【人教版】2017版选修2化学：1.3《纯碱的生产》示范学案(含答案).doc

课题3 纯碱的生产1理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了解纯碱的重要性质和用途。在中国化学工业史上，有一位杰出的科学家，他为祖国的化工事业奋斗终生，并以独创的制碱工艺联合制碱法闻名于世界，他就像一块坚硬的基石，托起了中国现代化学工业的大厦，这位先驱者就是被称为“国宝”的侯德榜。思考：什么是联合制碱法呢？答案：将氨碱法和合成氨两种工艺联合起来，同时生成纯碱和氯化铵两种产品的方法。一、纯碱的存在与用途1纯碱的存在_，俗名纯碱，在自然界中存在相当广泛。生长于_和_附近的植物中含有碳酸钠。大量的碳酸钠主要来自于地表_，由湖水可得到天然碱。2纯碱的用途很多工业都要用到碳酸钠，如_、_、_、_和漂染等。碳酸钠作为原料还可以用于生产其他含_的化合物；碳酸钠也被大量地应用于生活中。自主思考：从天然碱的形成推测Na2CO3在水中结晶析出主要受到哪些因素的影响？根据天然碱的存在及其主要化学成分，请你设想工业生产Na2CO3的主要原料是什么？为什么二、氨碱法生产纯碱氨碱法也称_，其原料是_、_和_。1生成碳酸氢钠和氯化铵化学方程式为_；_。2制取碳酸钠化学方程式为_。自主思考：氨碱法的生产流程中，有哪些物质参与循环利用？三、联合制碱法联合制碱法是将_与_联合生产纯碱和氯化铵的方法，它是由我国化工专家侯德榜研究成功的，故也称侯氏制碱法。(1)生成碳酸氢钠和氯化铵。将原料(精制食盐水)与原料(来自合成氨的NH3和CO2)反应，化学方程式为_。(2)制取碳酸钠，化学方程式为_。答案:1.碳酸钠 盐碱地 海岸 碱湖2玻璃 制皂 造纸 纺织 钠自主思考提示：根据固体物质在水中溶解度的影响因素，温度、结晶水合物的组成及溶剂的质量等因素影响Na2CO3在水中的结晶析出。Na2CO3含有Na和。由Na可推知，原料之一是自然界中大量存在且最常见的NaCl。由可推知，原料之二是CO2或能够产生CO2的碳酸盐，而NaCl溶液呈中性，Na2CO3溶液呈碱性，因此可选用CaCO3提供CO2。二、索尔维制碱法 食盐 氨 二氧化碳1NH3CO2H2O=NH4HCO3 NaClNH4HCO3=NaHCO3NH4Cl22NaHCO3Na2CO3CO2H2O自主思考提示：氯化铵与石灰乳反应，生成的NH3参与循环利用；二氧化碳参与循环利用。三、氨碱法 合成氨(1)NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl(2)2NaHCO3 Na2CO3CO2H2O一、氨碱法生产纯碱1氨碱法生产纯碱的主要过程(1)食盐水的精制：高温煅烧CaCO3：CaCO3 CaOCO2。CaO溶于水得石灰乳：CaOH2O=Ca(OH)2。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：NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl。(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。2NaHCO3 Na2CO3H2OCO2(5)氨的循环：将NH4Cl加石灰乳加热，回收氨循环利用。2NH4ClCa(OH)22NH3CaCl22H2O2饱和NaCl溶液和NaHCO3溶液混合产生白色沉淀的原因20 时一些物质在水中的溶解度(g)氯化钠氯化铵碳酸钠碳酸氢钠碳酸氢铵35.937.221.59.621.7NaCl和NH4HCO3都是可溶性的强电解质，在水溶液里发生电离：NaCl=NaCl，NH4HCO3=NHHCO。从离子在电解质溶液里“阴阳结合、自由对应”规律的方面来说，Na、Cl、NH、HCO四种离子可对应出NaCl、NH4HCO3、NaHCO3、NH4Cl四种物质。其中，NaCl、NH4HCO3和NH4Cl的溶解度较大，NaHCO3的溶解度较小，所以，Na跟HCO反应生成了NaHCO3沉淀。3氨碱法中加入氨的主要作用饱和NaCl溶液中Na的物质的量浓度较大。二氧化碳在水中产生HCO的化学原理：CO2H2OH2CO3HCOH二氧化碳的溶解度较小，化学反应和电离又是可逆的且向右进行的程度小，所以向饱和NaCl溶液中通入二氧化碳后仅能产生很小物质的量浓度的HCO。NaHCO3在水中不是不溶仅是溶解度较小。因此，向饱和NaCl溶液中通入二氧化碳气体不能生成NaHCO3沉淀。氨跟水发生反应使溶液显碱性：NH3H2ONH3H2ONHOHOH与H反应生成H2O而减小了H的浓度，从而使CO2H2OH2CO3HCOH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与HCO结合能生成NaHCO3沉淀。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。二、联合制碱法和索尔维制碱法的比较联合制碱法索尔维制碱法化学反应NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl2NaHCO3Na2CO3CO2H2ONaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl2NH4ClCa(OH)22NH3CaCl22H2O2NaHCO3Na2CO3CO2H2O主要原料食盐、氨、二氧化碳、水食盐、氨(来自炼焦厂)、二氧化碳(来自碳酸钙)、水主要生产过程将精制食盐水经氨化、碳酸化反应生成碳酸氢钠。过滤出碳酸氢钠，将碳酸氢钠煅烧制得纯碱，滤液(称为母液)用于制氯化铵。使母液吸氨、降温并加食盐粉，使氯化铵逐步从母液中结晶析出，再经过滤(滤液称为母液)、干燥制得氯化铵产品。再将母液进行氨化、碳酸化制成纯碱盐水的精制；盐水氨化；碳酸氢钠的转化和二氧化碳的循环；氨的循环主要优点生产过程中所需要的氨和二氧化碳都是由合成氨厂提供的，从滤出碳酸氢钠后所得到的母液中可回收氯化铵，因此，它保留了氨碱法的优点，克服了它的缺点，使氯化钠的利用率提高到了96%以上。联合制碱法既体现了大规模联合生产的优越性，也是综合利用原料、降低成本、减少环境污染的典型代表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优点主要缺点设备循环处理量大，加重了设备的腐蚀原料食盐中的另一部分氯(Cl)和石灰石中的另一部分钙(Ca2)生成氯化钙，如何处理它成为氨碱法的一个问题；氨碱法生产中食盐的利用率不高，大约为70%，如何提高食盐的利用率成为氨碱法的另一个问题知识点1 氨碱法生产纯碱【例题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11)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：_。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)NH3H2ONH3H2ONHOH或(NH3H2ONHOH)；CO2H2OH2CO3HCOH(或CO2H2OHCOH)(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)NaClNH4HCO3=NaHCO3NH4Cl(或NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl)点评：纯碱是Na2CO3，而不是NaHCO3。解决氨碱法生产纯碱的问题，重在掌握化学反应原理。知识点2 联合制碱法【例题2】 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。请按要求回答问题：(1)氨碱法产生大量CaCl2废弃物，请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式：_。(2)写出联合制碱法有关反应的化学方程式：_。(3)CO2是制碱工业的重要原料，联合制碱法与氨碱法中CO2的来源有何不同？_。(4)绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。根据联合制碱法总反应，列出计算原子利用率的表达式：原子利用率(%)_。解析：(1)2NH4ClCa(OH)2 CaCl22NH32H2O(2)NH3CO2H2ONaCl=NaHCO3NH4Cl；2NaHCO3Na2CO3CO2H2O(3)联合制碱法中CO2来源于合成氨工业的副产品，而氨碱法中CO2来源于石灰石的分解。(4)联合制碱法原子利用率的表达式：原子利用率(%)100%100%或原子利用率(%)100%100%答案：(1)2NH4ClCa(OH)2CaCl22NH32H2O(2)NH3CO2H2ONaCl=NaHCO3NH4Cl；2NaHCO3Na2CO3CO2H2O(3)联合制碱法中CO2来源于合成氨的副产品，氨碱法中CO2来源于CaCO3的分解(4)100%或100%点拨：通过对比氨碱法和联合制碱法，加深对反应原理的理解，明确二者的优缺点。从而解决实际问题，培养分析问题的能力。1 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2 工业上常用氨碱法制取Na2CO3，将NH3和CO2先后通入饱和食盐水而析出小苏打，再经过滤、煅烧得纯碱。但却不能用此方法制取K2CO3，其主要原因是( )。AKHCO3溶解度较大 BKHCO3溶解度较小CK2CO3溶解度较小 DK2CO3溶解度较大3 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，则和的总反应式为_。(2)由这一反应可知NaCl比NaHCO3溶解度_。(3)操作、不能颠倒的原因是_。(4)的操作叫_。(5)的操作叫_。答案:1D 侯氏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了96%以上；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。2A 氨碱法制取Na2CO3的原理：在精制的食盐水中分别通入NH3、CO2，由于NaHCO3溶解度不大，当Na、浓度较大时便析出NaHCO3晶体，将