資源簡介

微項目　揭秘索爾維制堿法和侯氏制堿法
——化學平衡思想的創造性應用
[核心素養發展目標]　1.通過認識制堿工業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，能根據實際需求選擇調控平衡移動的方法。2.通過了解工業制堿的原理，體會化學原理的巧妙應用，了解我國科學家對制堿工業作出的巨大貢獻。
一、解讀索爾維制堿法
一、實驗室模擬索爾維制堿法(又名氨堿法)
1．實驗步驟
用如圖所示裝置模擬索爾維制堿法。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的溫度。打開分液漏斗，觀察二氧化碳通入氨鹽水的現象。
錐形瓶中發生反應的化學方程式為__________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
2．實驗現象
隨著CO2的不斷通入，試管中溶液的紅色逐漸褪去后，溶液中出現白色沉淀。
3．理論解釋
二、索爾維制堿法
1．基本工藝流程
2．發生的主要反應
NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，
CaCO3CaO＋CO2↑，
CaO＋H2O===Ca(OH)2，
2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O，
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。
3．索爾維制堿法(氨堿法)的優缺點
(1)優點
①原料(石灰石、氨氣、食鹽等)易得，價格便宜；
②產品純堿較為純凈；
③副產品二氧化碳、氨氣等都可以循環利用；
④制造步驟簡單、易于操作，很適合大規模連續生產。
(2)缺點
①產生大量無用的副產品CaCl2 ；
②NaCl利用率低，約有30%的NaCl殘留在母液中；
③設備多，耗能大。
1．碳酸氫鈉可溶于水，而索爾維制堿法卻能得到碳酸氫鈉沉淀，試用平衡的原理進行解釋。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
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CO2 氨鹽水的作用是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
3．碳酸鈉是一種重要的化學基本工業產品。比利時人索爾維發明了氨堿法生產碳酸鈉，氨堿法生產原理示意圖如下：
請回答下列問題：
(1)從索爾維制堿法生產原理示意圖可知，氨堿法的總反應化學方程式為__________________
_______________________________________________________________________________。
按照綠色化學原則，理想的“原子經濟”就是反應物的原子全部轉化為期望的最終產物，實現廢棄物的零排放。計算索爾維制堿法的原子利用率(原子利用率＝期望產物的總質量與反應產物的總質量之比)為____________。
(2)試列舉出索爾維制堿法的兩大缺點。
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
二、體會侯氏制堿法的創新
一、產生背景
1．歷史原因：制堿廠由海邊遷至四川。
2．技術因素：索爾維制堿法的食鹽利用率低，使生產成本增加。
二、探究過程
1．索爾維制堿法原料利用率低的原因
索爾維法制堿母液中含有大量NH和Cl－，以及高濃度的Na＋和HCO。“灰蒸”過程只實現了NH的回收利用，Na＋、Cl－等都隨廢液排放，因此食鹽的利用率低。
2．侯氏制堿法工藝流程圖
3．侯氏制堿法的分析思路
4．平衡思想在侯氏制堿法中的應用
(1)“吸氨”過程
NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－
不斷通入NH3會使平衡右移，c(NH)、c(OH－)增大，可使平衡HCOH＋＋CO右移，產生溶解度更大的Na2CO3。
(2)“碳酸化”過程
CO2＋H2OH2CO3H＋＋HCO
因“吸氨”過程中c(OH－)增大，而使此平衡右移，產生大量HCO。
(3)“鹽析”過程
NH(aq)＋Cl－(aq) NH4Cl(s)
增大c(Cl－)使平衡右移，析出NH4Cl沉淀。
(4)“冷析”過程
NH4Cl的溶解度隨溫度升高而增大，NH(aq)＋Cl－(aq) NH4Cl(s)　ΔH<0，降溫時，平衡右移，析出NH4Cl沉淀。
5．侯氏制堿法的創新之處
(1)突出優點：向沉淀池的母液中通入NH3并加入食鹽，增大c(NH)、c(Cl－)，析出NH4Cl晶體用作氮肥，同時使溶液中氯化鈉溶液濃度增大至接近飽和，可以作為原料循環利用，使食鹽的利用率高達98%，大大提高了原料(NaCl)的利用率，不產生無用的CaCl2。
(2)實現大規模聯合生產，合成氨廠的廢料CO2可以作為制堿廠的主要原料，制堿廠無用的成分Cl－可以代替價格較高的硫酸來固定氨，制成氮肥，降低了成本，提高了綜合經濟效益。
1．索爾維制堿法除了得到純堿外，還會產生一種廢渣是什么？侯氏制堿法在此工藝上改進，不再使用CaCO3制備CO2，而是在制備NH3的過程中制得CO2，則侯氏制堿法在得到純堿的同時還制得了什么？此物質在農業上的用途是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
2．侯氏制堿法與索爾維制堿法的主要不同在母液的處理上。侯氏制堿法采取了怎樣的方式對母液進行處理？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
[知識支持]
在侯氏制堿法中涉及的鹽的溶解度
溫度/℃ 0 10 20 30 40 50 60 100
溶解度/g NaCl 35.7 35.8 35.9 36.3 36.6 37.0 37.3 39.8
NH4HCO3 11.9 15.8 21.7 27.0 — — — —
NaHCO3 6.9 8.1 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4 —
NH4Cl 29.4 33.2 37.2 41.4 45.8 55.3 65.6 77.3
“—”表示在該溫度下NH4HCO3或NaHCO3會分解。
(1)利用該表可以判斷在0～30 ℃時，NaHCO3在這四種鹽中溶解度是最小的。
(2)當溫度高于30 ℃時，NH4HCO3會分解，因此溫度不能高于30 ℃。
(3)在0～10 ℃時，NaCl與NH4Cl相比，NH4Cl的溶解度較小。
3．下列屬于侯氏制堿法優點的是(　　)
A．氨和二氧化碳由合成氨廠提供
B．母液可回收制氯化銨
C．氯化鈉的利用率達98%
D．以上全是
4．侯氏制堿法中可循環利用的物質是(　　)
A．CO2、NaCl B．NH3、NaCl
C．NH3、CO2 D．CaO、NH3
5．我國化學家侯德榜改革國外的純堿生產工藝，生產流程可簡要表示如下：
(1)上述生產純堿的方法中，副產品的一種用途為____________。
(2)沉淀池中發生反應的化學方程式是_______________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)寫出上述流程中X物質的化學式：________。
(4)使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上，主要是設計了循環________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。從沉淀池中分離出沉淀的操作是________。
(5)向母液中通氨氣，加入細小食鹽顆粒，冷卻析出副產品，通氨氣的作用有________(填字母)。
a．增大NH的濃度，使NH4Cl更多地析出
b．使NaHCO3更多地析出
c．使NaHCO3轉化為Na2CO3，提高析出的NH4Cl純度
微項目　揭秘索爾維制堿法和侯氏制堿法
一、
1．CaCO3＋H2SO4===CaSO4＋CO2↑＋H2O
思考交流
1．可溶性的碳酸氫鈉也有一定的溶解限度，當相應的離子濃度過大時也會析出，類似于沉淀溶解平衡，在溶液中存在平衡：2Na＋＋CO＋H2O＋CO2??2NaHCO3，當增加Na＋和CO的濃度時，該平衡正向移動，NaHCO3就會以沉淀的形式出現。
2．因為CO2在飽和食鹽水中的溶解度不大，若先向飽和食鹽水中通入氨氣制得氨鹽水，此時溶液顯堿性，再通入CO2，CO2就會與氨水反應生成銨鹽，促進CO2的溶解，使生成的HCO濃度增大，提高NaHCO3的析出率。氨鹽水的作用是增大CO2的吸收量，使生成的HCO濃度增大。
3．(1)CaCO3＋2NaCl===CaCl2＋Na2CO3　0.49(或106∶217)　(2)①原料NaCl的利用率低　②產生了不容易處理的副產物氯化鈣
二、
思考交流
1．根據索爾維制堿法的流程使用CaCO3制備CO2，最后用氫氧化鈣與氯化銨反應生成氨氣循環，同時生成氯化鈣廢渣；而侯氏制堿法不再使用CaCO3制備CO2，在得到純堿的同時還制得了NH4Cl；此物質在農業上的用途是可以用作氮肥。
2．(1)向母液中加食鹽；(2)向母液中通氨氣和二氧化碳；(3)降溫至5 ℃左右。
3．D　4.A
5．(1)做化肥(或電解液等其他合理答案均可)
(2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓　(3)CO2　(4)Ⅰ　過濾　(5)ac(共36張PPT)
第3章
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揭秘索爾維制堿法和侯氏制堿法
——化學平衡思想的創造性應用
微項目
核心素養
發展目標
1.通過認識制堿工業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，能根據實際需求選擇調控平衡移動的方法。
2.通過了解工業制堿的原理，體會化學原理的巧妙應用，了解我國科學家對制堿工業作出的巨大貢獻。
一、實驗室模擬索爾維制堿法(又名氨堿法)
1.實驗步驟
用如圖所示裝置模擬索爾維制堿法。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的溫度。打開分液漏斗，觀察二氧化碳通入氨鹽水
的現象。
一
解讀索爾維制堿法
錐形瓶中發生反應的化學方程式為____________________
____________________。
CaCO3＋H2SO4===
CaSO4＋CO2↑＋H2O
2.實驗現象
隨著CO2的不斷通入，試管中溶液的紅色逐漸褪去后，溶液中出現白色沉淀。
3.理論解釋
二、索爾維制堿法
1.基本工藝流程
2.發生的主要反應
NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，
3.索爾維制堿法(氨堿法)的優缺點
(1)優點
①原料(石灰石、氨氣、食鹽等)易得，價格便宜；
②產品純堿較為純凈；
③副產品二氧化碳、氨氣等都可以循環利用；
④制造步驟簡單、易于操作，很適合大規模連續生產。
(2)缺點
①產生大量無用的副產品CaCl2 ；
②NaCl利用率低，約有30%的NaCl殘留在母液中；
③設備多，耗能大。
1.碳酸氫鈉可溶于水，而索爾維制堿法卻能得到碳酸氫鈉沉淀，試用平衡的原理進行解釋。
提示　可溶性的碳酸氫鈉也有一定的溶解限度，當相應的離子濃度過大時也會析出，類似于沉淀溶解平衡，在溶液中存在平衡：2Na＋＋
的濃度時，該平衡正向移動，NaHCO3就會以沉淀的形式出現。
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CO2 氨鹽水的作用是什么？
提示　因為CO2在飽和食鹽水中的溶解度不大，若先向飽和食鹽水中通入氨氣制得氨鹽水，此時溶液顯堿性，再通入CO2，CO2就會與氨水反應生成銨鹽，促進CO2的溶解，使生成的 濃度增大，提高NaHCO3的析出率。氨鹽水的作用是增大CO2的吸收量，使生成的
濃度增大。
3.碳酸鈉是一種重要的化學基本工業產品。比利時人索爾維發明了氨堿法生產碳酸鈉，氨堿法生產原理
示意圖如右：
請回答下列問題：
(1)從索爾維制堿法生產原理示意圖
可知，氨堿法的總反應化學方程式
為______________________________。
CaCO3＋2NaCl===CaCl2＋Na2CO3
按照綠色化學原則，理想的“原子
經濟”就是反應物的原子全部轉化
為期望的最終產物，實現廢棄物的
零排放。計算索爾維制堿法的原子
利用率(原子利用率＝期望產物的總
質量與反應產物的總質量之比)為_________________。
0.49(或106∶217)
(2)試列舉出索爾維制堿法的兩大
缺點。
①____________________；
②_______________________________。
原料NaCl的利用率低
產生了不容易處理的副產物氯化鈣
一、產生背景
1.歷史原因：制堿廠由海邊遷至四川。
2.技術因素：索爾維制堿法的食鹽利用率低，使生產成本增加。
二、探究過程
1.索爾維制堿法原料利用率低的原因
索爾維法制堿母液中含有大量 。
“灰蒸”過程只實現了 的回收利用，Na＋、Cl－等都隨廢液排放，因此食鹽的利用率低。
二
體會侯氏制堿法的創新
2.侯氏制堿法工藝流程圖
3.侯氏制堿法的分析思路
4.平衡思想在侯氏制堿法中的應用
(1)“吸氨”過程
(3)“鹽析”過程
(aq)＋Cl－(aq) NH4Cl(s)
增大c(Cl－)使平衡右移，析出NH4Cl沉淀。
(4)“冷析”過程
NH4Cl的溶解度隨溫度升高而增大， (aq)＋Cl－(aq) NH4Cl(s)　ΔH<
0，降溫時，平衡右移，析出NH4Cl沉淀。
5.侯氏制堿法的創新之處
(1)突出優點：向沉淀池的母液中通入NH3并加入食鹽，增大c( )、c(Cl－)，析出NH4Cl晶體用作氮肥，同時使溶液中氯化鈉溶液濃度增大至接近飽和，可以作為原料循環利用，使食鹽的利用率高達98%，大大提高了原料(NaCl)的利用率，不產生無用的CaCl2。
(2)實現大規模聯合生產，合成氨廠的廢料CO2可以作為制堿廠的主要原料，制堿廠無用的成分Cl－可以代替價格較高的硫酸來固定氨，制成氮肥，降低了成本，提高了綜合經濟效益。
1.索爾維制堿法除了得到純堿外，還會產生一種廢渣是什么？侯氏制堿法在此工藝上改進，不再使用CaCO3制備CO2，而是在制備NH3的過程中制得CO2，則侯氏制堿法在得到純堿的同時還制得了什么？此物質在農業上的用途是什么？
提示　根據索爾維制堿法的流程使用CaCO3制備CO2，最后用氫氧化鈣與氯化銨反應生成氨氣循環，同時生成氯化鈣廢渣；而侯氏制堿法不再使用CaCO3制備CO2，在得到純堿的同時還制得了NH4Cl；此物質在農業上的用途是可以用作氮肥。
2.侯氏制堿法與索爾維制堿法的主要不同在母液的處理上。侯氏制堿法采取了怎樣的方式對母液進行處理？
提示　(1)向母液中加食鹽；
(2)向母液中通氨氣和二氧化碳；
(3)降溫至5 ℃左右。
[知識支持]
在侯氏制堿法中涉及的鹽的溶解度
溫度/℃ 0 10 20 30 40 50 60 100
溶解 度/g NaCl 35.7 35.8 35.9 36.3 36.6 37.0 37.3 39.8
NH4HCO3 11.9 15.8 21.7 27.0 — — — —
NaHCO3 6.9 8.1 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4 —
NH4Cl 29.4 33.2 37.2 41.4 45.8 55.3 65.6 77.3
“—”表示在該溫度下NH4HCO3或NaHCO3會分解。
(1)利用該表可以判斷在0～30 ℃時，NaHCO3在這四種鹽中溶解度是最小的。
(2)當溫度高于30 ℃時，NH4HCO3會分解，因此溫度不能高于30 ℃。
(3)在0～10 ℃時，NaCl與NH4Cl相比，NH4Cl的溶解度較小。
3.下列屬于侯氏制堿法優點的是
A.氨和二氧化碳由合成氨廠提供
B.母液可回收制氯化銨
C.氯化鈉的利用率達98%
D.以上全是
√
4.侯氏制堿法中可循環利用的物質是
A.CO2、NaCl B.NH3、NaCl
C.NH3、CO2 D.CaO、NH3
√
侯氏制堿法具體過程為在飽和氨鹽水中(氨氣、氯化鈉都達到飽和的溶液)通入二氧化碳從而發生反應：NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===
NaHCO3↓＋NH4Cl，反應中的碳酸氫鈉由于溶解度低而析出，NaHCO3進一步煅燒分解為碳酸鈉、水和二氧化碳，其中二氧化碳可以再次進入反應，循環利用，根據 NH4Cl 在常溫時的溶解度比 NaCl 大，而在低溫下卻比 NaCl 溶解度小的原理，在 278～283 K(5～ 10 ℃ ) 時，向提取NaHCO3后的母液中加入食鹽，
使 NH4Cl 單獨結晶析出，過濾后的母液中主要含有NaCl，可以再循環使用，所以整個生產流程中NaCl和CO2是可以循環使用的，選項A正確。
5.我國化學家侯德榜改革國外的純堿生產工藝，生產流程可簡要表示如右：
(1)題述生產純堿的方法中，副產品的一種用途為_______________
___________________。
做化肥(或電解液
等其他合理答案均可)
該方法中的副產品是氯化銨，主要用途是做化肥或電解液等。
(2)沉淀池中發生反應的化學方程式是_________________________
_________________。
NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===
NH4Cl＋NaHCO3↓
在堿性條件下CO2的溶解度增大，可以發生反應生成碳酸氫鈉而析出，反應的化學方程式是NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓。
(3)寫出題述流程中X物質的化學式：______。
CO2
碳酸氫鈉受熱分解生成碳酸鈉、水和CO2，所以X的化學式是CO2。
(4)使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上，主要是設計了循環___(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。從沉淀池中分離出沉淀的操作是_____。
Ⅰ
過濾
母液中含有氯化鈉，所以通過循環Ⅰ可以提高氯化鈉的利用率。
(5)向母液中通氨氣，加入細小食
鹽顆粒，冷卻析出副產品，通氨
氣的作用有____(填字母)。
a.增大 的濃度，使NH4Cl更多
地析出
b.使NaHCO3更多地析出
c.使NaHCO3轉化為Na2CO3，提高析出的NH4Cl純度
ac

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