《了解纯碱的生产历史》教案

《了解纯碱的生产历史》教案【研究目的】纯碱是一种重要的化工原料，具有广泛的用途。通过查阅资料，了解纯碱的生产历史，感受化学工业发展过程中技术进步的重要性，以及建设生态文明的意义。【材料阅读】1．路布兰制碱法1791年法国医生路布兰首先取得专利，以食盐为原料，制得了纯碱，称为路布兰制碱法。(1)先使氯化钠与硫酸反应，生成硫酸钠：2NaCl＋H2SO4≜Na2SO4＋2HCl↑。(2)然后用焦炭还原硫酸钠得硫化钠：Na2SO4＋4CNa2S＋4CO↑。(3)最后利用硫化钠与石灰石的反应生产碳酸钠：Na2S＋CaCO3=Na2CO3＋CaS。2．索尔维制碱法1861年比利时工程师索尔维发明的纯碱制法，是以食盐(氯化钠)、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)、氨气为原料来制取纯碱。(1)在饱和食盐水中先通入氨气，再通入二氧化碳，析出碳酸氢钠：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl。(2)过滤、洗涤、煅烧碳酸氢钠晶体，得到纯碱产品：2NaHCO3≜Na2CO3＋CO2↑＋H2O，反应产生的二氧化碳循环使用。(3)氯化铵滤液与石灰乳混合加热：2NH4Cl＋Ca(OH)2≜CaCl2＋2NH3↑＋2H2O，反应产生的氨气循环使用。3．侯氏制碱法1943年我国化学工程专家侯德榜发明创建了联合制碱法，即将氨碱法(又称索尔维制碱法)和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。原料是食盐、氨和二氧化碳，二氧化碳为合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。侯氏制碱法，低温下先向饱和食盐水中通入氨气，再通入二氧化碳可析出碳酸氢钠，再加入细盐末，因氯离子存在及低温条件使氯化铵溶解度突然降低，而食盐的溶解度变化不大，所以氯化铵析出而食盐不析出；再用氨饱和后通二氧化碳，结果相继析出NaHCO3和NH4Cl，该法生产的纯碱质量优良，纯白如雪。【问题讨论】1．路布兰制碱法开创了历史的先河，为人类做出突出贡献，但也存在很多缺点，你认为其缺点有哪些？2．索尔维制碱法相对路布兰制碱法有哪些优点？还有什么需要改进的地方？3．相对于索尔维制碱法，侯氏制碱法做了哪些改进？【素养练习】1．“NaCl＋CO2＋NH3＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl”是著名的“侯氏制碱法”的重要反应。下面是4位同学对该反应涉及的有关知识发表的部分见解。其中不正确的是()2．下图是侯氏制碱法在实验室进行模拟实验的生产流程示意图，则下列叙述正确的是()A．A气体是CO2，B气体是NH3B．第Ⅲ步得到的晶体是Na2CO3·10H2OC．侯氏制碱法的工艺过程中应用了物质溶解度的差异D．第Ⅳ步操作的主要过程有溶解、蒸发、结晶3．“索尔维制碱法”工艺流程如图所示，请回答下列问题：(1)向饱和氯化钠溶液中先通入________，效果更好。反应制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)索尔维制碱法除了得到纯碱外，还会产生一种废渣________。侯氏制碱法在此工艺上改进，不再使用碳酸钙制备CO2，而是在制备NH3的过程中制得CO2，则侯氏制碱法在得到纯碱的同时还制得了________，此物质在农业上的用途是________________________________________________________________________。4．某化学兴趣小组模拟“侯氏制碱法”制纯碱。先以NaCl、NH3、CO2和水等为原料，用下图所示装置制取NaHCO3，然后再将NaHCO3制备成Na2CO3。(1)装置甲中反应的离子方程式为______________________________________________________________________________________________________________________；装置乙的作用是_________________________________________________________________________________________________________________________，反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________。(2)反应进行一段时间后，观察到装置丙中试剂瓶内溶液中有白色固体析出，经检验该白色固体是NaHCO3。装置丙中可得两种产物，分别是NaHCO3和另一种盐，装置丙中反应的化学方程式为__________________________________________________。(3)用装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时，需要进行的实验操作有________、洗涤固体、________，最后一步发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________。研究与实践1了解纯碱的生产历史问题讨论1．提示：(1)主要生产过程在固相中进行，难以连续生产；(2)需浓硫酸作原料，设备腐蚀严重；(3)产品质量不纯，硫化钙不易溶于水，沉淀成渣子被弃掉，原料利用不充分，成本较高；(4)生成HCl、CO等气体，造成环境污染。2．提示：(1)优点：氨碱法使生产实现了连续性生产，食盐的利用率得到很大程度提高，产品较纯净，因而被称为纯碱，但最大的优点还在于成本低廉。(2)缺点：原料利用率低，并产生大量使用价值不高的副产物CaCl2。3．提示：针对索尔维制碱法生产纯碱时食盐利用率低，制碱成本高，废液、废渣污染环境和难以处理等不足，侯德榜先生经过上千次试验，在1943年成功研究出联合制碱法。这个新工艺是把氨厂和碱厂建在一起，联合生产。由氨厂提供碱厂需要的氨和二氧化碳。母液里的氯化铵用加入食盐的办法使它结晶出来，作为化工产品或化肥。食盐溶液又可以循环使用。所谓“联合制碱法”中的“联合”，指该法将合成氨工业与制碱工业组合在一起，利用了生产氨时的副产品CO2，革除了用石灰石分解来生产，简化了生产设备。此外，联合制碱法也避免了生产氨碱法中用处不大的副产物氯化钙，而用作化肥的氯化铵来回收，提高了食盐利用率，缩短了生产流程，减少了对环境的污染，降低了纯碱的成本。素养练习1．解析：侯氏制碱法的实质就是利用NaHCO3溶解度比其他物质小的原理，则A说法正确；纯碱是Na2CO3的俗名，而NaHCO3的俗称是小苏打，则B说法正确；析出晶体后的溶液一定为该物质的饱和溶液，则C说法错误；NH4Cl是一种可用作氮肥的副产品，D说法正确。答案：C2．解析：侯氏制碱法中应先在饱和食盐水中通入NH3再通入CO2。因为CO2在饱和食盐水中的溶解度很小，先通入NH3使食盐水显碱性，能够吸收大量CO2气体，产生高浓度的HCO3−，才能析出NaHCO答案：C3．解析：(1)由于氨气极易溶于水，所以向饱和NaCl溶液中先通入氨气，效果更好。反应制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化学方程式为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl。(2)根据原子守恒可知反应后还有氯化钙生成。根据化学方程式NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl可知侯氏制碱法在得到纯碱的同时还制得氯化铵。铵盐在农业上可作氮肥。答案：(1)NH3NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl(2)CaCl2NH4Cl作氮肥4．解析：(1)装置甲中碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、二氧化碳和水，反应的离子方程式是CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O；装置乙中碳酸氢钠与氯化氢反应放出二氧化碳，装置乙的作用是用碳酸氢钠除去二氧化碳中的氯化氢，反应的化学方程式为NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑。(2)装置丙中氯化钠、二氧化碳、氨气反应可得两种产物，分别是NaHCO3和另一种盐，根据元素守恒，另一种盐是氯化铵，反应的化学方程式是NH3＋CO2＋H2O＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl。(3)用装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时，需要进行的实验操作有过滤、洗涤固体、灼烧生成碳酸钠，灼烧碳酸氢钠发生反应的化学方程式为2NaHCO3≜Na2CO3＋H2O＋CO2↑。答案：(1)CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O除去CO2中的HCl气体NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑(2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl(3)过滤灼烧2NaHCO3≜Na2CO3＋H2O＋CO2↑课后篇素养形成合格考达标练1.关于Na2CO3与NaHCO3的说法不正确的是()A.都是钠盐 B.高温都不分解C.都易溶于水 D.水溶液都显碱性答案B解析碳酸钠和碳酸氢钠都是钠盐,都易溶于水,水溶液都显碱性,A、C、D正确;碳酸钠高温不易分解,而碳酸氢钠受热易发生分解,B错误。2.下列关于焰色试验的表述确切的是()A.焰色试验是元素的性质B.焰色试验是单质的特有性质C.焰色试验是离子的特有性质D.焰色试验是化合物的特有性质答案A解析焰色试验是金属元素的性质,所以无论含有金属元素的物质是单质还是化合物,在灼烧时均呈现该金属元素的特征颜色。3.下列物质可通过加热的方法除杂(括号中物质为杂质)的是()A.NaCl(Na2CO3) B.CO2(SO2)C.Na2CO3(NaHCO3) D.Na2SO4(NaHSO4)答案C解析NaHCO3受热分解成Na2CO3、水和二氧化碳,可以通过加热除去Na2CO3中的NaHCO3,C满足题意。4.焰色试验过程中铂丝的清洗和灼烧与钾焰色试验的观察两项操作如图所示:下列叙述中不正确的是()A.每次实验中都要先将铂丝灼烧到火焰无色,再蘸取被检验物质B.钾的焰色试验要透过蓝色钴玻璃观察C.实验时最好选择本身颜色较深的火焰D.没有铂丝可用无锈铁丝代替进行实验答案C解析取一根铂丝,用盐酸洗净后,放在酒精灯上灼烧至无色,再蘸取被检验物质,进行焰色试验,故A正确;在观测钾的焰色试验时要透过蓝色钴玻璃片,滤去钠的黄光的干扰,故B正确;为了能够更加突出被检验试剂的颜色,选用本身颜色较浅的火焰,最大限度减少火焰本身颜色的干扰,故C错误;洁净的细铁丝,放在酒精灯上灼烧至无色,可用来进行焰色试验,故D正确。5.我国化工专家侯德榜发明了“联合制碱法”,其生产过程中发生的反应主要是:①NH3+CO2+H2ONH4HCO3②NH4HCO3+NaClNaHCO3↓+NH4Cl③2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑在上述反应中没有涉及的基本反应类型是()A.置换反应 B.化合反应C.分解反应 D.复分解反应答案A解析①NH3+CO2+H2ONH4HCO3为化合反应;②NH4HCO3+NaClNaHCO3↓+NH4Cl为复分解反应;③2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑为分解反应。6.已知A是一种金属单质,B显淡黄色,其转化关系如图所示,则C的以下性质错误的是()A.溶液呈碱性B.与澄清石灰水反应产生白色沉淀C.与足量盐酸反应放出气体D.受热易分解答案D解析A是金属,则B是淡黄色的金属氧化物,即B为Na2O2,依次可推知A为Na,C为Na2CO3,D为NaOH。Na2CO3溶液呈碱性,A正确;Na2CO3+Ca(OH)2CaCO3↓+2NaOH,B正确;Na2CO3+2HCl2NaCl+CO2↑+H2O,C正确;Na2CO3性质稳定,受热不易发生分解,D错误。7.A~H为中学化学中常见的物质,转化关系如下所示,其中“○”代表化合物,“□”代表单质,A为医学上治疗胃酸过多的一种药剂,G为淡黄色固体,C在通常状况下为无色液体。请回答下列问题:(1)G的化学式为。

(2)反应①②③④中(填序号)属于氧化还原反应。

(3)写出下列反应的化学方程式:A→B+C+D:。

F+C:。

答案(1)Na2O2(2)②③(3)2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑2Na+2H2O2NaOH+H2↑解析A可用于治疗胃酸过多,且受热分解生成三种物质,则可能是NaHCO3,由两种单质受热生成的淡黄色固体是Na2O2,通常状况下的无色液体可能是H2O。联系图中的转化关系即可推得:A、B、C、D、E、F、G、H分别是NaHCO3、CO2、H2O、Na2CO3、O2、Na、Na2O2、NaOH。等级考提升练8.(2021江苏徐州高一检测)依据已有知识,下列各组溶液只能用焰色试验来鉴别的是()A.NaCl、KCl B.Na2CO3、KClC.CaCl2、NaCl D.K2CO3、CaCl2答案A解析NaCl、KCl的阴离子均为氯离子,故只能通过阳离子来鉴别,而钠离子和钾离子只能利用焰色试验检验,焰色试验火焰为黄色的为NaCl,焰色试验火焰为紫色(透过蓝色钴玻璃)的为KCl,A项正确;Na2CO3、KCl的阴离子不同,故可以通过阴离子的不同来鉴别两者,如加入盐酸,有气体生成的是Na2CO3,无明显现象的是KCl,B项错误;CaCl2、NaCl的阳离子不同,但钙离子和钠离子不通过焰色试验也能鉴别,如可加入Na2CO3溶液来鉴别,如果有沉淀生成,则为CaCl2,无明显现象的是NaCl,C项错误;K2CO3、CaCl2的阴离子、阳离子均不同,可以通过阴离子来鉴别,如加入盐酸,有气体生成的是K2CO3,无明显现象的是CaCl2,D项错误。9.下列实验装置不能达到实验目的的是()A.验证钠与水的反应是否为放热反应B.检验过氧化钠与水的反应有氧气产生C.观察纯碱的焰色试验D.比较碳酸钠、碳酸氢钠的稳定性答案D解析钠与水反应放热,试管中温度升高,导致气体压强增大,红墨水出现液面差,可以达到实验目的,选项A正确;检验过氧化钠与水的反应有氧气产生,若带火星的木条复燃则反应有O2产生,选项B正确;铁丝的焰色试验为无色,可用来做纯碱的焰色试验,能够达到实验目的,选项C正确;套装小试管加热温度较低,应放碳酸氢钠,题中装置无法达到实验目的,选项D不正确。10.为除去括号内的杂质,所选用的试剂或方法不正确的是()A.Na2CO3溶液(NaHCO3),选用适量的NaOH溶液B.NaHCO3溶液(Na2CO3),应通入过量的CO2气体C.Na2O2粉末(Na2O),将混合物在氧气中加热D.Na2CO3溶液(Na2SO4),加入适量Ba(OH)2溶液,过滤答案D解析D项中,Ba(OH)2+Na2SO4BaSO4↓+2NaOH,Na2CO3+Ba(OH)2BaCO3↓+2NaOH,消耗了Na2CO3,而且还增加了新的杂质NaOH。11.(双选)有两试管分别装有Na2CO3和NaHCO3溶液,下列操作或判断正确的是()选项操作判断A分别加入澄清石灰水产生沉淀者为Na2CO3B分别加入等浓度的稀盐酸反应较剧烈者为NaHCO3C分别加入CaCl2溶液产生沉淀者为Na2CO3D逐滴加入等浓度的盐酸立即产生气泡者为Na2CO3答案BC解析A项中发生的反应分别为Na2CO3+Ca(OH)2CaCO3↓+2NaOH,2NaHCO3+Ca(OH)2CaCO3↓+Na2CO3+2H2O,两者均产生白色沉淀;B项加入等浓度的稀盐酸时,NaHCO3溶液反应更剧烈;C项Na2CO3与CaCl2溶液发生反应Na2CO3+CaCl2CaCO3↓+2NaCl,产生白色沉淀,NaHCO3与CaCl2溶液不反应;D项逐滴加入等浓度盐酸时,NaHCO3立即产生气泡,Na2CO3开始无气泡产生,过一会儿才产生气泡。12.将适量的小苏打,溶于50~60℃的热水中(以下皆同),同时搓点肥皂用来洗衣领、袖口上的污垢,效果绝对比任何清洁剂都要来得好而且又快速。将NaHCO3置于干燥的试管中加热,并使放出的气体依次通过盛有足量过氧化钠和碱石灰的干燥管,最后得到的气体有()A.CO2、H2O B.H2O、O2C.CO2、O2 D.O2答案D解析2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,所以分解产生CO2和水蒸气,依次通过盛有足量过氧化钠和碱石灰的干燥管,CO2与水蒸气都与足量过氧化钠反应产生氧气,故最终得到氧气。13.(2021山东聊城高一检测)加热10.0g碳酸钠和碳酸氢钠的固体混合物至质量不再发生变化,剩余固体的质量为8.45g,则混合物中碳酸钠的质量分数为()A.42% B.58% C.36% D.64%答案B解析由NaHCO3受热分解的化学方程式可知:2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O固体质量减轻 168 106 168-106=62 m(NaHCO3) (10.0-8.45)g则16862=m(NaHCO3)(10.则Na2CO3的质量分数=(10.014.(2020北京顺义期末)下列图示中,A为一种常见的单质,B、C、D、E是含A元素的常见化合物,它们的焰色试验均为黄色。请填写下列空白:(1)写出下列化学式:A,D。

(2)以上反应中,不属于氧化还原反应的有(填序号)。

(3)完成下列化学方程式。①A→C反应的离子方程式:。

②B→D反应的化学方程式:。

答案(1)NaNa2CO3(2)⑤⑥(3)①2Na+2H2O2Na++2OH-+H2↑②2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2解析A为一种常见的单质,B、C、D、E是含A元素的常见化合物,它们的焰色均为黄色,则A是Na;钠与氧气在点燃的条件下反应生成B,B是Na2O2;Na2O2与二氧化碳反应生成Na2CO3,D是Na2CO3;钠与水反应生成NaOH,C是NaOH;NaOH与过量二氧化碳反应生成NaHCO3,E是NaHCO3。(1)根据以上分析,A是Na,D是Na2CO3。(2)没有元素化合价变化的反应是非氧化还原反应,图示反应中,NaOH与过量二氧化碳反应生成NaHCO3、碳