鲁科版（2019）化学选择性必修一《微项目 揭秘索尔维法和侯氏制碱法——化学平衡思想的创造性应用》优质课ppt课件

鲁科版（2019）化学选择性必修一《微项目 揭秘索尔维法和侯氏制碱法——化学平衡思想的创造性应用》优质课ppt课件

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。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。

历史上比较重要的制碱方法有路布兰法、索尔维法和侯氏制碱法。1789年，路布兰成功地创造了一种制碱的方法，1791年获得专利，该方法所用的原料为食盐、硫酸、木炭和石灰石。

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。

我国对纯碱的需求量大，但纯碱工业起步较晚。1921年，化学工业科学家侯德榜带领团队，经过五年摸索出了索尔维制碱法的奥秘，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。他发明的“侯氏制碱法”在人类化学工业史上写下了光辉的一页。

在本项目活动中，你将认识到索尔维法的制碱原理，并通过解读侯氏制碱法认识联合制碱的创新之处，体会化学平衡思想的应用价值，了解我国科学家对于制碱工业作出的巨大贡献。

首先进入项目活动1，解读索尔维制碱法，请你思考本环节的第一个问题，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取纯碱反应的化学方程式。

这里我们要运用水溶液的认识模型来解决问题，索尔维法使用的原料是已知的，分别是NaCl、NH3、CO2、H2O，宏观现象是析出碳酸氢钠沉淀。

分析思路应该是从宏观现象出发，去分析产生此沉淀的微粒种类、来源、数量和相互作用。（点）其中钠离子来自NaCl的电离，（点）碳酸氢根来源于二氧化碳与水反应生成的碳酸的部分电离，但是由碳酸电离出的碳酸氢根的数量很少、浓度很小，应该不足以与钠离子结合产生沉淀。这时我们就需要关注溶液中的其他微粒，看是否存在其他的微粒间相互作用，（点）我们关注到溶液中还存在另一种物质氨气，氨气与水反应生成的一水合氨会电离出铵根离子和氢氧根离子。（点）因此，合理的解释应该是一水合氨电离出的氢氧根离子与碳酸电离出的氢离子相互作用生成水，使得两个平衡都不断正向移动，（点）最终产生较多的碳酸氢根离子和铵根离子。

可溶性物质的溶解也存在限度，当相应离子浓度过大时，可溶性物质也会析出，这类似于沉淀溶解平衡。（点）所以，当碳酸氢根浓度增大至一定程度时，它与钠离子结合生成碳酸氢钠沉淀析出。

我们将上述反应过程用一个总的方程式表示如下，1mol氯化钠和1mol二氧化碳和1mol氨气以及1mol水反应生成1mol碳酸氢钠和1mol氯化铵，这是索尔维制碱法的关键反应之一，要生成纯碱，只需要将上一步制备的碳酸氢钠加热分解即可。

（点）下面请你结合表1思考问题2，为什么第一步反应中不直接生成Na2CO3?而是先生成碳酸氢钠再加热分解为碳酸钠呢？（点）从表中所给的溶解度数据我们可以看出，碳酸氢钠的溶解度最小，最容易从体系中沉淀出来，从而间接地提高了碳酸钠的产率。

下面请你继续思考，我们可以通过改变哪些外界条件来增加NaHCO3产量呢?要解决这个问题，首先我们就要想到生成碳酸氢钠的反应原理是什么，基于反应原理去调控反应。

该反应可表示如下，钠离子和碳酸氢根离子生成碳酸氢根沉淀，这是碳酸氢钠的结晶溶解平衡，是一个可逆反应。要增加碳酸氢钠的产量，实际上就是要通过调控反应，使得平衡正向移动。结合影响平衡移动的因素，（点）我们能够想到方法之一就是调控浓度，增大钠离子或碳酸氢根的浓度，都可以使得平衡正向移动。（点）而这两种离子分别来源于氯化钠的电离和二氧化碳与水反应生成的碳酸的电离，（点）因此，可以选用饱和氯化钠，以及通入足量的二氧化碳，这样就可以尽可能地提高钠离子和碳酸氢根的浓度。

在实际工业中，采用先向饱和食盐水中通入氨气制得氨盐水，再通入二氧化碳，你能解释为什么吗？首先应该是回到实际工业生产的目标，（点）不难想到，实际工业生产的目标一定是要获得更多的碳酸氢根。其次，就是要建立具体操作和目标之间的关联，（点）我们知道室温下，1体积水中大约能溶解1体积的二氧化碳，而1体积水中能够溶解约700体积的氨气。（点）先通氨气后通二氧化碳，就可以吸收更多的二氧化碳，这样可以使碳酸氢根的产量更大。其次，要生成碳酸氢根就需要保证二氧化碳是过量的，先通入氨气，后通入二氧化碳只需持续不断通入即可，操作简便。

大家也可以反过来想一下，（点）如果变成先通二氧化碳后通氨气，情况会如何？首先，从操作方面来说，我们就需要控制氨气的量，要少量。其次，由于二氧化碳的溶解度较小，因此吸收的氨气的量也会比较少，这样就会使得产生的碳酸氢根浓度相对较小，不利于提高碳酸氢根的浓度，较难达到沉淀碳酸氢钠所需要的条件。

刚才大家从调控浓度的角度分析了促使下列平衡正向移动的方法，请你思考，还可以通过调控什么条件促使下列平衡正向移动呢？回顾所学知识，我们知道，（点）影响平衡移动的因素，除了浓度，还有温度。

调控温度时平衡移动的方向与反应的热效应有关，（点）根据资料卡片中，碳酸氢钠在不同温度下的溶解度数据可以发现，随着温度的升高，它的溶解度逐渐增大，（点）所以上述反应的ΔH小于0，（点）因此可以通过降低温度的办法促进平衡正向移动。

通过刚才的分析，我们认识到实际工业中分别采用了使用饱和食盐水，先通氨气再通二氧化碳，且通入过量的二氧化碳，以及降温的方法来增加碳酸氢钠的产量。（点）再来梳理基于真实问题的解决思路，我们首先是从宏观目标出发，去分析复杂体系中物质的组成、微粒和平衡，然后再通过调控条件优化反应，利用已有知识和所给信息有目的地调控溶液中的物质组成、微粒和平衡。

这是实验室模拟制碱的视频，（点）向冰水浴中的含有酚酞地饱和氨盐水里持续通CO2，请大家观察现象。可以看到一开始混合溶液呈红色，后来溶液逐渐褪色后，逐渐析出了白色沉淀。 ?