高中化学第一单元走进化学工业13纯碱的生产学案新人教版选修2.docx

高中化学第一单元走进化学工业13纯碱的生产学案新人教版选修2.docx

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高中化学第一单元走进化学工业13纯碱的生产学案新人教版选修2

课题3纯碱的生产

氨碱法生产纯碱

[自读教材·夯基础]

（1）氨碱法也称索尔维制碱法。

（2）原料：

食盐、氨和二氧化碳。

（3）生产过程：

①生成碳酸氢钠和氯化铵：

将二氧化碳通入含氨的饱和食盐溶液中，反应的化学方程式为NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3，

NH4HCO3＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl。

②制取碳酸钠：

化学方程式为2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。

母液中的NH4Cl加石灰乳可回收氨，以便循环使用。

化学方程式为2NH4Cl＋Ca（OH）2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。

（4）优缺点：

①优点：

原料便宜易得，产品纯度高，氨和部分二氧化碳可以循环使用，步骤简单。

②缺点：

食盐利用率低，只有70%；产生了当时认为无用的氯化钙。

[跟随名师·解疑难]

（1）氨碱法制纯碱时，应先向饱和食盐水中通氨气，后通二氧化碳气体。

因为氨气在饱和食盐水中的溶解度很大，二氧化碳在饱和食盐水中的溶解度较小。

（2）氨的作用：

氨跟水发生反应使溶液显碱性：

NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，OH－与H＋反应生成H2O而减小了H＋的浓度，从而使CO2＋H2OH2CO3HCO＋H＋的平衡状态向右移动，增大了二氧化碳的溶解量和HCO的浓度，因此Na＋可以与大量的HCO结合生成NaHCO3沉淀。

[剖析典例·探技法]

[例1]　根据氨碱法的原理，首先配制氨化饱和食盐水，即向饱和食盐水中加入氨水（体积比1∶1）并充分搅拌；再将二氧化碳通入氨化饱和食盐水中，控制一定的温度，直至有碳酸氢钠析出。

请回答下列问题：

（1）用化学方程式分别表示出氨和二氧化碳在水中产生NH、HCO的原理________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）向饱和食盐水中加入氨水和通入二氧化碳的先后顺序是先加氨水后通二氧化碳。

是否可以先通二氧化碳后加氨水？

为什么？

___________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）写出氨碱法生成碳酸氢钠的化学方程式：

__________________________________

________________________________________________________________________。

[名师解析]　在通常状况下，氨在水中的溶解度近700体积，二氧化碳在水中的溶解度仅约1体积。

所以应先向饱和食盐水中通入NH3，然后再通CO2，这样会使溶液里HCO的浓度增大。

[答案]　

（1）NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－或（NH3＋H2ONH＋OH－）；CO2＋H2OH2CO3HCO＋H＋（或CO2＋H2OHCO＋H＋）

（2）不可以。

在常温下，氨在饱和食盐水中的溶解度很大，二氧化碳在饱和食盐水中的溶解度较小。

若先通二氧化碳后加氨水，溶液里只能产生很小浓度的HCO，不利于生成NaHCO3沉淀

（3）NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl

[名师点睛]　氨碱法生产纯碱的主要过程

（1）食盐水的精制：

①高温锻烧CaCO3：

CaCO3CaO＋CO2↑。

②CaO溶于水得石灰乳：

CaO＋H2O===Ca（OH）2。

③在配制的饱和食盐水中加入石灰乳和纯碱，以除去食盐水中的Mg2＋和Ca2＋。

（2）食盐水氨化：

在精制食盐水中通入氨气制成氨盐水。

（3）氨盐水碳酸化：

使氨盐水吸收CO2，生成NaHCO3和NH4Cl。

（4）碳酸氢钠的转化：

滤出碳酸氢钠后煅烧得纯碱，同时回收近一半的CO2再利用。

（5）氨的循环：

将NH4Cl加石灰乳加热，回收氨循环利用。

联合制碱法

[自读教材·夯基础]

1．联合制碱法

将氨碱法与合成氨联合生产纯碱和氯化铵的方法，又称侯氏制碱法。

2．生产过程

（1）生成碳酸氢钠和氯化铵：

将原料Ⅰ（精制食盐水）与原料Ⅱ（来自合成氨的NH3和CO2）反应，化学方程式为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。

（2）制取碳酸钠，化学方程式为2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。

3．优点

（1）生产过程中所需NH3和CO2由合成氨厂提供。

（2）从滤出NaHCO3的母液中可回收NH4Cl。

（3）NaCl的利用率提高到96%以上。

[跟随名师·解疑难]

饱和NaCl溶液和NH4HCO3溶液混合产生沉淀的原因：

NaCl溶于水电离出Na＋、Cl－，NH4HCO3溶于水电离

出NH、HCO。

在溶液中Na＋、Cl－、NH、HCO有四种组合方式：

NaCl、NH4Cl、NaHCO3、NH4HCO3，其中NaCl、NH4Cl和NH4HCO3的溶解度较大，而NaHCO3的溶解度较小，所以NaHCO3优先结晶析出。

[剖析典例·探技法]

[例2]　侯氏制碱法的步骤如下：

试回答下列问题：

（1）若上述的悬浊液是NaHCO3和NH4Cl的混合液，则Ⅰ和Ⅱ的总反应的化学方程式为________________________。

（2）由这一反应可知NaCl比NaHCO3溶解度________。

（3）Ⅲ的操作叫_________________________________________________________。

（4）Ⅳ的操作叫__________________________________________________________。

[名师解析]　

（1）从生成物是NaHCO3和NH4Cl，反应物是食盐水、NH3和CO2可写出Ⅰ、Ⅱ的总反应的化学方程式：

NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。

（2）因为NaCl的溶解度比NaHCO3的大，所以在饱和NaCl溶液中才会析出NaHCO3。

（3）先将NaHCO3从悬浊液中过滤出来，然后再进行煅烧得到Na2CO3。

[答案]　

（1）NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl

（2）大　（3）过滤　（4）煅烧

[名师点睛]

联合制碱法利用合成氨生产中的氨和二氧化碳，生产过程中回收氯化铵，没有像氨碱法那样引入碳酸钙后产生氯化钙而无法合理地回收利用，侯氏制碱法的优点在于综合利用了合成氨生产中的物料，提高了氯化钠的利用率，减少了环境污染，从绿色化学角度看，更加符合现代化工生产的设计要求。

1．氨碱法生产原理示意图

2．联合制碱法生产原理示意图

多数金属碳酸盐的溶解度小于其碳酸氢盐的溶解度，如CaCO3难溶，而Ca（HCO3）2可溶等，而Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度是一个特例。

1．在制小苏打（NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NH4Cl＋NaHCO3↓）的操作中，应在饱和食盐水中（　　）

A．先通入CO2，达到饱和后再通入NH3

B．先通入NH3，达到饱和后再通入CO2

C．CO2和NH3同时通入

D．以上三种方法都行

解析：

CO2在NaCl溶液中溶解度小，先通NH3后溶液呈碱性，能溶解大量的CO2，生成大量的HCO，从而析出大量的NaHCO3晶体，顺序不能颠倒，否则无NaHCO3析出。

答案：

B

2．与氨碱法比较，下列关于联合制碱法优点的判断中不正确的是（　　）

A．提高了原料的利用率　　B．降低了生产成本

C．减少了环境污染D．减轻了对设备的腐蚀

解析：

与氨碱法比较，联合制碱法的副产物少，提高了原料的利用率、降低了生产成本，而且减少了CO2的排放。

答案：

D

3．纯碱是一种重要的化工原料。

目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺。

下列说法不正确的是（　　）

A．“联合制碱法”是在“氨碱法”的基础上进行技术革新的成果

B．“联合制碱法”和“氨碱法”所用的氨都取自合成氨厂

C．“联合制碱法”和“氨碱法”所用的CO2都来自石灰石的分解

D．“联合制碱法”的副产品是氯化铵，“氨碱法”的副产品是氯化钙

解析：

“氨碱法”所用的CO2来自石灰石的分解；“联合制碱法”将合成氨厂和制碱厂联合进行生产，利用合成氨厂制造氢气时的副产品CO2作为制碱的原料。

合成氨厂制造氢气的主要化学反应如下：

C＋H2OCO＋H2

CO＋H2OCO2＋H2

答案：

C

4．[双选题]以下关于索尔维制碱法的描述正确的是（　　）

A．使用的原料为食盐、CO2、氨

B．精制盐水后应先通入CO2再通入过量的NH3

C．析出NaHCO3后的母液中已无NaCl，只有NH4Cl

D．索尔维法的缺点是食盐利用率只有70%，生成的CaCl2难处理

解析：

氨碱法是以食盐、CO2、NH3为原料，先将NH3通入饱和食盐水，再通入CO2，析出NaHCO3后的母液中有NH4Cl和NaCl，用Ca（OH）2处理后的废水中含NaCl和CaCl2，因此NaCl利用率低。

答案：

AD

5．（上海高考）工业生产纯碱的工艺流程示意图如下：

完成下列填空：

（1）粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质（沉淀剂A来源于石灰窑厂），写出A、B的化学式：

A______________，B______________。

（2）实验室提纯粗盐的实验操作依次为：

取样、________、沉淀、________、________、冷却结晶、________、烘干。

（3）工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是________________。

碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因是________________________。

（4）碳酸化后过滤、滤液D最主要的成分是____________（填写化学式），检验这一成分的阴离子的具体方法是：

________________________________________________________________________。

（5）氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D加入石灰水产生氨。

加石灰水后所发生的反应的离子方程式为____________________________________，滤液D加石灰水前先要加热，原因是_______________________________________________________________。

（6）产品纯碱中含有碳酸氢钠。

如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为________________________________________。

（注明你的表达式中所用的有关符号的含义）

解析：

石灰窑厂生产生石灰CaO，而要除去Ca2＋应选用CO，故A可能是Ca（OH）2或CaO，B是Na2CO3，在提纯过程中，操作依次为取样、溶解、沉淀、过滤、蒸发、冷却结晶后再过滤，最后烘干。

在生产工艺中碳酸化就是将CO全部生成HCO，利用NaHCO3的溶解度小，会从水溶液中首先析出，所以碳酸化时产生的现象是出现浑浊。

溶液析出NaHCO3固体后，滤液D中有NH4Cl和少量的NaHCO3，要检验NH4Cl中的Cl－，先用HNO3酸化，再加入AgNO3溶液，有AgCl白色沉淀产生。

在溶液D中加石灰水，目的要生成氨，若不先加热，会使OH－先与HCO反应，有CaCO3沉淀产生，故加石灰水前先加热，然后用OH－