高二【化学(鲁科版)】揭秘索尔维法和侯氏制碱法-课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
侯德榜（1890-1974）
项目活动1 解读索尔维制碱法
【问题1.1】
索尔维制碱法以NaCl、NH3、CO2、H2O为原料，可制得NaHCO3， NaHCO3可溶于水，而索尔维法却能得到NaHCO3沉淀，试用化学平衡的 原理解释原因并书写制碱（纯碱）反应的化学方程式。
认识角度
宏观现象
微粒的数量
析出NaHCO3沉淀
NH4Cl是优质氮肥
【问题3】 侯氏制碱法工艺流程图如下，请你思考实际工业中“吸氨”、 “冷析”、“盐析”过程的具体目的是什么？
NH4+ 、Cl− Na+、 HCO3−
目标：获得更多的HCO3−
饱
室温下： ➢ CO2 的溶解度（1:1） ➢ NH3 的溶解度（1:700）
先通NH3： 吸收的CO2量多, HCO−3 产量大。
缓慢而持续 通入CO2
和 氨 盐
水
持续通入CO2（足量）即可，操作简便。
先通CO2：需要控制NH3的吸收量（少量）。 吸收的NH3量少， HCO−3 产量小。
NaCl
溶解度/ g （20℃，100g水）
36.0
NH4Cl 37.2
Na2CO3 NH4HCO3 NaHCO3 (NH4)2CO3
21.5
21.7
9.6
100
【问题2.1】 请你思考可以通过改变哪些外界条件来增加NaHCO3产量?
认识角度
宏观现象
微粒的数量
增加NaHCO3产量
Na+(aq) + HCO3− (aq)
微粒的 相互作用
微粒的种类
物质
NaCl NH3 CO2
溶质
H2O 溶剂 认识对象
认识角度
宏观现象
析出NaHCO3沉淀
微粒的数量
微粒的 相互作用
微粒的种类
Na+、Cl− 、 NH+4 、 HCO−3、 H2O
NaCl ＝Na+ + Cl−
CO2 +H2O ⇌ H2CO3 ⇌ HCO−3 + H+ NH3 +H2O ⇌ NH3 ·H2O ⇌ NH+4 + OH−
NH+4 + OH−
NH3 + H2O
Ca2+ + OH− + HCO−3
CaCO3 + H2O
历史背景：合成氨已经工业化，食盐稀缺
项目活动2 体会侯氏制碱法的创新
核心目标：从母液中分离出NH4Cl
NH4+ 、Cl− Na+、 HCO3−
高浓度的Cl−会使补加的食盐难以 溶解
NH+4 浓度过高可能会以铵盐的形 式析出，影响产物的产率和纯度
【问题2.3】 还可以通过调控什么条件促使下列平衡正向移动呢？
Na+(aq) + HCO3− (aq)
NaHCO3(s)
影响平衡移动的因素，除了浓度，还有温度。
目标：增加NaHCO3产量
Leabharlann Baidu
Na+(aq) + HCO3− (aq)
NaHCO3(s)
ΔH＜0 平衡正移
资料卡片：NaHCO3在不同温度下的溶解度数据
宏观目标
物质组成、 微粒、平衡
调控条件
模拟制碱实验视频：向冰水浴中的饱和氨盐水（含酚酞）里持续通CO2
播放速度×4
【问题2.4】请分步书写整个实验过程中反应的离子方程式。
2NH3·H2O + CO2
CO32− + 2NH4+ + H2O
CO32− + H2O + CO2
2HCO3−
Na+(aq) + HCO3− (aq)
NaHCO3(s)
【问题2.5】下面是索尔维制碱法的工艺流程图，书写“灰蒸”这一步反应 的离子方程式。从绿色化学角度，评价索尔维法的优点和不足。
优点：NH3、CO2实现 循环利用
NH4+ 、Cl− Na+、 HCO3−
不足：CaCl2、NaCl 直接排放，利用率低
Ca2+ 、Na+、 Cl− （大量） OH− （少量）
揭秘索尔维法和侯氏制碱法
高二年级 化学
纯碱是重要的基础化工原料，工业纯碱常用于制造玻璃、 洗涤剂、建筑材料等。
食用纯碱可用于食品工业，如生产味精、作为食品添加剂等。
纯碱制造的历史
1789年，法国奥尔良地区封建主公爵的 侍从医生路布兰成功地创造了一种制碱的方 法，1791年获得专利，路布兰制碱法所用的 原料为食盐、硫酸、木炭和石灰石。
温度/ ℃ 0℃ 10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 溶解度/ g 6.9 8.1 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4
调控温度
• 降低温度
实际工业中： 增加NaHCO3的产量
Na+(aq) + HCO3− (aq)
NaHCO3(s)
饱和食盐水
先通NH3再通CO2； 降温 通入足量CO2
平衡正向移动
物质
NaCl NH3 CO2
溶质
H2O 溶剂 认识对象
认识角度
宏观现象
微粒的数量
微粒的 相互作用
微粒的种类
析出NaHCO3沉淀
Na+(aq) + HCO3− (aq)
NaHCO3(s)
Na+、Cl− 、 NH+4 、 HCO−3、 H2O
NaCl ＝Na+ + Cl−
CO2 +H2O ⇌ H2CO3 ⇌ HCO−3 + H+ NH3 +H2O ⇌ NH3 ·H2O ⇌ NH+4 + OH−
NaHCO3(s)
微粒的 相互作用
微粒的种类
NaCl Na+ + ClCO2 + H2O ⇌ H2CO3 ⇌ HCO−3 + H+
平衡正移
调控浓度
• 饱和食盐水 • 足量CO2
物质
NaCl NH3 CO2
溶质
溶剂 认识对象
【问题2.2】 实际工业中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？
平衡正向移动
物质
NaCl NH3 CO2
溶质
H2O 溶剂 认识对象
索尔维制碱法（1861年）
NaCl + CO2 + NH3 + H2O
NaHCO3 + NH4Cl
2NaHCO3
Na2CO3 + H2O + CO2
【问题1.2】结合表1思考为什么第一步反应中不直接生成Na2CO3?
表1 几种盐的溶解性数据
Nicolas Leblanc （1742~1806）
法国化学家
纯碱制造的历史
比利时工程师索尔维以食盐、石灰石 和氨为原料制得碳酸钠和氯化钙，1867年 这种方法被命名为索尔维制碱法。
E. Ernest Solvay （1838-1922） 比利时工业化学家
纯碱制造的历史
1921年，侯德榜带领团队，经过五年摸索, 用索尔维法制得了高质量的纯碱，并于1933年出 版巨著《纯碱制造》，打破了技术垄断，对社会 的发展作出了巨大的贡献。索尔维法的食盐利用 率低，根据实际情况，侯德榜对索尔维法进行了 创新，创造性地提出了侯氏制碱法。
项目活动1 解读索尔维制碱法
【问题1.1】
索尔维制碱法以NaCl、NH3、CO2、H2O为原料，可制得NaHCO3， NaHCO3可溶于水，而索尔维法却能得到NaHCO3沉淀，试用化学平衡的 原理解释原因并书写制碱（纯碱）反应的化学方程式。
认识角度
宏观现象
微粒的数量
析出NaHCO3沉淀
NH4Cl是优质氮肥
【问题3】 侯氏制碱法工艺流程图如下，请你思考实际工业中“吸氨”、 “冷析”、“盐析”过程的具体目的是什么？
NH4+ 、Cl− Na+、 HCO3−
目标：获得更多的HCO3−
饱
室温下： ➢ CO2 的溶解度（1:1） ➢ NH3 的溶解度（1:700）
先通NH3： 吸收的CO2量多, HCO−3 产量大。
缓慢而持续 通入CO2
和 氨 盐
水
持续通入CO2（足量）即可，操作简便。
先通CO2：需要控制NH3的吸收量（少量）。 吸收的NH3量少， HCO−3 产量小。
NaCl
溶解度/ g （20℃，100g水）
36.0
NH4Cl 37.2
Na2CO3 NH4HCO3 NaHCO3 (NH4)2CO3
21.5
21.7
9.6
100
【问题2.1】 请你思考可以通过改变哪些外界条件来增加NaHCO3产量?
认识角度
宏观现象
微粒的数量
增加NaHCO3产量
Na+(aq) + HCO3− (aq)
微粒的 相互作用
微粒的种类
物质
NaCl NH3 CO2
溶质
H2O 溶剂 认识对象
认识角度
宏观现象
析出NaHCO3沉淀
微粒的数量
微粒的 相互作用
微粒的种类
Na+、Cl− 、 NH+4 、 HCO−3、 H2O
NaCl ＝Na+ + Cl−
CO2 +H2O ⇌ H2CO3 ⇌ HCO−3 + H+ NH3 +H2O ⇌ NH3 ·H2O ⇌ NH+4 + OH−
NH+4 + OH−
NH3 + H2O
Ca2+ + OH− + HCO−3
CaCO3 + H2O
历史背景：合成氨已经工业化，食盐稀缺
项目活动2 体会侯氏制碱法的创新
核心目标：从母液中分离出NH4Cl
NH4+ 、Cl− Na+、 HCO3−
高浓度的Cl−会使补加的食盐难以 溶解
NH+4 浓度过高可能会以铵盐的形 式析出，影响产物的产率和纯度
【问题2.3】 还可以通过调控什么条件促使下列平衡正向移动呢？
Na+(aq) + HCO3− (aq)
NaHCO3(s)
影响平衡移动的因素，除了浓度，还有温度。
目标：增加NaHCO3产量
Leabharlann Baidu
Na+(aq) + HCO3− (aq)
NaHCO3(s)
ΔH＜0 平衡正移
资料卡片：NaHCO3在不同温度下的溶解度数据
宏观目标
物质组成、 微粒、平衡
调控条件
模拟制碱实验视频：向冰水浴中的饱和氨盐水（含酚酞）里持续通CO2
播放速度×4
【问题2.4】请分步书写整个实验过程中反应的离子方程式。
2NH3·H2O + CO2
CO32− + 2NH4+ + H2O
CO32− + H2O + CO2
2HCO3−
Na+(aq) + HCO3− (aq)
NaHCO3(s)
【问题2.5】下面是索尔维制碱法的工艺流程图，书写“灰蒸”这一步反应 的离子方程式。从绿色化学角度，评价索尔维法的优点和不足。
优点：NH3、CO2实现 循环利用
NH4+ 、Cl− Na+、 HCO3−
不足：CaCl2、NaCl 直接排放，利用率低
Ca2+ 、Na+、 Cl− （大量） OH− （少量）
揭秘索尔维法和侯氏制碱法
高二年级 化学
纯碱是重要的基础化工原料，工业纯碱常用于制造玻璃、 洗涤剂、建筑材料等。
食用纯碱可用于食品工业，如生产味精、作为食品添加剂等。
纯碱制造的历史
1789年，法国奥尔良地区封建主公爵的 侍从医生路布兰成功地创造了一种制碱的方 法，1791年获得专利，路布兰制碱法所用的 原料为食盐、硫酸、木炭和石灰石。
温度/ ℃ 0℃ 10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 溶解度/ g 6.9 8.1 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4
调控温度
• 降低温度
实际工业中： 增加NaHCO3的产量
Na+(aq) + HCO3− (aq)
NaHCO3(s)
饱和食盐水
先通NH3再通CO2； 降温 通入足量CO2
平衡正向移动
物质
NaCl NH3 CO2
溶质
H2O 溶剂 认识对象
认识角度
宏观现象
微粒的数量
微粒的 相互作用
微粒的种类
析出NaHCO3沉淀
Na+(aq) + HCO3− (aq)
NaHCO3(s)
Na+、Cl− 、 NH+4 、 HCO−3、 H2O
NaCl ＝Na+ + Cl−
CO2 +H2O ⇌ H2CO3 ⇌ HCO−3 + H+ NH3 +H2O ⇌ NH3 ·H2O ⇌ NH+4 + OH−
NaHCO3(s)
微粒的 相互作用
微粒的种类
NaCl Na+ + ClCO2 + H2O ⇌ H2CO3 ⇌ HCO−3 + H+
平衡正移
调控浓度
• 饱和食盐水 • 足量CO2
物质
NaCl NH3 CO2
溶质
溶剂 认识对象
【问题2.2】 实际工业中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？
平衡正向移动
物质
NaCl NH3 CO2
溶质
H2O 溶剂 认识对象
索尔维制碱法（1861年）
NaCl + CO2 + NH3 + H2O
NaHCO3 + NH4Cl
2NaHCO3
Na2CO3 + H2O + CO2
【问题1.2】结合表1思考为什么第一步反应中不直接生成Na2CO3?
表1 几种盐的溶解性数据
Nicolas Leblanc （1742~1806）
法国化学家
纯碱制造的历史
比利时工程师索尔维以食盐、石灰石 和氨为原料制得碳酸钠和氯化钙，1867年 这种方法被命名为索尔维制碱法。
E. Ernest Solvay （1838-1922） 比利时工业化学家
纯碱制造的历史
1921年，侯德榜带领团队，经过五年摸索, 用索尔维法制得了高质量的纯碱，并于1933年出 版巨著《纯碱制造》，打破了技术垄断，对社会 的发展作出了巨大的贡献。索尔维法的食盐利用 率低，根据实际情况，侯德榜对索尔维法进行了 创新，创造性地提出了侯氏制碱法。