第3章物質(zhì)在水溶液中的行為微項目：探索索爾維制堿法和侯氏制堿法學習目標核心素養(yǎng)培養(yǎng)1．通過認識制堿工業(yè)中復雜的多平衡體系，學會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)實際需求選擇調(diào)控平衡移動的方法。變化觀念與平衡思想2．通過了解工業(yè)制堿的原理，體會化學原理的巧妙應(yīng)用，了解我國科學家對制堿工業(yè)作出的巨大貢獻。科學態(tài)度與社會責任1.純堿是重要的基礎(chǔ)化工原料,其產(chǎn)量和消費量通常作為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的指標。

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工程專家侯德榜創(chuàng)立的。是將索爾維法和合成氨法兩種工藝聯(lián)合起來,同時生產(chǎn)純堿和氯化銨兩種產(chǎn)品的方法。

知識背景1．關(guān)鍵反應(yīng)：NaCl＋CO2＋H2O＋NH3＝NaHCO3↓＋NH4Cl項目活動1解讀索爾維制堿法(1)實驗步驟：用如圖所示裝置模擬索爾維法。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。2．模擬實驗：(2)實驗現(xiàn)象：隨CO2的不斷通入，溶液的紅色逐漸褪去后，溶液中出現(xiàn)白色沉淀。①NaHCO3可溶于水，為什么能得到NaHCO3沉淀？試用化學平衡的原理解釋原因?？扇苄晕镔|(zhì)的溶解是存在限度的，當相應(yīng)離子濃度過大時，可溶性物質(zhì)也會析出，類似于沉淀溶解平衡。索爾維法通過增大c(Na＋)、c(HCO3－)，使平衡Na＋＋HCO3－NaHCO3(s)的Q<K，平衡右移，產(chǎn)生沉淀。(3)問題探究②為什么要先向飽和食鹽水中通入氨氣制得氨鹽水，再通入二氧化碳？CO2在水中溶解度較小，僅通入CO2難以獲得足量HCO3－；NH3易溶于水，且能使H2CO3H＋＋HCO3－平衡右移，使HCO3－濃度增大。③為什么酚酞完全褪色后才有沉淀逐漸析出？

開始時2NH3·H2O＋CO2＝CO32－＋2NH4＋＋H2O，隨著CO2通入，NH3·H2O消耗完后，生成的CO32－與CO2、H2O反應(yīng)：CO2＋CO32－＋H2O＝2HCO3－，當c(HCO3－)增大至一定程度，產(chǎn)生NaHCO3沉淀。④在索爾維法中有哪些物質(zhì)可以循環(huán)利用？

反應(yīng)2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑產(chǎn)生的CO2氣體及NH4Cl與石灰乳產(chǎn)生的氨氣。⑤從平衡角度對索爾維法原理分析總結(jié)——形成解決實際問題的思路。(1)優(yōu)點：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：原料食鹽的利用率低,且生成了沒有多大用途的氯化鈣(CaCl2)。3.索爾維法的優(yōu)、缺點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(

)A.從理論上看,循環(huán)生產(chǎn)時不需要再補充NH3B.從綠色化學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,再補充的物質(zhì)及其物質(zhì)的量分別是2molNaCl和1molCO2C(1)索爾維法的食鹽利用率低，增加生產(chǎn)成本。(2)我國的純堿工業(yè)陷入困境。項目活動2體會侯氏制堿法的創(chuàng)新1．侯氏制堿法出現(xiàn)的背景2．侯氏制堿法工藝流程3．平衡思想在侯氏制堿法中的應(yīng)用(1)“吸氨”過程：NH3＋H2ONH3·H2ONH3·H2ONH4＋＋OH－

不斷通入的NH3會使平衡右移，c(NH4＋)、c(OH－)增大，可使HCO3－H＋＋CO32－平衡右移，產(chǎn)生溶解度更大的Na2CO3。(2)“碳酸化”過程：CO2＋H2OH2CO3，H2CO3H＋＋HCO3－因“吸氨”過程中c(OH－)增大，平衡右移，產(chǎn)生大量HCO3－。(3)“冷析”過程NH4Cl溶解度隨溫度升高而增大，NH4＋＋Cl－NH4Cl(s)

ΔH<0，降溫時，平衡右移，析出NH4Cl沉淀。(4)“鹽析”過程NH4＋＋Cl－NH4Cl(s)，

增大c(Cl－)，使平衡右移，析出NH4Cl沉淀。4、侯氏制堿法的分析思路總結(jié)2、純堿是一種重要的化工原料。目前制堿工業(yè)主要有“氨堿法”和“侯氏制堿法”兩種工藝，請按要求回答問題：(1)“氨堿法”產(chǎn)生大量CaCl2廢棄物，請寫出該工藝中產(chǎn)生CaCl2的化學方程式：_________________________________________。(2)寫出“侯氏制堿法”有關(guān)反應(yīng)的化學方程式：_____________________________________________________，_____________________________________________________。(3)CO2是制堿工業(yè)的重要原料，“侯氏制堿法”與“氨堿法”中CO2的來源有何不同？_____________________________________________________________________________________________________________；2NH4Cl＋Ca(OH)2＝2NH3↑＋CaCl2＋2H2ONH3＋CO2＋H2O＋NaCl(飽和)＝NaHCO3↓＋NH4Cl

2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O“氨堿法”的CO2來源于石灰石煅燒，“侯氏制堿法”的CO2來源于合成氨工業(yè)的廢氣(4)綠色化學的重要原則之一是提高反應(yīng)的原子利用率。根據(jù)“侯氏制堿法”總反應(yīng)，列出計算原子利用率的表達式：原子利用率(%)＝___________________。原子利用率是指被利用的原子的質(zhì)量比上總原子的質(zhì)量，公式為原子利用率=（預(yù)期產(chǎn)物的總質(zhì)量/生成物的總質(zhì)量）×100%3.我國化學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

。

(2)沉淀池中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式是

。

(3)寫出上述流程中X物質(zhì)的分子式為

。

(4)使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上,主要是設(shè)計了循環(huán)

(填上述流程中的編號)過程,從沉淀池中得到沉淀的操作是

。

(5)為檢驗產(chǎn)品碳酸鈉中是否含有氯化鈉,可取少量試樣溶于水后,再滴加

。

(6)向母液中通氨氣,加入細小食鹽顆粒,冷卻析出副產(chǎn)品,通氨氣的作用有

。

a.增大