2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第1單元走進(jìn)化學(xué)工業(yè)課題3純堿的生產(chǎn)學(xué)案新人教版選修2

PAGE1-課題3純堿的生產(chǎn)1．了解純堿的生產(chǎn)及發(fā)展過程。2．了解自然堿的生產(chǎn)與化工生產(chǎn)之間的聯(lián)系及技術(shù)發(fā)展的過程。3．駕馭路布蘭法—索爾維法—聯(lián)合制堿法(侯氏制堿法)。一、氨堿法生產(chǎn)純堿氨堿法是由比利時人索爾維獨(dú)創(chuàng)的，氨堿法是以碳酸鈣和食鹽為原料生產(chǎn)碳酸鈉的過程。eq\a\vs4\al(1.)制取碳酸氫鈉和氯化銨將CO2通入含氨的飽和食鹽水中現(xiàn)象有白色晶體析出反應(yīng)方程式NH3＋CO2＋H2O=NH4HCO3、NaCl＋NH4HCO3=NaHCO3↓＋NH4Cleq\a\vs4\al(2.)制取碳酸鈉的反應(yīng)方程式是2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。eq\a\vs4\al(3.)氨堿法制純堿的優(yōu)點(diǎn)是原料食鹽和石灰石易得，產(chǎn)品純度高，氨和部分CO2可循環(huán)運(yùn)用，制造步驟簡潔。缺點(diǎn)是生成的氯化鈣不易處理，食鹽利用率才70%。eq\a\vs4\al()氨堿法中加入氨的主要作用是什么？提示：主要作用是讓氨與二氧化碳作用NH3＋CO2＋H2O=NH4HCO3，然后再與飽和食鹽水反應(yīng)NaCl＋NH4HCO3=NaHCO3↓＋NH4Cl，進(jìn)而制純堿2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。二、聯(lián)合制堿法依據(jù)上圖，寫誕生產(chǎn)純堿的化學(xué)方程式：(1)NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3＋NH4Cl、(2)2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。eq\a\vs4\al(1.)我國聞名的化工專家侯德榜在20世紀(jì)20年頭所創(chuàng)立的“侯氏制堿法”譽(yù)滿全球。“侯氏制堿法”中的堿是指下列的()A．NaOH B．K2CO3C．Na2CO3 D．NaHCO3解析：選C?！昂钍现茐A法”中的堿是指Na2CO3。eq\a\vs4\al(2.)與氨堿法比較，下列關(guān)于聯(lián)合制堿法優(yōu)點(diǎn)的推斷中不正確的是()A．提高了原料的原子利用率B．降低了生產(chǎn)成本C．削減了環(huán)境污染D．減輕了對設(shè)備的腐蝕解析：選D。聯(lián)合制堿法把氯化氨和純堿兩種產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)，提高了食鹽利用率，縮短了生產(chǎn)流程，削減了對環(huán)境的污染。eq\a\vs4\al(3.)下列屬于侯氏制堿法的優(yōu)點(diǎn)的是()A．氨和二氧化碳由合成氨廠供應(yīng)B．母液可回收制氯化銨C．氯化鈉的利用率達(dá)96%D．以上全是解析：選D。侯氏制堿法的優(yōu)點(diǎn)有原料易得，NaCl的利用率高，而且產(chǎn)生的NH4Cl可以作肥料。要點(diǎn)1索爾維制堿法eq\a\vs4\al(探究導(dǎo)引1)索爾維法制堿的工藝流程是怎樣的？提示：索爾維制堿法：此法所用的原料為食鹽、石灰石，生產(chǎn)過程如下：eq\a\vs4\al(1.)鹽水的精制：在飽和食鹽水中加入熟石灰和純堿，除去水中的Ca2＋和Mg2＋。eq\a\vs4\al(2.)鹽水氨化：將氨氣通入精制鹽水中，制成氨鹽水。eq\a\vs4\al(3.)氨鹽水碳酸化：使氨鹽水汲取二氧化碳，生成碳酸氫鈉和氯化銨。NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cleq\a\vs4\al(4.)過濾出碳酸氫鈉后煅燒得純堿，同時回收二氧化碳再利用。2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑eq\a\vs4\al(5.)將氯化銨加石灰乳反應(yīng)，生成氨回收利用。2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2Oeq\a\vs4\al(1.)以下關(guān)于索爾維制堿法的描述正確的是()A．運(yùn)用的原料為NaCl、Ca(OH)2B．精制鹽水后應(yīng)先通入CO2再通入過量的NH3C．析出NaHCO3后的母液中已無NaCl，只有NH4ClD．索爾維法的缺點(diǎn)是鹽利用率只有70%，生成的CaCl2難處理解析：選D。索爾維制堿法又叫氨堿法，主要原料有NaCl、CaCO3；反應(yīng)的原理為NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl，而NH3與CO2為1∶1時才能生成NaHCO3，但CO2在水中溶解度小，先通入CO2，CO2溶解度小，再通入NH3時，NH3過量而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吸水性強(qiáng)，呈黏稠狀無法處理。要點(diǎn)2聯(lián)合制堿法eq\a\vs4\al(探究導(dǎo)引2)侯氏制堿法的工藝流程是怎樣的？提示：侯德榜制堿法(聯(lián)合制堿法)eq\a\vs4\al(1.)反應(yīng)原理侯氏聯(lián)合制堿法，是將合成氨工業(yè)和制堿工業(yè)聯(lián)合起來，以煤為原料制得碳銨，碳銨再與氯化鈉進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，生成碳酸氫鈉和氯化銨。依據(jù)氯化銨在常溫時的溶解度比氯化鈉大，而在低溫時卻比氯化鈉溶解度小的原理，在278K～283K(5℃～10℃)時，向母液中加入磨細(xì)的食鹽粉末，使氯化銨單獨(dú)析出。eq\a\vs4\al(2.)有關(guān)反應(yīng)方程式NH3＋CO2＋H2O=NH4HCO3NaCl＋NH4HCO3=NH4Cl＋NaHCO3↓2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑eq\a\vs4\al(3.)優(yōu)點(diǎn)保留了氨堿法的優(yōu)點(diǎn)，消退了它的缺點(diǎn)，使食鹽的利用率提高到96%；NH4Cl可作氮肥；可與合成氨廠聯(lián)合，使合成氨的原料氣CO轉(zhuǎn)化成CO2，革除了CaCO3制CO2這一工序。eq\a\vs4\al(2.)純堿是一種重要的化工原料。目前制堿工業(yè)主要有“氨堿法”和“聯(lián)合制堿法”兩種工藝。請按要求回答問題：(1)“氨堿法”產(chǎn)生大量CaCl2廢棄物，請寫出該工藝中產(chǎn)生CaCl2的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________；(2)寫出“聯(lián)合制堿法”有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(3)CO2是制堿工業(yè)的重要原料，“聯(lián)合制堿法”與“氨堿法”中CO2的來源有何不同？________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(4)綠色化學(xué)的重要原則之一是提高反應(yīng)的原子利用率。依據(jù)“聯(lián)合制堿法”總反應(yīng)列出計算原子利用率的表達(dá)式：原子利用率(%)＝____________________。解析：氨堿法的原料：氯化鈉、碳酸鈣。工藝流程：CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaO＋CO2↑CO2＋NH3＋H2O=NH4HCO3NaCl＋NH4HCO3=NaHCO3↓＋NH4Cl2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑CaO＋H2O=Ca(OH)2產(chǎn)生CaCl2的反應(yīng)：Ca(OH)2＋2NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O，該反應(yīng)的CaCl2中的Cl－來源于NaCl，Ca2＋來源于CaCO3，產(chǎn)生無用的CaCl2，降低了NaCl的利用率。聯(lián)合制堿法：NH3和CO2來源于合成氨廠。工藝流程：NH3＋CO2＋H2O=NH4HCO3NaCl＋NH4HCO3=NaHCO3↓＋NH4Cl2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑eq\x(\a\al(濾液含NH4Cl、NaHCO3、,NaCl、NH4HCO3))eq\o(→,\s\up7(降溫、通入NH3),\s\do5(加NaCl固體))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(析出NH4Cl固體,濾液→再一次循環(huán)利用))依據(jù)總反應(yīng)得：2NaCl＋CO2＋H2O＋2NH3=Na2CO3＋2NH4Cl可得：原子利用率＝eq\f(106,106＋2×53.5)×100%＝49.77%。答案：(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))2NH3↑＋CaCl2＋2H2O(2)NH3＋CO2＋H2O=NH4HCO3、NaCl＋NH4HCO3=NaHCO3↓＋NH4Cl、2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑(3)“聯(lián)合制堿法”中的CO2來源于合成氨廠，“氨堿法”中的CO2來源于石灰石(4)eq\f(106,106＋2×53.5)×100%＝49.77%題型1氨堿法依據(jù)氨堿法的原理，首先配制氨化飽和食鹽水，即向飽和食鹽水中加入氨水(體積比1∶1)并充分?jǐn)嚢瑁辉賹⒍趸纪ㄈ氚被柡褪雏}水中，限制肯定的溫度，直至有碳酸氫鈉析出。請回答下列問題：(1)用化學(xué)方程式分別表示出氨和二氧化碳在水中產(chǎn)生NHeq\o\al(＋,4)、HCOeq\o\al(－,3)的原理______________________________。(2)向飽和食鹽水中加入氨水和通入二氧化碳的先后依次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？為什么？(3)寫出氨堿法生成碳酸氫鈉的化學(xué)方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！窘馕觥吭谕ǔ顩r下，氨在水中的溶解度近700體積，二氧化碳在水中的溶解度僅約1體積?！敬鸢浮?1)NH3＋H2ONH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－或(NH3＋H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－)；CO2＋H2OH2CO3HCOeq\o\al(－,3)＋H＋(或CO2＋H2OHCOeq\o\al(－,3)＋H＋)(2)否。在常溫下，氨在飽和食鹽水中的溶解度很大，二氧化碳在飽和食鹽水中的溶解度較小。若先通二氧化碳后加氨水，溶液里只能產(chǎn)生很小濃度的HCOeq\o\al(－,3)，不利于生成NaHCO3沉淀(3)NaCl＋NH4HCO3=NaHCO3↓＋NH4Cl(或NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl)題型2聯(lián)合制堿法依據(jù)侯德榜制堿法原理并參考下表的數(shù)據(jù)，試驗(yàn)室制備純堿Na2CO3的主要步驟是：將配制好的飽和NaCl溶液倒入燒杯中加熱，限制溫度在30℃～35℃，攪拌下分批加入研細(xì)的NH4HCO3固體，加料完畢后，接著保溫30分鐘，靜置、過濾得NaHCO3晶體。用少量蒸餾水洗滌除去雜質(zhì)，抽干后，轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中，灼燒2小時，制得Na2CO3固體。四種鹽在不同溫度下的溶解度(g/100g水)表如下所示：溫度鹽度解溶0℃10℃20℃30℃40℃50℃60℃100℃NaCl35.735.836.036.336.637.037.339.8NH4HCO311.915.821.027.0－①－－－NaHCO36.98.19.611.112.714.516.4－NH4Cl29.433.337.241.445.850.455.377.3①＞35℃NH4HCO3會有分解請回答：(1)反應(yīng)溫度限制在30℃～35℃，是因?yàn)槿舾哂?5℃，則____________，若低于30℃，則____________；為限制此溫度范圍，實(shí)行的加熱方法為____________。(2)加料完畢后，接著保溫30分鐘，目的是____________。靜置后只析出NaHCO3晶體的緣由是________________。用蒸餾水洗滌NaHCO3晶體的目的是除去______________雜質(zhì)(以化學(xué)式表示)。(3)過濾所得的母液中含有____________(以化學(xué)式表示)，需加入____________，并作進(jìn)一步處理，使NaCl溶液循環(huán)運(yùn)用，同時可回收NH4Cl。(4)測試純堿產(chǎn)品中NaHCO3含量的方法是：精確稱取純堿樣品Wg，放入錐形瓶中加蒸餾水溶解，加1滴～2滴酚酞指示劑，用物質(zhì)的量濃度為c(mol/L)的HCl溶液滴定至溶液由紅色到無色(指示COeq\o\al(2－,3)＋H＋=HCOeq\o\al(－,3)反應(yīng)的終點(diǎn))，所用HCl溶液體積為V1mL；再加1滴～2滴甲基橙指示劑，接著用HCl溶液滴定至溶液由黃變橙，所用HCl溶液總體積為V2mL。寫出純堿樣品中NaHCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算式：NaHCO3(%)＝______________。【解析】(1)溫度限制在30℃～35℃，若高于35℃，NH4HCO3會分解；若溫度低于30℃，則反應(yīng)速率變慢；該溫度下可采納水浴加熱，溫度易于限制、受熱勻稱。(4)依據(jù)題意可知：反應(yīng)分為兩步，第一步Na2CO3＋HCl=NaCl＋NaHCO3，其次步為NaHCO3＋HCl=NaCl＋CO2↑＋H2O第一步消耗的HCl為：cV1×10－3，其次步消耗的HCl為：cV2×10－3，所以NaHCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：eq\f(M（NaHCO3）（cV2×10－3－cV1×10－3）,W)×100%＝eq\f(M（NaHCO3）c（V2－V1）,1000W)×100%。【答案】(1)NH4HCO3分解反應(yīng)速率降低水浴加熱(2)使反應(yīng)充分進(jìn)行NaHCO3的溶解度最小NaCl、NH4Cl、NH4HCO3(3)NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3HCl(4)eq\f(c（V2－V1）×\f(M（NaHCO3）,1000),W)×100%eq\a\vs4\al(1.)下列物質(zhì)的化學(xué)式和俗名一樣的是()A．氯化鈉(NaCl，食鹽)B．氫氧化鈉(NaOH，純堿)C．碳酸鈉(Na2CO3，蘇打、燒堿)D．碳酸氫鈉(NaHCO3，大蘇打)解析：選A。B項，純堿是Na2CO3的俗名；NaOH俗名為燒堿、火堿、苛性鈉；C項中燒堿是NaOH；D項中碳酸氫鈉俗名為小蘇打。eq\a\vs4\al(2.)下列物質(zhì)中，可用于治療胃酸過多的是()A．NaHCO3 B．NaOHC．Na2O D．BaCO3解析：選A。B、C中溶于水或與水反應(yīng)生成強(qiáng)堿，有腐蝕作用；D項產(chǎn)生的Ba2＋有毒。eq\a\vs4\al(3.)下列試驗(yàn)中，沒有白色沉淀或晶體析出的是()A．飽和石灰水中加入少量NaOH固體B．飽和碳酸鈉溶液中通入足量的CO2C．氫氧化鈣溶液中通入少量CO2D．碳酸氫鈉溶液中加入氯化鋇溶液解析：選D。A項加入NaOH固體溶解時放熱，而Ca(OH)2的溶解度隨溫度上升而降低，有晶體析出；B項通入足量的CO2后生成NaHCO3，其溶解度小于Na2CO3的；C項中Ca(OH)2與CO2反應(yīng)生成CaCO3沉淀；D項中二者不反應(yīng)。eq\a\vs4\al(4.)純堿和小蘇打是廚房中兩種常見的用品，它們都是白色固體，下列區(qū)分這兩種物質(zhì)的說法正確的是()A．分別用炒鍋加熱兩種樣品，全部分解揮發(fā)，沒有殘留物的是小蘇打B．用干凈鐵絲蘸取兩種樣品在煤氣火焰上灼燒，使火焰顏色發(fā)生明顯改變的是小蘇打C．用兩只小玻璃杯，分別加入少量的兩種樣品，再加入等量的食醋，產(chǎn)生氣泡快的是小蘇打D．先將兩樣品配成溶液，分別加入石灰水，無白色沉淀生成的是小蘇打解析：選C。A項中加熱后二者均有殘留物；B項二者中均含有鈉元素，故均有顏色改變；D項加入石灰水后二者均有白色沉淀。eq\a\vs4\al(5.)今有Na2CO3、NaHCO3、NaCl組成的混合物100g，加熱到質(zhì)量不再削減為止。剩余殘渣為84.5g，將殘渣溶于水，滴入足量的AgNO3溶液得到白色沉淀，加足量的稀硝酸后大部分沉淀消逝，剩余沉淀為12.26g，試計算混合物中Na2CO3、NaHCO3和NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)各是多少？解析：設(shè)NaHCO3的質(zhì)量為x，NaCl的質(zhì)量為y2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2OΔm16862x100g－84.5g列比例式eq\f(168,x)＝eq\f(62,100g－84.5g)解之，x＝42gNaCl＋AgNO3=AgCl↓＋NaNO358．5143.5y12.26geq\f(58.5,y)＝eq\f(143.5,12.26g)解之，y＝5