2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第一單元走進(jìn)化學(xué)工業(yè)課題3純堿的生產(chǎn)學(xué)案新人教版選修2

PAGE8-課題3純堿的生產(chǎn)1.了解純堿的主要性質(zhì)和用途。2.了解純堿的生產(chǎn)及發(fā)展過(guò)程；駕馭路布蘭法——索爾維法——聯(lián)合制堿法侯氏制堿的基本原理。3.駕馭索爾維制堿法和侯氏制堿法的化學(xué)反應(yīng)原理、主要原料和生產(chǎn)過(guò)程。授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第9頁(yè)一、純堿及其用途碳酸鈉的俗名叫純堿，可用來(lái)制玻璃、制皂、造紙、紡織和漂染，碳酸鈉作為原料可用來(lái)生產(chǎn)鈉的化合物，還大量應(yīng)用于生活中。在我國(guó)素有“口堿”之說(shuō)。二、路布蘭制堿法1．原料：硫酸、食鹽、木炭、石灰石。2．生產(chǎn)原理路布蘭制堿法的生產(chǎn)原理用化學(xué)反應(yīng)方程式表示為：(1)生成Na2SO4：NaCl＋H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(120℃))NaHSO4＋HCl↑，NaCl＋NaHSO4eq\o(=,\s\up7(600～700℃))Na2SO4＋HCl↑。(2)生成Na2CO3和CaS：Na2SO4＋2Ceq\o(=,\s\up7(1000℃))Na2S＋2CO2↑，Na2S＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(1000℃))Na2CO3＋CaS。(3)缺點(diǎn)：路布蘭制堿法生產(chǎn)純堿具有原料利用不充分、成本較高、設(shè)備腐蝕嚴(yán)峻等缺點(diǎn)。三、氨堿法生產(chǎn)純堿氨堿法是由比利時(shí)人索爾維獨(dú)創(chuàng)的，所以也稱為索爾維制堿法。1．原料氨堿法是以碳酸鈣和氯化鈉為原料生產(chǎn)碳酸鈉的過(guò)程，但因二者不能自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)，故而事實(shí)上，索爾維獨(dú)創(chuàng)的氨堿法是以食鹽、氨和二氧化碳為原料，通過(guò)一系列反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)碳酸鈉。2．生產(chǎn)原理(1)將二氧化碳通入含氨的飽和食鹽溶液中，可得到碳酸氫鈉和氯化銨；方程式為NH3＋CO2＋H2O=NH4HCO3；NaCl＋NH4HCO3=NaHCO3↓＋NH4Cl。(2)將析出的NaHCO3晶體煅燒，即得Na2CO3；方程式為：2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。(3)母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨，以便循環(huán)運(yùn)用；方程式為：2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。四、聯(lián)合制堿法(又稱侯氏制堿法)1．生產(chǎn)原理將制堿中含氯的廢液與合成氨過(guò)程中的二氧化碳廢氣加以回收、利用，制成純堿和氯化銨化肥，使制堿和制銨兩大工業(yè)聯(lián)合起來(lái)。聯(lián)合制堿法的主要化學(xué)反應(yīng)方程式是NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl，2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。2．原料聯(lián)合制堿法的原料為食鹽、氨和二氧化碳，其中氨和二氧化碳來(lái)自于合成氨。授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第9頁(yè)要點(diǎn)一索爾維制堿法(氨堿法)1．索爾維法制堿生產(chǎn)的主要過(guò)程(1)鹽水的精制：在配制的飽和食鹽水中，加入熟石灰和純堿，以除去食鹽水中的Mg2＋和Ca2＋。(2)鹽水氨化：在精制鹽水中，通入氨氣制成氨鹽水。(3)氨鹽水碳酸化：使氨鹽水汲取二氧化碳，生成碳酸氫鈉和氯化銨。NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl(4)碳酸氫鈉的轉(zhuǎn)化：濾出碳酸氫鈉后煅燒得到純堿，同時(shí)回收近一半的二氧化碳再利用。2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3↑＋CO2↑＋H2O(5)氨的循環(huán)：將氯化銨加石灰乳分解，回收氨循環(huán)利用。2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))2NH3↑＋CaCl2＋2H2O2．索爾維制堿法的工藝流程3．氨堿法的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：原料(食鹽和石灰石)便宜易得、產(chǎn)品純度高、氨和部分二氧化碳可循環(huán)運(yùn)用、制造步驟簡(jiǎn)潔、生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)且規(guī)模大等。缺點(diǎn)：大量CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70%，約30%的NaCl留在母液中。[例1]以下關(guān)于索爾維制堿法的描述正確的是()A．運(yùn)用的原料為食鹽、CO2、氨B．精制鹽水后應(yīng)先通入CO2再通入過(guò)量的NH3C．析出NaHCO3后的母液中已無(wú)NaCl，只有NH4ClD．索爾維法的缺點(diǎn)是鹽利用率只有70%，生成的CaCl2難處理[解析]索爾維制堿法又叫氨堿法，主要原料有食鹽、氨和CO2；反應(yīng)的原理為NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl，而NH3與CO2為1∶1時(shí)才能生成NaHCO3，但CO2在水中溶解度小，先通入CO2，CO2溶解度小，再通入NH3時(shí)，NH3過(guò)量而CO2太少；析出NaHCO3后母液中仍有NaHCO3、NaCl、NH4Cl；加入石灰石后回收NH3，但生成的CaCl2吸水性強(qiáng)，呈黏稠狀無(wú)法處理。[答案]AD[方法規(guī)律]索爾維制堿法生產(chǎn)純堿的過(guò)程中，將飽和食鹽水氨化、碳酸化后，析出碳酸氫鈉沉淀并形成NH4Cl溶液。1．依據(jù)氨堿法制堿原理，首先配置氨化飽和食鹽水，即向飽和食鹽水中通入氨氣并充分?jǐn)嚢瑁辉賹⒍趸纪ㄈ氚被柡褪雏}水中，限制肯定的溫度，直至有碳酸氫鈉析出。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)用化學(xué)用語(yǔ)分別表示出氨和二氧化碳在水中產(chǎn)生NHeq\o\al(＋,4)、HCOeq\o\al(－,3)的原理：________________________________________________________________________________________________________________________________________________，________________________________________________________________________。(2)向飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳的先后依次是先通氨氣后通二氧化碳。是否可以先通入二氧化碳后通入氨氣？為什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________(3)寫(xiě)出氨堿法生產(chǎn)碳酸氫鈉的化學(xué)方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：在通常狀況下，氨在水中的溶解度約1∶700，二氧化碳在水中的溶解度約1∶1。答案：(1)NH3＋H2ONH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－或NH3＋H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－CO2＋H2OH2CO3HCOeq\o\al(－,3)＋H＋或CO2＋H2OHCOeq\o\al(－,3)＋H＋(2)否。在常溫下，氨在飽和食鹽水中的溶解度很大，二氧化碳在飽和食鹽水中的溶解度較小。若先通二氧化碳后加氨水，溶液里只能產(chǎn)生很小濃度的HCOeq\o\al(－,3)，不利于生成NaHCO3沉淀(3)NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl要點(diǎn)二聯(lián)合制堿法(侯氏制堿法)1．侯氏制堿法的生產(chǎn)過(guò)程聯(lián)合制堿法是將氨堿法與合成氨聯(lián)合生產(chǎn)的改進(jìn)工藝，制堿過(guò)程中所需的CO2和NH3都是由合成氨廠供應(yīng)，其主要過(guò)程如下：(1)鹽水精制：加入熟石灰和純堿除去Ca2＋、Mg2＋。(2)鹽水氨化：精制鹽水中通入NH3。(3)氨鹽水碳酸化：NaCl＋H2O＋NH3＋CO2=NaHCO3↓＋NH4Cl。(4)制Na2CO3回收CO2：2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑。(5)循環(huán)制NH4Cl：析出NaHCO3后的母液中汲取NH3，降溫加食鹽，析出NH4Cl，濾出NH4Cl后再經(jīng)氨化、碳酸化制堿。2．侯氏制堿法的工藝流程3．侯氏制堿法的評(píng)價(jià)(1)優(yōu)點(diǎn)：①保留了氨堿法的優(yōu)點(diǎn)，消退了它的缺點(diǎn)，使食鹽的利用率提高到96%。②可與合成氨廠聯(lián)合，使合成氨的原料氣CO轉(zhuǎn)化成CO2，即綜合利用了合成氨廠的CO2，革除了CaCO3制CO2這一工序。③革除了難以處理的CaCl2廢料，同時(shí)可生產(chǎn)出NH4Cl作氮肥。④節(jié)約了蒸氨塔、石灰窯等設(shè)備。(2)缺點(diǎn)：有時(shí)會(huì)發(fā)生氯化銨產(chǎn)品供過(guò)于求的狀況。[例2]我國(guó)化學(xué)家侯德榜改革國(guó)外的純堿生產(chǎn)工藝，探究出了一種生產(chǎn)純堿的方法，其生產(chǎn)流程可簡(jiǎn)要表示如下：(1)上述生產(chǎn)純堿的方法稱為_(kāi)_______，副產(chǎn)品的一種用途為_(kāi)_______________________________________________________________________。(2)沉淀池中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)寫(xiě)出上述流程中X物質(zhì)的分子式為_(kāi)_______。(4)使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上，主要是設(shè)計(jì)了________(填上述流程中的編號(hào))的循環(huán)，從沉淀池中取出沉淀的操作是________________________________________________________________________。(5)為檢驗(yàn)產(chǎn)品碳酸鈉中是否含有氯化鈉，可取少量試樣溶于水后，再滴加________________________________________________________________________。(6)向母液中通氨氣，加入細(xì)小食鹽顆粒，冷卻析出副產(chǎn)品，通氨氣的作用有________。a．增大NHeq\o\al(＋,4)的濃度，使NH4Cl更多地析出b．使NaHCO3更多地析出c．使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3提高析出NH4Cl的純度[解析]將NH3和CO2兩種氣體通入NaCl溶液后，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：NH3＋CO2＋H2O＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4ClNaHCO3溶解度較小，結(jié)晶析出；NH4Cl溶解度較大，留在母液中；溶液里還有未反應(yīng)的NaCl和未結(jié)晶的NaHCO3。從母液中提取NH4Cl后，含有NaCl和NaHCO3的溶液循環(huán)到沉淀池中再次利用，這樣就大大提高了氯化鈉的利用率。NaHCO3在煅燒爐中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O，生成的CO2循環(huán)到沉淀池中再次利用。含NH4Cl、NaHCO3、NaCl的母液中通入NH3后，發(fā)生反應(yīng)NH3＋H2ONH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－，這樣有利于NH4Cl的析出和NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3。[答案](1)侯氏制堿法(或聯(lián)合制堿法)用作農(nóng)作物的化肥(其他合理的答案亦可)(2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl(3)CO2(4)I過(guò)濾(5)硝酸酸化的硝酸銀溶液(6)ac2．純堿是一種重要的化工原料。目前制堿工業(yè)主要有“氨堿法”和“聯(lián)合制堿法”兩種工藝。下列說(shuō)法不正確的是()A．“聯(lián)合制堿法”是在“氨堿法”的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)革新的成果B．“聯(lián)合制堿法”和“氨堿法”所用的氨都取自合成氨廠C．“聯(lián)合制堿法”和“氨堿法”所用的CO2都來(lái)自石灰石的分解D．“聯(lián)合制堿法”的副產(chǎn)品是氯化銨，“氨堿法”的副產(chǎn)品是氯化鈣解析：“氨堿法”所用的CO2來(lái)自石灰石的分解；“聯(lián)合制堿法”將合成氨廠和制堿廠聯(lián)合進(jìn)行生產(chǎn)，利用合成氨廠制造氫氣時(shí)的副產(chǎn)品CO2作為制堿的原料。合成氨廠制造氫氣的主要化學(xué)反應(yīng)如下：C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋H2，CO＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(催化劑),\s\do5(高溫))CO2＋H2。答案：C授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第12頁(yè)1．我國(guó)聞名的化工專家侯德榜在20世紀(jì)20年頭所創(chuàng)立的“侯氏制堿法”譽(yù)滿全球?！昂钍现茐A法”中的堿是指下列物質(zhì)中的()A．NaOH B．K2CO3C．Na2CO3 D．NaHCO3解析：“侯氏制堿法”制得的是純堿，也叫蘇打，化學(xué)式為Na2CO3。答案：C2．1791年，法國(guó)醫(yī)生路布蘭首先獲得制堿專利，以食鹽、濃硫酸、石灰石、煤為原料制堿，該方法分三步：①用NaCl與H2SO4反應(yīng)制Na2SO4：2NaCl＋H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))Na2SO4＋2HCl↑②用焦炭還原Na2SO4制Na2S：Na2SO4＋4Ceq\o(=,\s\up7(煅燒))Na2S＋4CO↑③用硫化鈉與石灰石反應(yīng)制Na2CO3：Na2S＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(煅燒))Na2CO3＋CaS下列說(shuō)法正確的是()A．②③兩步都是氧化還原反應(yīng)B．只有第②步是氧化還原反應(yīng)C．該方法對(duì)生產(chǎn)設(shè)備基本沒(méi)有腐蝕D．該方法對(duì)環(huán)境污染較小解析：依據(jù)氧化還原反應(yīng)是有化合價(jià)改變的反應(yīng)可知，第②步是氧化還原反應(yīng)，故A錯(cuò)，B對(duì)；該生產(chǎn)中產(chǎn)生HCl，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備嚴(yán)峻酸蝕；第②步產(chǎn)生的CO是大氣污染物，故C、D錯(cuò)。答案：B3．1892年比利時(shí)人索爾維以NaCl、CO2、NH3、H2O為原料制得了純凈的Na2CO3，該法又稱氨堿法，其主要生產(chǎn)流程如下：下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是()A．從理論上看，循環(huán)生產(chǎn)時(shí)不須要再補(bǔ)充NH3B．從綠色化學(xué)原料的充分利用的角度看，該方法有兩個(gè)明顯的缺陷是：氯化鈉未能充分利用和產(chǎn)生CaCl2廢棄物C．將NH4Cl作為一種化工產(chǎn)品，不再生產(chǎn)NH3來(lái)循環(huán)運(yùn)用D．從理論上看，每再生產(chǎn)1molNa2CO3，再補(bǔ)充的物質(zhì)及其物質(zhì)的量分別是2molNaCl和1molCO2解析：本題屬于試驗(yàn)評(píng)價(jià)題。工業(yè)制堿的原理涉及反應(yīng)：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl,2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。索爾維法用生成的氯化銨制備氨氣，將氯化銨進(jìn)行了循環(huán)利用，所以從理論上講，是不須要補(bǔ)充氨的。但是在生產(chǎn)過(guò)程中NaCl母液被棄去，氯化銨制備氨氣生成了無(wú)用的氯化鈣，這兩點(diǎn)是索爾維法的缺陷。依據(jù)反應(yīng)關(guān)系式及原子守恒，從理論上看每生產(chǎn)1molNa2CO3,2NaCl＋2NH3＋2CO2～2NaHCO3～Na2CO3＋CO2，再補(bǔ)充的物質(zhì)及其物質(zhì)的量分別是2molNaCl和1molCO2。答案：C4．與氨堿法比較，下列關(guān)于聯(lián)合制堿法優(yōu)點(diǎn)的推斷中不正確的是()A．提高了原料的原子利用率 B．降低了生產(chǎn)成本C．削減了環(huán)境污染 D．減輕了對(duì)設(shè)備的腐蝕解析：由于聯(lián)合制堿法在生產(chǎn)過(guò)程中所需的氨和二氧化碳都是由合成氨廠供應(yīng)，從濾出碳酸氫鈉后所得的母液中可回收氯化銨，因此它提高了原料的原子利用率，降低了生產(chǎn)成本，因此A、B正確；由于不產(chǎn)生不能利用的氯化鈣，所以“削減了環(huán)境污染”，C正確；由于增加了物質(zhì)的循環(huán)利用，所以會(huì)加重“對(duì)設(shè)備的腐蝕”，D錯(cuò)誤。答案：D5．下圖表示的是侯氏制堿法工藝流程示意圖。請(qǐng)回答：(1)母液Ⅱ中所溶解的主要物質(zhì)是_____________________________________(寫(xiě)物質(zhì)的化學(xué)式)。母液Ⅱ中含有低濃度的Na2CO3，主要緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)向母液Ⅱ中通入氣體時(shí)要先通氨氣后通二氧化碳?xì)怏w，主要緣由是_______________