高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1微项目 揭秘索尔维制碱法和侯氏制碱法——化学平衡思想的创造性应用导学案及答案

微项目　揭秘索尔维制碱法和侯氏制碱法

——化学平衡思想的创造性应用

1．通过认识制碱工业中复杂的多平衡体系，学会分析溶液中的微粒和平衡，理解平衡之间的相互影响，能根据实际需求选择调控平衡移动的方法。

2．通过了解工业制碱的原理，体会化学原理的巧妙应用，了解我国科学家对制碱工业作出的巨大贡献。

[必备知识]

1．纯碱是重要的基础化工原料，其产量和消费量通常作为衡量一个国家工业发展水平的指标。

2．纯碱的用途

3．纯碱制法

项目活动1　解读索尔维制碱法

1．关键反应：NaCl＋CO2＋H2O＋NH3===NaHCO3↓＋NH4Cl。

2．模拟实验

(1)实验步骤

用如图所示装置模拟索尔维法。锥形瓶中装有碳酸钙粉末，分液漏斗中装有稀硫酸，试管中装有氨盐水，并滴有酚酞溶液。用冰水浴降低试管内的温度。打开分液漏斗，观察二氧化碳通入氨盐水的现象。

模拟索尔维法的实验装置

(2)实验现象

随CO2的不断通入，溶液的红色逐渐褪去后，溶液中出现白色沉淀。

(3)问题探究

①NaHCO3可溶于水，为什么能得到NaHCO3沉淀？试用化学平衡的原理解释原因。

提示：可溶性物质的溶解是存在限度的，当相应离子浓度过大时，可溶性物质也会析出，类似于沉淀溶解平衡。索尔维法通过增大c(Na＋)、c(HCO)，使平衡Na＋＋HCONaHCO3(s)的Q<K，平衡右移，产生沉淀。

②为什么要先向饱和食盐水中通入氨气制得氨盐水，再通入二氧化碳？

提示：CO2在水中溶解度较小，仅通入CO2难以获得足量HCO；NH3易溶于水，且能使H2CO3H＋＋HCO平衡右移，使HCO浓度增大。

③为什么酚酞完全褪色后才有沉淀逐渐析出？

提示：开始时2NH3·H2O＋CO2===CO＋2NH＋H2O，随着CO2通入，NH3·H2O消耗完后生成的CO。与CO2、H2O反应：CO2＋CO＋H2O===2HCO，当c(HCO)增大至一定程度，产生NaHCO3沉淀。

④在索尔维法中有哪些物质可以循环利用？

提示：反应2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑产生的CO2气体及NH4Cl与石灰乳产生的氨气。

⑤从平衡角度对索尔维法原理分析总结——形成解决实际问题的思路。

提示：

项目活动2　体会侯氏制碱法的创新

1．侯氏制碱法出现的背景

(1)索尔维法的食盐利用率低，增加生产成本。

(2)我国的纯碱工业陷入困境。

2．侯氏制碱法工艺流程

3．平衡思想在侯氏制碱法中的应用

(1)“吸氨”过程

NH3＋H2ONH3·H2O

NH3·H2ONH＋OH－

不断通入的NH3会使平衡右移，c(NH)、c(OH－)增大，可使HCOH＋＋CO平衡右移，产生溶解度更大的Na2CO3。

(2)“碳酸化”过程

CO2＋H2OH2CO3

H2CO3H＋＋HCO

因“吸氨”过程中c(OH－)增大，平衡右移，产生大量HCO。

(3)“盐析”过程

NH＋Cl－NH4Cl(s)

增大c(Cl－)使平衡右移，析出NH4Cl沉淀。

(4)“冷析”过程

NH4Cl溶解度随温度升高而增大，NH＋Cl－NH4Cl(s)　ΔH<0，降温时，平衡右移，析出NH4Cl沉淀。

侯氏制碱法的分析思路

　纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有“氨碱法”和“侯氏制碱法”两种工艺，请按要求回答问题：

(1)“氨碱法”产生大量CaCl2废弃物，请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式：_______________________________________________________________

____________________________________________________________________。

(2)写出“侯氏制碱法”有关反应的化学方程式：

________________________________________________________________，

________________________________________________________________。

(3)CO2是制碱工业的重要原料，“侯氏制碱法”与“氨碱法”中CO2的来源有何不同？

_________________________________________________________________

________________________________________________________________；

(4)绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。根据“侯氏制碱法”总反应，列出计算原子利用率的表达式：原子利用率(%)＝___________________。

[解析]　由于总反应可看作是：2NH3＋2NaCl＋CO2＋H2O===Na2CO3＋2NH4Cl，所以：原子利用率(%)＝×100%＝×100%。

[答案]　(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2===2NH3↑＋CaCl2＋2H2O

(2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl(饱和)===NaHCO3↓＋NH4Cl　2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O

(3)“氨碱法”的CO2来源于石灰石煅烧，“侯氏制碱法”的CO2来源于合成氨工业的废气

(4)×100%

 [答案]　①c平(H＋)·c平(OH－)　②温度　③>　④＝　⑤<　⑥－lgc平(H＋)　⑦完全电离　⑧部分电离　⑨电离成离子　⑩离子结合成弱电解质分子　⑪　⑫温度　⑬H＋或OH－　⑭促进了　⑮谁强显谁性　⑯越弱越水解　⑰Q>Ksp　⑱Q＝Ksp　⑲Q<Ksp　⑳H＋＋OH－===H2O