《了解纯碱的生产历史》课件

《了解纯碱的生产历史》【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。

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？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．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？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．相对于索尔维制碱法，侯氏制碱法做了哪些改进？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．“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(

)答案：C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。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、结晶答案：C

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_________。NH3NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4ClCaCl2NH4Cl作氮肥解析：(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。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___________________________。CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O除去CO2中的HCl气体NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl过滤灼烧

【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。制取原理与步骤(1)先使氯化钠与硫酸反应，生成硫酸钠：2NaCl＋H2SO4Na2SO4＋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。制取原理与步骤(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：2NaHCO3Na2CO3＋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)2CaCl2＋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。制取原理与步骤侯氏制碱法，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。【分析讨论】1.根据所阅读资料，分析后一种制碱法与前一种制碱法相比所具有的优势是什么？提示氨碱法(索尔维制碱法)相比于路布兰制碱法的优点是：原料(食盐和石灰石)便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。侯氏制碱法与氨碱法相比较，其优点是食盐的利用率大大提高，用等量的食盐可生产更多的纯碱，同时得到氮肥氯化铵，不再产生废渣氯化钙，减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生产的优越性。2.从生态文明建设的角度，思考侯氏制碱法的意义。提示减少了对环境的污染，有助于环境保护和生态文明建设，利用率高，产率高，降低了成本，减少了资源的浪费和能源的消耗。【结果与讨论】1.侯氏制碱法的原理反应能发生的原因是什么？提示碳酸氢钠溶解度小，在此条件下可以生成沉淀，从而使反应发生。2.从原材料的角度综合考虑，你认为制碱工厂可以与哪些工厂就近建设。提示合成氨、石灰、水泥厂等。3.侯氏制碱法中先通氨气至饱和再通二氧化碳的优点是什么？提示氨气易溶于水，且溶于水后显碱性，有助于吸收二氧化碳，从而析出更多的碳酸氢钠。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。其中不正确的是理解应用√123456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；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；纯碱是Na2CO3的俗名，而NaHCO3的俗名是小苏打，则B说法正确；NH4Cl是一种可用作氮肥的副产品，D说法正确。123456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

，才能析出NaHCO3晶体。2.右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1234√563.已知碳酸氢钠的溶解度较小。在饱和的氨和氯化钠的混合溶液中通入二氧化碳，可析出碳酸氢钠固体：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。据此，我国杰出的化学家侯德榜设计出了生产纯碱的方法：1234这种方法被人们称为侯氏制碱法。试回答下列问题：(1)写出由碳酸氢钠固体制碳酸钠的化学方程式：_________________________________。＋H2O＋CO2↑56解析NaHCO3固体受热容易分解生成Na2CO3，反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑。123456(2)如果碳酸钠固体中混有碳酸氢钠固体，应如何除去？_____(写出方法)；如果碳酸氢钠溶液中混有碳酸钠溶液，应如何除去？__________________________________(写出化学方程式)。1234加热CO2===2NaHCO3↓Na2CO3＋H2O＋解析NaHCO3固体受热容易分解生成Na2CO3，Na2CO3固体中混有NaHCO3固体可以通过加热的方法除去；如果NaHCO3溶液中混有Na2CO3溶液，可以在溶液中通入过量二氧化碳气体。564.侯氏制碱法的步骤如下图：试回答下列问题：(1)若上述的悬浊液是碳酸氢钠和氯化铵的混合液，则Ⅰ和Ⅱ的总反应化学方程式为___________________________________________。由这一反应可知氯化钠比碳酸氢钠的溶解度_____。NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl1234大56解析从生成物是NaHCO3和NH4Cl两种物质不难写出Ⅰ、Ⅱ的总反应化学方程式：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。显然溶解度：NaCl>NaHCO3，所以在NaCl的饱和溶液中才会析出NaHCO3。123456(2)Ⅲ的操作叫______。过滤1234解析把不溶晶体与液体分离的方法称为过滤。56(3)Ⅳ的操作叫______。灼烧1234解析Ⅳ的操作是对NaHCO3进行加热，使其分解，同时使挥发性物质气化而除去，该操作为灼烧。56解析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。5.“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___________________________________________。NH31234NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl56(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________。CaCl21234NH4Cl作氮肥56解析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。123456(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_________________________________。6.(2020·北京101中学高一质检)某化学兴趣小组模拟“侯氏制碱法”制纯碱并进行后续实验。Ⅰ.制备纯碱：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。1234CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑除去NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑＋H2OCO2中的HCl气体56解析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为NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑。123456解析装置丙中氯化钠、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。(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___________________________________________。1234NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl56解析用装置丙中产生的