新教材2023年高中化学第3章物质在水溶液中的行为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鲁科版选择性必修1

化学平衡思想的创造性应用

项目活动1　解读索尔维制碱法

比利时工程师索尔维以食盐、石灰石为原料制得碳酸钠和氯化钙。

问题：(1)写出索尔维制碱法总的反应方程式，并分析其实际原料是什么？循环物质是什么？副产物是什么？副产物的利用价值有多少？

(2)如何进行改进呢？

答案　(1)索尔维制碱法的总的方程式可表示为：CaCO3＋2NaCl===CaCl2＋Na2CO3。分析该反应，其逆反应是自发的，因此正反应不自发，所以需依据一些中间反应，最终达到目的，分析该反应，可知其原料为CaCO3和NaCl；循环物质是NH3、CO2、NH4Cl和Ca(OH)2等；副产物CaCl2几乎没有利用价值，并且副产物为废渣。

(2)我国化学家侯德榜创造性地提出了侯氏制碱法，充分利用了原料，并制得了纯度很高的Na2CO3。

项目活动2　体会侯氏制碱法的创新

为了充分利用原料，侯德榜创造性地提出了侯氏制碱法，其工艺流程图如下：

侯氏制碱法又叫“联合制碱”法，它的食盐利用率可达98%，充分利用了合成氨工业提供的NH3、CO2等原料，同时实现了母液的循环，补充原料和联产有价值副产物NH4Cl等多个目标，符合“绿色化学——充分利用原子的生产理念”。

问题1：根据以下叙述回答(1)～(3)题。索尔维制碱法的工艺流程可简单表示如下：①在氨化的饱和食盐水中通入CO2制小苏打；②焙烧小苏打制纯碱；③在析出小苏打的母液中加入生石灰有NH3放出，NH3循环使用。中国化工专家侯德榜在40年代改进了索尔维制碱法：在析出小苏打的母液中加入NaCl固体以代替生石灰，这一改进被誉为侯氏制碱法。

(1)索尔维法涉及的物质有：①食盐、②氯化钙、③氨、④二氧化碳、⑤水、⑥小苏打、⑦纯碱。下列叙述正确的是(　　)

A．起始原料是①、③、④、⑤ B．起始原料是①、⑤

C．最终产品是⑦ D．最终产品是②、⑦

(2)索尔维法制纯碱过程中没有涉及的化学反应类型是(　　)

A．化合反应 B．置换反应

C．分解反应 D．复分解反应

(3)同索尔维制碱法相比较，侯氏制碱法优点可能有：①副产品NH4Cl可作化肥，无副产品CaCl2；②食盐的利用率比索尔维法高；③无污染大气的气体。其中正确的是(　　)

A．①和② B．①和③

C．②和③ D．只有①

答案　(1)AC　(2)B　(3)A

解析　(1)主反应为NH3＋H2O＋NaCl＋CO2===NaHCO3↓＋NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，而Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2H2O＋2NH3↑是为了获取循环物质NH3，CaCl2为副产物，不是产品。

(2)置换反应是：单质＋化合物＝新的单质＋新化合物，索尔维法制碱过程中无单质参加。

问题2：工业制纯碱时，第一步是通过饱和食盐水、氨和CO2反应，获得碳酸氢钠结晶，该反应是放热反应。请设计一个实验，用最简单的实验装置模拟实验这一过程，获得NaHCO3结晶。可供选择的实验用品有：6 mol/L盐酸、6 mol/L H2SO4、浓氨水、NaOH、消石灰、石灰石、氯化铵、食盐、蒸馏水和冰，以及中学化学实验常用仪器。

(1)画出实验装置示意图(包括反应时容器中的物质)，并在图中玻璃容器旁自左至右分别用A、B、C……符号标明(铁架台、石棉网、酒精灯、玻璃导管之间的连接胶管等，在示意图中不必画出，如需加热，在需加热的仪器下方标以“△”表示；本题装置示意图中的仪器可用如下方式表示：敞口玻璃器：、有塞玻璃容器：、分液漏斗：、玻璃漏斗：、玻璃导管：，标示出在液面上或下)。

(2)请写出在图上用A、B、C……表示的各玻璃容器中盛放物质的名称或化学式：

A：________　B：________　C：________　

D：________　E：________

(3)利用在本题所提供的实验用品如何判断得到的产品是碳酸氢钠结晶，而不是碳酸氢铵或食盐结晶。

答案　(1)

(2)CaCO3，并由漏斗加入6 mol/L盐酸　蒸馏水　冰水　被氯化钠饱和的浓氨溶液　6 mol/L的H2SO4

(3)取少量产品放在试管中，在酒精灯上加热至不再产生气体为止，停止加热，若试管中有白色剩余物质，则得到的产品不是NH4HCO3；待试管冷却后，向其中加入适量盐酸，反应剧烈，产生大量气泡，最后剩余物全部溶解，说明得到的晶体是NaHCO3，不是NaCl。

解析　根据反应：NaCl＋H2O＋CO2＋NH3===NaHCO3↓＋NH4Cl，且ΔH<0，再由题干中提供的试剂，该过程中需制备CO2，把制备并纯化的CO2通入到饱和NaCl的浓氨溶液中(由于NH3在水中的溶解度很大，因此，它可以吸收大量的CO2并形成浓度较大的HCO，从而使NaHCO3超出其溶解度而析出)，而该反应为放热反应，会使温度升高，NH3逸出，故该反应需在降温装置中完成，另外NH3能污染环境，故需处理尾气；NH4HCO3受热分解，NaCl不与盐酸反应，而NaHCO3受热分解生成的Na2CO3与盐酸反应放出CO2。