,反應(yīng)的化學(xué)方程式是NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl。探究一探究二隨堂檢測4.我國化學(xué)家侯德榜改革國外的純堿生產(chǎn)工藝,探索出了一種生產(chǎn)純堿的方法,其生產(chǎn)流程可簡要表示如下:(1)上述生產(chǎn)純堿的方法稱

,副產(chǎn)品的一種用途為