第三章 微項(xiàng)目 揭秘索爾維法和侯氏制堿法 名師課件

揭秘索爾維法和侯氏制堿法

高二年級(jí)化學(xué)純堿是重要的基礎(chǔ)化工原料，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)，如生產(chǎn)味精、作為食品添加劑等。

1789年，法國(guó)奧爾良地區(qū)封建主公爵的侍從醫(yī)生路布蘭成功地創(chuàng)造了一種制堿的方法，1791年獲得專(zhuān)利，路布蘭制堿法所用的原料為食鹽、硫酸、木炭和石灰石。NicolasLeblanc（1742~1806）法國(guó)化學(xué)家純堿制造的歷史E.ErnestSolvay

（1838-1922）比利時(shí)工業(yè)化學(xué)家比利時(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年這種方法被命名為索爾維制堿法。純堿制造的歷史侯德榜（1890-1974）

1921年，侯德榜帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)五年摸索,用索爾維法制得了高質(zhì)量的純堿，并于1933年出版巨著《純堿制造》，打破了技術(shù)壟斷，對(duì)社會(huì)的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。索爾維法的食鹽利用率低，根據(jù)實(shí)際情況，侯德榜對(duì)索爾維法進(jìn)行了創(chuàng)新，創(chuàng)造性地提出了侯氏制堿法。純堿制造的歷史項(xiàng)目活動(dòng)1解讀索爾維制堿法【問(wèn)題1.1】索爾維制堿法以NaCl、NH3、CO2、H2O為原料，可制得NaHCO3，NaHCO3可溶于水，而索爾維法卻能得到NaHCO3沉淀，試用化學(xué)平衡的原理解釋原因并書(shū)寫(xiě)制堿（純堿）反應(yīng)的化學(xué)方程式。認(rèn)識(shí)角度認(rèn)識(shí)對(duì)象物質(zhì)溶質(zhì)溶劑NaClNH3CO2H2O微粒的相互作用微粒的種類(lèi)微粒的數(shù)量宏觀(guān)現(xiàn)象析出NaHCO3沉淀認(rèn)識(shí)角度認(rèn)識(shí)對(duì)象物質(zhì)溶質(zhì)溶劑NaClNH3CO2H2O微粒的相互作用微粒的種類(lèi)微粒的數(shù)量宏觀(guān)現(xiàn)象析出NaHCO3沉淀NaCl

＝Na++Cl?NH3+H2O?NH3

·H2O?NH4

+OH?+CO2+H2O?H2CO3?HCO3+H+

平衡正向移動(dòng)Na+、Cl?

、NH4、HCO3、H2O?

+認(rèn)識(shí)角度認(rèn)識(shí)對(duì)象物質(zhì)溶質(zhì)溶劑NaClNH3CO2H2O微粒的相互作用微粒的種類(lèi)微粒的數(shù)量宏觀(guān)現(xiàn)象析出NaHCO3沉淀NaCl

＝Na++Cl?NH3+H2O?NH3

·H2O?NH4

+OH?+CO2+H2O?H2CO3?HCO3+H+

Na+、Cl?

、NH4、

HCO3、H2O?

+Na+(aq)+HCO3

(aq)NaHCO3(s)

?平衡正向移動(dòng)NaCl+CO2+NH3+H2ONaHCO3+NH4Cl索爾維制堿法（1861年）2NaHCO3

Na2CO3+H2O+CO2NaClNH4ClNa2CO3NH4HCO3NaHCO3(NH4)2CO3溶解度/g（20℃，100g水）36.037.221.521.79.6100表1幾種鹽的溶解性數(shù)據(jù)【問(wèn)題1.2】結(jié)合表1思考為什么第一步反應(yīng)中不直接生成Na2CO3？【問(wèn)題2.1】

請(qǐng)你思考可以通過(guò)改變哪些外界條件來(lái)增加NaHCO3產(chǎn)量?認(rèn)識(shí)角度認(rèn)識(shí)對(duì)象物質(zhì)溶質(zhì)溶劑NaClNH3CO2微粒的相互作用微粒的種類(lèi)微粒的數(shù)量宏觀(guān)現(xiàn)象NaCl

Na++Cl-CO2+H2O?H2CO3?HCO3+H+

Na+(aq)+HCO3

(aq)NaHCO3(s)

?平衡正移增加NaHCO3產(chǎn)量調(diào)控濃度飽和食鹽水足量CO2飽和氨鹽水緩慢而持續(xù)通入CO2【問(wèn)題2.2】CO2的溶解度（1:1）

NH3的溶解度（1:700）目標(biāo)：獲得更多的HCO3

?室溫下：實(shí)際工業(yè)中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？先通NH3：吸收的CO2量多,

HCO3產(chǎn)量大。

持續(xù)通入CO2（足量）即可，操作簡(jiǎn)便。?先通CO2：需要控制NH3的吸收量（少量）。

吸收的NH3量少，HCO3產(chǎn)量小。?【問(wèn)題2.3】

還可以通過(guò)調(diào)控什么條件促使下列平衡正向移動(dòng)呢？Na+(aq)+HCO3

(aq)NaHCO3(s)

?影響平衡移動(dòng)的因素，除了濃度，還有溫度。降低溫度Na+(aq)+HCO3

(aq)NaHCO3(s)

?平衡正移目標(biāo)：增加NaHCO3產(chǎn)量溫度/℃0℃10℃20℃30℃40℃50℃60℃溶解度/g6.98.19.611.112.714.516.4資料卡片：NaHCO3在不同溫度下的溶解度數(shù)據(jù)調(diào)控溫度ΔH＜0增加NaHCO3的產(chǎn)量飽和食鹽水先通NH3再通CO2；通入足量CO2降溫Na+(aq)+HCO3

(aq)NaHCO3(s)

?調(diào)控條件宏觀(guān)目標(biāo)物質(zhì)組成、微粒、平衡實(shí)際工業(yè)中：模擬制堿實(shí)驗(yàn)視頻：向冰水浴中的飽和氨鹽水（含酚酞）里持續(xù)通CO2播放速度×4【問(wèn)題2.4】請(qǐng)分步書(shū)寫(xiě)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中反應(yīng)的離子方程式。2NH3·H2O+CO2

CO3+2NH4+H2O2?+CO3

+H2O+CO2

2HCO32??Na+(aq)+HCO3

(aq)NaHCO3(s)

?【問(wèn)題2.5】下面是索爾維制堿法的工藝流程圖，書(shū)寫(xiě)“灰蒸”這一步反應(yīng)的離子方程式。從綠色化學(xué)角度，評(píng)價(jià)索爾維法的優(yōu)點(diǎn)和不足。不足：CaCl2、NaCl直接排放，利用率低優(yōu)點(diǎn)：NH3、CO2實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用NH4、Cl?

Na+、HCO3?

+NH4+OH?NH3+H2O+Ca2+

+OH?

+HCO3

CaCO3

+H2O?Ca2+

、Na+、Cl?

（大量）OH?

（少量）歷史背景：合成氨已經(jīng)工業(yè)化，食鹽稀缺項(xiàng)目活動(dòng)2體會(huì)侯氏制堿法的創(chuàng)新高濃度的Cl?會(huì)使補(bǔ)加的食鹽難以溶解NH4濃度過(guò)高可能會(huì)以銨鹽的形式析出，影響產(chǎn)物的產(chǎn)率和純度+NH4、Cl?

Na+、HCO3?

+核心目標(biāo)：從母液中分離出NH4ClNH4Cl是優(yōu)質(zhì)氮肥【問(wèn)題3】侯氏制堿法工藝流程圖如下，請(qǐng)你思考實(shí)際工業(yè)中“吸氨”、“冷析”、“鹽析”過(guò)程的具體目的是什么？NH4、Cl?

Na+、HCO3?

+認(rèn)識(shí)角度認(rèn)識(shí)對(duì)象物質(zhì)溶質(zhì)溶劑微粒的相互作用微粒的種類(lèi)微粒的數(shù)量宏觀(guān)現(xiàn)象Cl?

、NH4、Na+、HCO3?NH3+H2O?NH3

·H2O?NH4

+OH?+NaCl

Na++Cl?析出NH4Cl沉淀，實(shí)現(xiàn)分離——增大c(NH4)

——增大c(Cl?)“吸氨”“鹽析”平衡正移+NH4

(aq)+Cl?(aq)NH4Cl(s)

++ΔH＜0目標(biāo)：析出NH4Cl沉淀，實(shí)現(xiàn)分離“冷析”——降低溫度平衡正移資料：NH4

(aq)+Cl?(aq)NH4Cl(s)

+NH4(aq)+Cl?(aq)NH4Cl(s)

調(diào)控濃度：增大反應(yīng)物濃度(“吸氨”“鹽析”)析出NH4Cl沉淀，實(shí)現(xiàn)分離調(diào)控溫度：降低溫度（“冷析”）調(diào)控