《微項(xiàng)目探秘索爾維制堿法和侯氏制堿法》示范公開課教學(xué)設(shè)計(jì)【化學(xué)魯科版(新課標(biāo))】

1/7——化學(xué)平衡思想的制造性應(yīng)用一、教學(xué)目標(biāo)通過生疏制堿工業(yè)中簡單的多平衡體系，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，能依據(jù)實(shí)際需求選擇調(diào)控平衡移動(dòng)的方法。通過了解工業(yè)制堿的原理，體會(huì)化學(xué)原理的奇異應(yīng)用，了解我國科學(xué)家對(duì)制堿工業(yè)作出的巨大奉獻(xiàn)。二、教學(xué)重難點(diǎn)索爾維制堿法與侯氏制堿法的原理三、教學(xué)過程【課程引入】標(biāo)。精、作為食品添加劑等。歷史上比較重要的制堿方法有路布蘭(N.Leblanc)法、索爾維(E.Solvay)法和侯氏制堿法。出了突出的奉獻(xiàn)，他制造的“侯氏制堿法”在人類化學(xué)工業(yè)史上寫下了光輝的一頁?！局v解】〔一〕解讀索爾維制堿法關(guān)鍵反響比利時(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。索爾維法的關(guān)鍵反響：NaCl+CO2+H2O+NH3===NaHCO3↓+NH4Cl試驗(yàn)室模擬索爾維制堿法(1)試驗(yàn)內(nèi)容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。翻開分液漏斗，觀看二氧化碳通入氨鹽水的現(xiàn)象。(2)試驗(yàn)現(xiàn)象CO215minCO2時(shí)間變長，酚酞完全褪色，溶液中有沉淀漸漸析出。原理分析【思考爭論】1.NaHCO3可溶于水，而索爾維法卻能得到NaHCO3沉淀，試用化學(xué)平衡的原理解釋緣由。Na+HCONa+HCO?NaHCO33Na++HCO?3入二氧化碳？3CO2的吸取量，增大HCO?的濃度。3H2CO3H++HCO?平衡右移，使HCO?濃度增大。33H2CO3H++HCO?平衡右移，使HCO?濃度增大。333試驗(yàn)覺察，酚酞完全褪色后才有沉淀漸漸析出。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，溶液中微粒的種類、數(shù)量發(fā)生了什么變化？緣由是什么？CO2?HCO?；HCO?NH+H+數(shù)量增加，Na+OH-3 3 3 4數(shù)量減小，Cl-3碳與氨水反響，反響產(chǎn)物主要為CO2?。隨著反響的進(jìn)展，氨水漸漸消耗，溶液的pH漸漸3降低，OH-數(shù)量削減，NH+、H+數(shù)量增多，生成的CO2?與連續(xù)通入的二氧化碳反響生成了4 3HCO?，HCO?濃度漸漸增大。當(dāng)HCO?濃度增大至肯定程度時(shí)，它與Na+結(jié)合生成碳酸氫鈉3 3 3沉淀析出，Na+數(shù)量削減，Cl-未參與離子反響，數(shù)量不變。根本工藝流程發(fā)生的主要反響：索爾維法的優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：原料(食鹽和石灰石)廉價(jià)，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；制造步驟簡潔，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。缺點(diǎn)：原料食鹽的利用率低；生成了沒有多大用途的氯化鈣(CaCl2)?！捕丑w會(huì)侯氏制堿法的創(chuàng)創(chuàng)背景我國化學(xué)實(shí)業(yè)家范旭東最初將制堿廠設(shè)在天津塘沽1937年，盧溝橋事變后不久，日軍攻占天津，制堿廠被迫停產(chǎn)。范旭東、侯德榜等將工廠遷至四“井鹽水”。索爾維法的食鹽利72%~74%，使生產(chǎn)本錢很高，這也導(dǎo)致中國的純堿工業(yè)陷入逆境。依據(jù)當(dāng)時(shí)的狀況，侯德榜制造性地提出了侯氏制堿法。反響原理NH3+CO2+H2O===NH4HCO3NH4HCO3+NaCl===NaHCO3↓+NH4Cl總反響方程式：NaCl+CO2+H2O+NH3===NaHCO3↓+NH4Cl2NaHCO3===Na2CO3+H2O+CO2↑工藝流程侯氏制堿法的創(chuàng)之處2侯氏制堿法的食鹽利用率可達(dá)98%，大大提高了原料(NaCl)的利用率，不產(chǎn)生無用CaCl。2實(shí)現(xiàn)大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)，降低本錢。利用一個(gè)廠的廢料作為另一個(gè)廠的主要原料。如合成氨廠的廢料CO2可以作為制堿廠的主要原料，制堿廠無用的Cl-可以代替價(jià)格比較昂貴的硫酸來固定氨制成氮肥，降低了本錢，提高了綜合經(jīng)濟(jì)效益?！練w納總結(jié)】分析真實(shí)溶液問題的一般思路分析溶液的物質(zhì)組成、微粒和相互作用移動(dòng)，以及廢液的組成及微粒。依據(jù)目標(biāo)確定待解決的關(guān)鍵問題3真實(shí)問題解決需要明確目標(biāo)，有目的地調(diào)控溶液中的物質(zhì)組成、微粒和平衡。例如，要提高食鹽利用率、避開Na+的鋪張，就需要重利用索爾維法排放的廢液。為此，需要設(shè)法增大母液中有用微粒Na+和HCO?的濃度，同時(shí)考慮母液中其他微粒是否會(huì)影響生產(chǎn)，以及3如何處理。基于信息和數(shù)據(jù)進(jìn)展推理論。例如，基于氯化銨的溶解度數(shù)據(jù)以及氯化鈉溶解度隨溫度的變化，可以推想“冷析”過程的產(chǎn)物及目的?！镜湫屠}】例1.侯氏制堿法中可循環(huán)利用的物質(zhì)是( )A.CO2、A.CO2、NaClB.NH3、NaClC.NH3 CO2、D.CaO、NH3解析:侯氏制堿法具體過程為：在飽和氨鹽水中(氨氣、氯化鈉都到達(dá)飽和的溶液)通入CO2，依據(jù)NH4ClCO2，依據(jù)NH4ClNaClNaCl278~283K(5~10℃)時(shí)，向提取時(shí)，向提取NaHCO3NH4Cl單獨(dú)結(jié)晶析出，過濾后的母液中NaClNaClCO2是可以循環(huán)使用的，選項(xiàng)A正確。答案：答案：A例2.“侯氏制堿法”是我國化工專侯德榜為世界制堿工業(yè)作出的突出奉獻(xiàn)某試驗(yàn)小組模擬“侯氏制堿法”的工藝流程及試驗(yàn)裝置〔局部夾持裝置省略〕如下。以下表達(dá)錯(cuò)誤的選項(xiàng)是(()A.試驗(yàn)時(shí)先點(diǎn)燃裝置①的酒精燈，過一段時(shí)間后再翻開裝置③中分液漏斗的旋塞A.試驗(yàn)時(shí)先點(diǎn)燃裝置①的酒精燈，過一段時(shí)間后再翻開裝置③中分液漏斗的旋塞B.裝置②的枯燥管中可盛放蘸稀硫酸的脫脂棉，作用是吸取多余的NH3ClC.向步驟I所得濾液中通入氨氣，參加細(xì)小的食鹽顆粒并降溫可析出NH4D.用裝置④加熱碳酸氫鈉可實(shí)現(xiàn)步驟ⅡCO可循環(huán)使用2解析:A項(xiàng)正確；過量氨氣集中到空氣中會(huì)造成污染，所以要進(jìn)展尾氣吸取，B項(xiàng)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D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：D4lCD項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：D例3.以下關(guān)于氨堿法(索氏)和聯(lián)合制堿法(侯氏)說法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是( A.兩者的原料來源一樣B.兩者的生產(chǎn)原理一樣C.兩者對(duì)食鹽利用率不同D.Na2CO3(氯化鈉)(經(jīng)煅燒生成生石灰和二氧化碳)聯(lián)合制堿法：以食鹽、氨和二氧化碳(其中二氧化碳來自合成氨廠用水煤氣制取氫氣時(shí)的廢氣)為原料，兩者的原料來源不一樣，故A錯(cuò)誤；氨堿法其化學(xué)反響原理是：322)===NaHCH洗滌得NaHCO3液中結(jié)晶沉淀出氯化銨晶體，故B正確；氨堿法的最大缺點(diǎn)還在于原料食鹽的利用率只有72%~74%；聯(lián)合制堿法最大的優(yōu)點(diǎn)是使食鹽的利用率提高到98%C(索氏)3和聯(lián)合制堿法(侯氏)Na2CO，故D正確。答案：A3四、課堂小結(jié)索爾