2024年高中化學(xué)新教材同步 必修第一冊(cè) 第2章　第1節(jié)　研究與實(shí)踐1　了解純堿的生產(chǎn)歷史

研究與實(shí)踐1了解純堿的生產(chǎn)歷史【研究目的】純堿是一種重要的化工原料，具有廣泛的用途。通過(guò)查閱資料，了解純堿的生產(chǎn)歷史，感受化學(xué)工業(yè)發(fā)展過(guò)程中技術(shù)進(jìn)步的重要性，以及建設(shè)生態(tài)文明的意義?！炯儔A的生產(chǎn)歷史】1．路布蘭制堿法(1)原料：食鹽、焦炭和石灰石等。(2)制取原理與步驟(3)制取方法評(píng)價(jià)路布蘭制取純堿，主要生產(chǎn)過(guò)程在固相中進(jìn)行，難以連續(xù)生產(chǎn)，又需硫酸做原料，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，產(chǎn)品質(zhì)量不純，原料利用不充分，價(jià)格較貴，所以在20世紀(jì)20年代被淘汰。2．索爾維制堿法(氨堿法)(1)原料：食鹽、氨、石灰石等。(2)生產(chǎn)原理流程(3)制取方法評(píng)價(jià)此法食鹽利用率比路布蘭制堿法高，產(chǎn)品較純凈，成本低。缺點(diǎn)：原料中一半成分未能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。3．侯氏(聯(lián)合)制堿法(1)原料：食鹽、氨、二氧化碳。(2)工藝流程與反應(yīng)原理①產(chǎn)生NaHCO3的反應(yīng)：NH3＋NaCl＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl。②產(chǎn)生Na2CO3的反應(yīng)：2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O。(3)制取方法評(píng)價(jià)①符合現(xiàn)在提倡的“綠色化學(xué)的要求”，提高了原料(NaCl)的利用率，不產(chǎn)生無(wú)用的CaCl2。②利用了大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)的優(yōu)越性，利用一個(gè)廠(chǎng)的廢料，作為另一個(gè)廠(chǎng)的主要原料。如合成氨廠(chǎng)的廢料CO2可以作為堿廠(chǎng)的主要原料；堿廠(chǎng)無(wú)用的Cl－可以代替價(jià)格比較昂貴的硫酸用來(lái)固定氨，制成氮肥，降低了成本，提高了綜合經(jīng)濟(jì)效益。1．侯氏制堿法中，向飽和食鹽水中是先通NH3還是先通CO2？為什么？提示應(yīng)先通NH3，再通CO2，這樣操作可增大HCOeq\o\al(－,3)的濃度，利于析出更多的NaHCO3。2．低溫下，向母液中通入NH3并加入NaCl細(xì)粒，為什么可促使NH4Cl析出？提示低溫下，NH4Cl的溶解度比NaCl的小，通入NH3并加入NaCl細(xì)粒，可生成更多的NH4Cl，促使該物質(zhì)析出，也提高了NaCl的利用率。3．侯氏制堿法與索爾維制堿法相比較，有哪些優(yōu)點(diǎn)？提示侯氏制堿法與索爾維制堿法相比較，其優(yōu)點(diǎn)是食鹽的利用率大大提高，用等量的食鹽可生產(chǎn)更多的純堿，同時(shí)得到氮肥氯化銨，不再產(chǎn)生廢渣氯化鈣，減少了對(duì)環(huán)境的污染，并且大大降低了純堿和氮肥的成本，充分體現(xiàn)了大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)的優(yōu)越性。1．“NaCl＋CO2＋NH3＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl”是著名的“侯氏制堿法”的重要反應(yīng)。下面是4位同學(xué)對(duì)該反應(yīng)涉及的有關(guān)知識(shí)發(fā)表的部分見(jiàn)解。其中不正確的是()答案C2．(2022·上海高一月考)“索爾維制堿法”與“侯氏制堿法”是常見(jiàn)的純堿工業(yè)制法，下列關(guān)于兩者說(shuō)法正確的是()A．兩者生產(chǎn)原料來(lái)源相同B．兩者均使用了高效催化劑C．侯氏制堿法將索爾維制堿法與合成氨法兩種工藝聯(lián)合了起來(lái)D．索爾維制堿法食鹽利用率更高答案C解析分析可知兩者生產(chǎn)原料來(lái)源不相同，故A錯(cuò)誤；過(guò)程分析可知，兩者均未使用高效催化劑，故B錯(cuò)誤；由原理分析可知，索爾維制堿法食鹽利用率低，故D錯(cuò)誤。3.如圖是模擬“侯氏制堿法”制取NaHCO3的部分裝置。下列操作正確的是()A．a(chǎn)先通入CO2，然后b通入NH3，c中放堿石灰B．b先通入NH3，然后a通入CO2，c中放堿石灰C．a(chǎn)先通入NH3，然后b通入CO2，c中放蘸有稀硫酸的脫脂棉D(zhuǎn)．b先通入CO2，然后a通入NH3，c中放蘸有稀硫酸的脫脂棉答案C解析NH3的溶解度較大，為防止倒吸，b通入CO2，a通NH3，要在飽和食鹽水中先通入NH3然后再通入CO2，否則CO2通入后會(huì)從水中逸出，得到的產(chǎn)品會(huì)很少；尾氣主要是CO2和NH3，其中NH3對(duì)環(huán)境影響較大，要吸收尾氣，而NH3是堿性氣體，所以在c裝置中要裝酸性物質(zhì)，故A、B、D項(xiàng)錯(cuò)誤、C項(xiàng)正確。4．海洋是人類(lèi)寶貴的自然資源，海水“制堿”體現(xiàn)了化學(xué)科學(xué)在改造物質(zhì)中的智慧。某廠(chǎng)生產(chǎn)純堿的工藝流程如圖所示，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．CO2可以循環(huán)利用B．進(jìn)入流程Ⅱ的濾液必須再經(jīng)適量稀鹽酸處理C．試劑2為Na2CO3溶液D．NH3與CO2的通入順序不能改變答案B解析灼燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和水，故CO2可以在流程Ⅱ循環(huán)利用，A正確；NH3與CO2的通入順序不能改變，因?yàn)閴A性溶液更容易吸收二氧化碳，D正確。5．某化學(xué)興趣小組模擬“侯氏制堿法”制純堿并進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。Ⅰ.制備純堿：先以NaCl、NH3、CO2和水等為原料，用如圖所示裝置制取NaHCO3，然后再將NaHCO3制備成Na2CO3。(1)裝置甲中反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)______________________________________________；裝置乙的作用是______________________，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)__________________。(2)反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，觀(guān)察到裝置丙中試劑瓶?jī)?nèi)溶液中有白色固體析出，經(jīng)檢驗(yàn)該白色固體是NaHCO3。裝置丙中可得兩種產(chǎn)物，分別是NaHCO3和另一種鹽，裝置丙中反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_________________________________________________。(3)用裝置丙中產(chǎn)生的NaHCO3制取Na2CO3時(shí)，需要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作有______、洗滌固體、________，最后一步發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_________________。Ⅱ.測(cè)定所得產(chǎn)品的組成和純度(4)檢驗(yàn)純堿樣品中是否混有NaHCO3，請(qǐng)選擇下列裝置設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并完成下表：選擇的裝置(填編號(hào))實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論樣品中含NaHCO3(5)測(cè)定該純堿樣品的純度：稱(chēng)取m1g樣品置于小燒杯中，加水溶解，滴加足量CaCl2溶液，將反應(yīng)混合物過(guò)濾、洗滌、干燥、稱(chēng)量，得到固體的質(zhì)量為m2g，則該純堿樣品的純度為_(kāi)_______________________________________________________________________。答案(1)CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O除去CO2中的HCl氣體NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑(2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl(3)過(guò)濾灼燒2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑(4)A、BB中澄清石灰水變渾濁(或A、CC中物質(zhì)變藍(lán)或A、C、BC中物質(zhì)變藍(lán)，B中澄清石灰水變渾濁)(5)eq\f(106m2,m1)%解析(1)裝置甲中碳酸鈣與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣、二氧化碳和水，反應(yīng)的離子方程式是CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O；裝置乙的作用是用碳酸氫鈉除去二氧化碳中的氯化氫，反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑。(2)裝置丙中氯化鈉與二氧化碳、氨氣反應(yīng)可得兩種產(chǎn)物，分別是NaHCO3和另一種鹽，根據(jù)元素守恒，另一種鹽是氯化銨，反應(yīng)的化學(xué)方程式是NH3＋CO2＋H2O＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl。(3)用裝置丙中產(chǎn)生的NaHCO3制取Na2CO3時(shí)，需要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作有過(guò)濾、洗滌固體、灼燒，灼燒碳酸氫鈉發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑。(4)用裝置A加熱分解NaHCO3，用澄清石灰水檢驗(yàn)是否有二氧化碳?xì)怏w放出，選擇裝置B，若澄清石灰水變渾濁，則含有NaHCO3。(5)設(shè)樣品中Na2CO3的質(zhì)量為xg，CaCl2與Na2CO3反應(yīng)生成碳酸