人教版高中化学选修2第5课时《纯碱的生产》word导学案.docx

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人教版高中化学选修2第5课时《纯碱的生产》word导学案

第5课时纯碱的生产

学案

【学习目标】

1.了解索尔维制碱法和侯氏制碱法的化学反应原理、主要原料和生产过程。

2.了解纯碱的丰要性质和用途。

3.了解纯碱生产对环境的影响及解决方法。

4.通过对索尔维制碱法和侯氏制碱法的对比，提高分析与解决问题的能力。

【重点难点】

掌握路布兰法——索尔维法——联合制碱法（侯氏制碱）的基本原理。

课前预习

【情景材料】《纯碱制造》一书于1933年在纽约列入美国化学会丛书出版。

这部化工巨著第一次彻底公开了索尔维法制碱的秘密，被世界各国化工界公认为制碱工业的权威专著，同时被相继译成多种文字出版，对世界制碱工业的发展起了重要作用。

美国的威尔逊教授称这本书是“中国化学家对世界文明所作的重大贡献”。

侯先生奉献了毕生的精力制备纯碱——碳酸钠，为什么要制备碳酸钠？

它到底有什么重要用途呢？

那现代工业上是怎样制备的呢？

【预习内容】

根据教材有关内容填写下列空白：

一、纯碱及其用途

碳酸钠的俗名叫，可用来制、、、

和，碳酸钠作为原料可用来生产的化合物，还大量应用于中，我国素有“”之称。

二、路布兰制碱法

1．原料：

、、、。

2．生产原理

路布兰制碱法的生产原理用化学反应方程式表示为：

（1）生成Na2SO4：

。

（2）生成Na2CO3：

。

（3）缺点：

路布兰制碱法生产纯碱具有，、等缺点。

三、氨碱法生产纯碱

1.原料

氨碱法是以和为原料生产碳酸钠的过程，但因二者不能自发进行反应，故而实际上，索尔维发明的氨碱法是以、和为原料，通过一系列反应来生产碳酸钠。

2.生产原理

氨碱法是由比利时人发明的，所以也称为法，其生产原理用化学方程式表示为：

，，。

四、联合制碱法

1.原料

联合制碱法，即将与联合生产的改进工艺，原料为、和，其中和来自于合成氨。

2.反应原理

联合制碱法的主要化学反应方程式是：

，

。

预习内容答案

一、纯碱玻璃、制皂、造纸、纺织漂染钠口碱

二、硫酸食盐木炭石灰石

NaCl＋H2SO4

NaHSO4＋HCl↑

NaCl＋NaHSO4

Na2SO4＋HCl↑

Na2SO4＋2C

Na2S＋2CO2↑

Na2S＋CaCO3

Na2CO3＋CaS

原料利用不充分较成本较高设备腐蚀严重

三.索尔维索尔维制碱

NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3

NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl

2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

四、氨碱合成氯化氨二氧化碳氨二氧化碳

NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl

2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

堂中互动

【问题探究1】从天然碱的形成推测碳酸钠在水中结晶析出主要受到哪些因素的影响？

【教师点拨】关键从影响物质在水中的溶解度因素出发。

分析解答:

天然碱的生产主要是利用碳酸钠从水溶液中结晶析出，因此，根据固体物质在水中溶解度的影响因素，改变温度、结晶水合物的组成以及溶剂水的质量等因素，可以改变碳酸钠在水中的溶解情况，提高结晶析出的速率和质量（纯度）。

【即学即练1】向饱和Na2CO3溶液中通入足量CO2，结果有晶体析出，对析出晶体的原因分析不正确的是（　　）

A.相同温度下，Na2CO3的溶解度大于NaHCO3B.溶液中溶剂减少了

C.溶质质量增加了D.反应过程放热

1.D【解析】本题考查的是Na2CO3与CO2反应的知识，根据反应方程式Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3可以得出：

通过反应，溶剂质量减少，溶质质量增加，由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3，因此有NaHCO3晶体析出。

【问题探究2】索尔维法制碱生产的主要过程可划分为哪几个阶段？

索尔维法制碱的工艺流程是怎样的？

氨碱法有何优、缺点？

【教师点拨】关键要求学生从课本中找信息点，将信息转化成化学用语。

分析解答：

盐水的精制→盐水氨化→氨盐水碳酸化→碳酸氢钠的转化→氨的循环

优点：

氨碱法生产纯碱具有原料（食盐和石灰石）便宜易得、产品纯度高、氨和部分二氧化碳可循环使用、制造步骤简单、生产过程连续且规模大等。

缺点：

大量CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70%，约30%的NaCl留在母液中。

【即学即练2】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.索尔维法的缺点是盐利用率只有70%，生成的CaCl2难处理

2.AD【解析】索尔维制碱法又叫氨碱法，主要原料有食盐、氨和CO2；反应的原理为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，而NH3与CO2为1∶1时才能生成NaHCO3，但CO2在水中溶解度小，先通入CO2，CO2溶解度小，再通入NH3时，NH3过量而CO2太少；析出NaHCO3后母液中仍有NaHCO3、NaCl、NH4Cl；加入石灰后回收NH3，但生成的CaCl2吸水性强，呈黏稠状无法处理。

【问题探究3】联合制碱法的主要生产过程有哪些？

侯氏制碱法的工艺流程是怎样的？

侯氏制碱法比索尔维制碱法有何优越性？

【教师点拨】关键要求学生从课本中找信息点，将信息转化成化学用语。

分析解答：

联合制碱法：

盐水精制→盐水氨化→氨盐水碳酸化→制Na2CO3回收CO2→循环制NH4Cl。

保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高到96%；NH4Cl可作氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，革除了CaCO3制CO2这一工序。

【即学即练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”和“氨碱法”的化学反应原理中都有下列化学反应

NH3＋CO2＋＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl

2NaHCO3

Na2CO3＋H2O＋CO2↑

B.“联合制碱法”生产中有氨的循环利用工艺

C.“氨碱法”生产中有氨的循环利用工艺

D.“联合制碱法”和“氨碱法”都有一定的局限性

3.B【解析】“氨碱法”将NH4Cl和Ca（OH）2再反应，使NH3循环利用；“联合制碱法”是制得纯碱和副产品氯化铵。

练案

A组（课堂反馈满分50分）

一、选择题（每小题5分，共35分）

1.在下列科学家中，为我国的化学工业做出重大贡献的是（　　）

A．邓稼先　　　　B．李四光C．华罗庚D．侯德榜

1.D【解析】这四位都是我国在世界上享有盛誉的著名科学家，邓稼先是核物理学家；李四光是地质学家；华罗庚是数学家；侯德榜是化工学家。

2.下列物质的用途中不正确的是（　　）

A.小苏打：

制糕点B．小苏打：

发酵粉主要成分

C．过氧化钠：

制O2D．烧碱：

治疗胃酸

2.D【解析】小苏打是NaHCO3的俗名，它可用于制糕点、作发酵粉以及治疗胃酸过多等。

2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，可用Na2O2来制O2。

3.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

3.D【解析】侯氏联合制碱法是将合成氨工业和制碱工业联合起来，保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高到96%；NH4Cl可作氮肥，避免了生成大量无用的CaCl2；同时可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，革除了CaCO3制CO2这一工序，降低了生产成本，减少了对环境的污染。

4.1791年，法国医生路布兰首先获得制碱专利，以食盐、浓硫酸、石灰石、煤为原料制碱，该方法分三步：

①用NaCl与H2SO4反应制Na2SO4：

2NaCl＋H2SO4

Na2SO4＋2HCl↑

②用焦炭还原Na2SO4制Na2S：

Na2SO4＋4C

Na2S＋4CO↑

③用硫化钠与石灰石反应制Na2CO3：

Na2S＋CaCO3

Na2CO3＋CaS

下列说法正确的是（　　）

A.②③两步都是氧化还原反应B.只有第②步是氧化还原反应

C.该方法对生产设备基本没有腐蚀D.该方法对环境污染较小

4.B【解析】依据氧化还原反应是有化合价变化的反应可知，第②步是氧化还原反应，故A错，B对；该生产中产生HCl，对生产设备严重酸蚀；第②步产生的CO是大气污染物，故C、D错。

5.根据课本的介绍，下列工业生产过程中不需要使用氨水或氨气的是（）

A.硫酸的工业制法B.石油的催化裂化C.硝酸的工业制法D.联合制碱工业

5.B【解析】工业上用氨水来吸收制备硫酸尾气中的二氧化硫，选项A对；选项B中，不需要使用氨气或氨水，选项B对；选项C中，氨气是工业上制备硝酸的原料之一，选项C错；选项D中，氨气是联合制碱中的反应物，选项D错；正确答案为B。

6.工业上常用氨碱法制取碳酸钠（将氨和二氧化碳先后通入饱和食盐水而析出小苏打，再经过滤、煅烧而得到纯碱），但却不能用氨碱法制碳酸钾，这是因为在溶液中（　　）

A．KHCO3溶解度较大B．KHCO3溶解度较小

C．K2CO3溶解度较大D．K2CO3溶解度较小

6.A【解析】氨碱法制取Na2CO3的原理是，在精制的食盐水中分别通入NH3、CO2，由于NaHCO3溶解度不大，当Na＋，HCO3－浓度较大时便析出NaHCO3晶体，将过滤得到的NaHCO3煅烧得Na2CO3，反应的方程式为：

NH3＋H2O＋CO2===NH4＋（aq）＋HCO3－（aq），Na＋（aq）＋HCO3－（aq）===NaHCO3（s），2NaHCO3

Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑。

由于KHCO3溶解度较大，无法从溶液中析出，故无法利用氨碱法制取K2CO3。

7.1892年比利时人索尔维以NaCl、CO2、NH3、H2O为原料制得了纯净的Na2CO3，该法又称氨碱法，其主要生产流程如下：

下列有关说法不正确的是（　　）

A.从理论上看，循环生产时不需要再补充NH3

B.从绿色化学原料的充分利用的角度看，该方法有两个明显的缺陷是：

氯化钠未能充分利用和产生CaCl2废弃物

C.将NH4Cl作为一种化工产品，不再生产NH3来循环使用

D.从理论上看，每再生产1molNa2CO3，再补充的物质及其物质的量分别是补充2molNaCl和1molCO2

7.C【解析】本题属于实验评价题。

工业制碱的原理涉及反应：

NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3＋NH4Cl,2NaHCO3=Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。

索尔维法用生成的氯化铵制备氨气，将氯化铵进行了循环利用，所以从理论上讲，是不需要补充氨的。

但是在生产过程中NaCl母液被弃去，氯化铵制备氨气生成了无用的氯化钙，这两点是索尔维法的缺陷。

根据反应关系式及原子守恒，从理论上看每生产1molNa2CO3,2NaCl＋2NH3＋2CO2～2NaHCO3～Na2CO3＋CO2，再补充的物质及其物质的量分别是2molNaCl和1molCO2。

二、填空题（共15分）

8.（6分）根据氨碱法的原理，首先配置氨化饱和食盐水，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：