課時(shí)12-工業(yè)制堿-索爾維制堿法和侯氏制堿法(精講)(人教2019必修第一冊(cè))

第二章海水中的重要元素——鈉和氯第一節(jié)鈉及其化合物課時(shí)12工業(yè)制堿—索爾維制堿法和侯氏制堿法【目標(biāo)導(dǎo)航】1．了解工業(yè)制堿的兩種原理。3．：通過(guò)對(duì)于侯氏制堿法的分析，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任。3．通過(guò)對(duì)工業(yè)制堿原理的學(xué)習(xí)，能理解掌握化學(xué)知識(shí)在社會(huì)生活中的重要作用。一、索爾維制堿法氨堿法(又稱索爾維法)，是比利時(shí)工程師蘇爾維(1838～1922)于1892年發(fā)明的純堿制法。索爾維以食鹽(氯化鈉)、石灰石(經(jīng)煅燒生成生石灰和二氧化碳)、氨氣為原料來(lái)制取純堿。先使氨氣通入飽和食鹽水中而成氨鹽水，再通入二氧化碳生成溶解度較小的碳酸氫鈉沉淀和氯化銨溶液。其工業(yè)生產(chǎn)的簡(jiǎn)單流程如圖所示：二、侯氏制堿法侯氏制堿法又稱聯(lián)合制堿法，是我國(guó)化學(xué)工程專家侯德榜于1943年創(chuàng)立的，其工業(yè)生產(chǎn)的簡(jiǎn)單流程表示如下：其中需要注意：(1)先在冷卻的條件下將氨氣通入到飽和食鹽水中，再通入CO2。(2)主要反應(yīng)原理：NH3＋H2O＋CO2＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl、2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O(X即為CO2，可以循環(huán)利用)。(3)循環(huán)Ⅰ的設(shè)計(jì)使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上。(4)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：增大NHeq\o\al(＋,4)的濃度，使NH4Cl更多地析出、使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3，提高析出的NH4Cl純度?？键c(diǎn)一索爾維制堿法【例1】碳酸鈉的用途很廣，可用做冶金、紡織、漂染等工業(yè)的基本原料．請(qǐng)根據(jù)題意回答下列問(wèn)題：Ⅰ．世界最早工業(yè)生產(chǎn)碳酸鈉的方法是路布蘭法．其流程如下：(1)流程I的另一產(chǎn)物是______，流程Ⅱ的反應(yīng)分步進(jìn)行：a．Na2SO4+4C

Na2S+4CO↑；b．Na2S與石灰石發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，總反應(yīng)方程式可表示為_(kāi)_____．Ⅱ．1862年，比利時(shí)人索爾維

用氨堿法生產(chǎn)碳酸鈉．反應(yīng)原理如下：時(shí)一些物質(zhì)在水中的溶解度NaClNH4ClNaHCO3NH4HCO3NaHCO3(2)氨堿法生成純堿的原料是______，可循環(huán)利用的物質(zhì)有______．(3)飽和NaCl溶液通NH3和CO2能生成NaHCO3的原因有：______．【答案】(1)HClNa2SO4+4C+CaCO3

Na2CO3+CaS+4CO↑(2)食鹽、石灰石、NH3CaO、CO2、NH4Cl、NH3(3)反應(yīng)體系中NaHCO3溶解度最小，反應(yīng)消耗水，NaHCO3相對(duì)分子質(zhì)量最大【解析】Ⅰ．路布蘭法是利用食鹽晶體和濃硫酸在高溫下反應(yīng)生成硫酸鈉和氯化氫，再利用C與石灰石和硫酸鈉高溫加熱生成碳酸鈉；(1)流程Ⅰ利用高沸點(diǎn)酸制揮發(fā)性酸原理，氯化鈉與濃硫酸混合加熱，生成硫酸鈉和氯化氫；Na2SO4+4C

Na2S+4CO↑；b．Na2S與石灰石發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na2S+CaCO3

Na2CO3+CaS，將兩方程式相加即可得到總反應(yīng)式Na2SO4+4C+CaCO3

Na2CO3+CaS+4CO↑.Ⅱ．索爾維用氨堿法生產(chǎn)碳酸鈉，反應(yīng)原理為利用氨化飽和的NaCl與CO2反應(yīng)得到NaHCO3，將碳酸氫鈉分解即可得到純堿碳酸鈉；(2)索爾維用食鹽、水、氨氣和CO2反應(yīng)制備碳酸氫鈉，其中可利用石灰石(CaCO3)分解得到CO2；碳酸氫鈉分解純堿，同時(shí)得到CO2，另外副產(chǎn)品氯化銨晶體分解能生成氨氣，兩種氣體均可循環(huán)利用，根據(jù)轉(zhuǎn)化線路石灰石(CaCO3)分解得到氧化鈣和CO2，生成的氯化銨可以與氫氧化鈣反應(yīng)，CaO、NH4Cl也可循環(huán)使用；(3)因相同溫度下，碳酸氫鈉的溶解度明顯小于碳酸鈉，則飽和NaCl溶液通NH3和CO2只能生成NaHCO3；同時(shí)反應(yīng)消耗水，利于析出晶體碳酸氫鈉。【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】1861年比利時(shí)人索爾維以食鹽、石灰石和氨為原料制得了碳酸鈉，這種方法叫做氨堿法，也叫索爾維制堿法，其工藝流程如圖所示。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)向氨鹽水中通入CO2時(shí)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)__________。(2)操作Ⅰ的名稱是___________。(3)廢液中含有的溶質(zhì)是___________(填化學(xué)式)。(4)流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是___________(填化學(xué)式)。(5)列舉純堿的一種用途___________。【答案】(1)NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl(2)過(guò)濾(3)NaCl、CaCl2(4)NH3、CO2(5)熱堿洗油污、造紙、制皂、生產(chǎn)玻璃【解析】根據(jù)流程圖分析可知，向飽和食鹽水中通入氨水形成氨鹽水，石灰石高溫煅燒生成CaO和CO2，CO2通入氨鹽水中發(fā)生反應(yīng)NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl，過(guò)濾后得到NaHCO3的沉淀和含有NH4Cl、NaCl的溶液，再將生石灰與水反應(yīng)得到的石灰乳通入含有NH4Cl、NaCl的溶液中，得到氨氣和含NaCl、CaCl2的廢液，NaHCO3的沉淀經(jīng)加熱發(fā)生反應(yīng)2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O，得到產(chǎn)品。(1)向氨鹽水中通入CO2時(shí)，生成NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液，反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl；(2)操作I是將NaHCO3沉淀和NH4Cl與NaCl的混合溶液分離，操作名稱是過(guò)濾；(3)根據(jù)上述分析可知廢液中含有的溶質(zhì)是NaCl、CaCl2；(4)流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是NH3、CO2；(5)純堿的用途非常廣泛，熱堿可以洗掉油污、純堿也是造紙、制皂、生產(chǎn)玻璃等的工業(yè)原料?？键c(diǎn)二侯氏制堿法【例2】我國(guó)化學(xué)家侯德榜(如圖)改進(jìn)國(guó)外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡(jiǎn)要表示如圖：該生產(chǎn)純堿的方法稱聯(lián)合制堿法，也稱侯式制堿法聯(lián)合制堿法，在制得純堿的同時(shí)，還可得到一種副產(chǎn)品。(1)上述沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是_______，實(shí)驗(yàn)室分離出沉淀的操作是_______。(2)寫(xiě)出上述流程中X物質(zhì)的分子式_______。(3)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_______的循環(huán)(填上述流程中的編號(hào)1、2)。(4)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，還需要的試劑有_______。(5)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NH4+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，提高析出的NH4Cl純度【答案】(1)NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓過(guò)濾(2)CO2(3)循環(huán)1(4)稀硝酸和硝酸銀溶液(5)AC【解析】(1)在沉淀池中，飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳，析出碳酸氫鈉晶體，反應(yīng)方程式為：NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓，分離出沉淀的方法是過(guò)濾，過(guò)濾是將固體不溶物跟液體物質(zhì)分離的一種方法；(2)碳酸氫鈉不穩(wěn)定，受熱分解生成Na2CO3、CO2和H2O，可將CO2通入沉淀中加以循環(huán)利用，故X為CO2；(3)循環(huán)1是將未反應(yīng)的氯化鈉返回沉淀池中，使NaCl加以充分利用；(4)檢驗(yàn)產(chǎn)品碳酸鈉中是否含有氯化鈉即檢驗(yàn)溶液中是否含氯離子，可以先向溶液中加入稀硝酸酸化，使Na2CO3發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為NaNO3，再加入硝酸銀溶液，若觀察到反應(yīng)產(chǎn)生白色沉淀，則說(shuō)明有氯化鈉存在；(5)A項(xiàng)，氨氣溶于水后生成氨水，氨水電離成銨根，增大銨根的濃度有利于氯化銨從溶液中析出來(lái)，故A正確；B項(xiàng)，通入氨氣使溶液堿性增強(qiáng)，使碳酸氫鈉轉(zhuǎn)換為溶解度較大的碳酸鈉，不利于NaHCO3更多地析出，故B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，通入氨氣使溶液堿性增強(qiáng)，使碳酸氫鈉轉(zhuǎn)換為溶解度較大的碳酸鈉，可以提高氯化銨的純度，C正確；故選AC?！緦?duì)點(diǎn)訓(xùn)練2】我國(guó)化學(xué)家侯德榜改革國(guó)外的純堿生產(chǎn)工藝，創(chuàng)造了侯德榜制堿法又叫聯(lián)堿法，該法是將合成氨工廠生產(chǎn)的NH3及副產(chǎn)品CO2，再與飽和食鹽水反應(yīng).(1)該法與氨堿法比大大提高了原料利用率，主要表現(xiàn)在_______。(2)碳酸氫鈉分解產(chǎn)生的二氧化碳可循環(huán)使用，但必須要補(bǔ)充，補(bǔ)充的主要原因是_________，但實(shí)際生產(chǎn)中補(bǔ)充量超過(guò)理論上反應(yīng)耗用量，可能的原因是______。(3)氨堿法需補(bǔ)充的二氧化碳一定來(lái)自_________。那么聯(lián)合制堿需補(bǔ)充的二氧化碳可能來(lái)自__________。(4)侯德榜法在濾去碳酸氫鈉的母液中通氨氣并加入細(xì)小食鹽顆粒，冷卻析出副產(chǎn)品，通氨氣的作用____?！敬鸢浮?1)母液循環(huán)I提高了NaCl的利用率(2)生產(chǎn)過(guò)程中CO2有一半轉(zhuǎn)化成碳酸根被產(chǎn)品碳酸鈉所帶走(碳酸根來(lái)自CO2)，所以要補(bǔ)充在生產(chǎn)過(guò)程中還有損耗(2)碳酸鈣的分解合成氨生產(chǎn)中用水煤氣法制原料氫氣時(shí)的副產(chǎn)品(4)增大NH4+的濃度，使NH4Cl更多地析出；使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3，提高析出的NH4Cl純度【解析】(1)對(duì)比該法與氨堿法可以發(fā)現(xiàn)侯德榜