学年高中化学第一单元走进化学工业13纯碱的生产学案新人教版选修2.docx
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学年高中化学第一单元走进化学工业13纯碱的生产学案新人教版选修2
课题3纯碱的生产
氨碱法生产纯碱
[自读教材·夯基础]
（1）氨碱法也称索尔维制碱法。
（2）原料：
食盐、氨和二氧化碳。
（3）生产过程：
①生成碳酸氢钠和氯化铵：
将二氧化碳通入含氨的饱和食盐溶液中，反应的化学方程式为NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3，
NH4HCO3＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl。
②制取碳酸钠：
化学方程式为2NaHCO3
Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。
母液中的NH4Cl加石灰乳可回收氨，以便循环使用。
化学方程式为2NH4Cl＋Ca（OH）2
CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。
（4）优缺点：
①优点：
原料便宜易得，产品纯度高，氨和部分二氧化碳可以循环使用，步骤简单。
②缺点：
食盐利用率低，只有70%；产生了当时认为无用的氯化钙。
[跟随名师·解疑难]
（1）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。
（2）氨的作用：
氨跟水发生反应使溶液显碱性：
NH3＋H2ONH3·H2ONH
＋OH－，OH－与H＋反应生成H2O而减小了H＋的浓度，从而使CO2＋H2OH2CO3HCO
＋H＋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＋可以与大量的HCO
结合生成NaHCO3沉淀。
[剖析典例·探技法]
[例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1∶1）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：
__________________________________
________________________________________________________________________。
[名师解析] 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）NH3＋H2ONH3·H2ONH
＋OH－或（NH3＋H2ONH
＋OH－）；CO2＋H2OH2CO3HCO
＋H＋（或CO2＋H2OHCO
＋H＋）
（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）NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl
[名师点睛] 氨碱法生产纯碱的主要过程
（1）食盐水的精制：
①高温锻烧CaCO3：
CaCO3
CaO＋CO2↑。
②CaO溶于水得石灰乳：
CaO＋H2O===Ca（OH）2。
③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。
（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。
（5）氨的循环：
将NH4Cl加石灰乳加热，回收氨循环利用。
联合制碱法
[自读教材·夯基础]
1．联合制碱法
将氨碱法与合成氨联合生产纯碱和氯化铵的方法，又称侯氏制碱法。
2．生产过程
（1）生成碳酸氢钠和氯化铵：
将原料Ⅰ（精制食盐水）与原料Ⅱ（来自合成氨的NH3和CO2）反应，化学方程式为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。
（2）制取碳酸钠，化学方程式为2NaHCO3
Na2CO3＋CO2↑＋H2O。
3．优点
（1）生产过程中所需NH3和CO2由合成氨厂提供。
（2）从滤出NaHCO3的母液中可回收NH4Cl。
（3）NaCl的利用率提高到96%以上。
[跟随名师·解疑难]
饱和NaCl溶液和NH4HCO3溶液混合产生沉淀的原因：
NaCl溶于水电离出Na＋、Cl－，NH4HCO3溶于水电离
出NH
、HCO
。
在溶液中Na＋、Cl－、NH
、HCO
有四种组合方式：
NaCl、NH4Cl、NaHCO3、NH4HCO3，其中NaCl、NH4Cl和NH4HCO3的溶解度较大，而NaHCO3的溶解度较小，所以NaHCO3优先结晶析出。
[剖析典例·探技法]
[例2] 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Ⅰ和Ⅱ的总反应的化学方程式为________________________。
（2）由这一反应可知NaCl比NaHCO3溶解度________。
（3）Ⅲ的操作叫_________________________________________________________。
（4）Ⅳ的操作叫__________________________________________________________。
[名师解析]
（1）从生成物是NaHCO3和NH4Cl，反应物是食盐水、NH3和CO2可写出Ⅰ、Ⅱ的总反应的化学方程式：
NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。
（2）因为NaCl的溶解度比NaHCO3的大，所以在饱和NaCl溶液中才会析出NaHCO3。
（3）先将NaHCO3从悬浊液中过滤出来，然后再进行煅烧得到Na2CO3。
[答案]
（1）NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl
（2）大 （3）过滤 （4）煅烧
[名师点睛]
联合制碱法利用合成氨生产中的氨和二氧化碳，生产过程中回收氯化铵，没有像氨碱法那样引入碳酸钙后产生氯化钙而无法合理地回收利用，侯氏制碱法的优点在于综合利用了合成氨生产中的物料，提高了氯化钠的利用率，减少了环境污染，从绿色化学角度看，更加符合现代化工生产的设计要求。
1．氨碱法生产原理示意图
2．联合制碱法生产原理示意图
多数金属碳酸盐的溶解度小于其碳酸氢盐的溶解度，如CaCO3难溶，而Ca（HCO3）2可溶等，而Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度是一个特例。
1．在制小苏打（NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NH4Cl＋NaHCO3↓）的操作中，应在饱和食盐水中（ ）
A．先通入CO2，达到饱和后再通入NH3
B．先通入NH3，达到饱和后再通入CO2
C．CO2和NH3同时通入
D．以上三种方法都行
解析：
CO2在NaCl溶液中溶解度小，先通NH3后溶液呈碱性，能溶解大量的CO2，生成大量的HCO
，从而析出大量的NaHCO3晶体，顺序不能颠倒，否则无NaHCO3析出。
答案：
B
2．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．提高了原料的利用率 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
解析：
与氨碱法比较，联合制碱法的副产物少，提高了原料的利用率、降低了生产成本，而且减少了CO2的排放。
答案：
D
3．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。
下列说法不正确的是（ ）
A．“联合制碱法”是在“氨碱法”的基础上进行技术革新的成果
B．“联合制碱法”和“氨碱法”所用的氨都取自合成氨厂
C．“联合制碱法”和“氨碱法”所用的CO2都来自石灰石的分解
D．“联合制碱法”的副产品是氯化铵，“氨碱法”的副产品是氯化钙
解析：
“氨碱法”所用的CO2来自石灰石的分解；“联合制碱法”将合成氨厂和制碱厂联合进行生产，利用合成氨厂制造氢气时的副产品CO2作为制碱的原料。
合成氨厂制造氢气的主要化学反应如下：
C＋H2O
CO＋H2
CO＋H2O
CO2＋H2
答案：
C
4．[双选题]以下关于索尔维制碱法的描述正确的是（ ）
A．使用的原料为食盐、CO2、氨
B．精制盐水后应先通入CO2再通入过量的NH3
C．析出NaHCO3后的母液中已无NaCl，只有NH4Cl
D．索尔维法的缺点是食盐利用率只有70%，生成的CaCl2难处理
解析：
氨碱法是以食盐、CO2、NH3为原料，先将NH3通入饱和食盐水，再通入CO2，析出NaHCO3后的母液中有NH4Cl和NaCl，用Ca（OH）2处理后的废水中含NaCl和CaCl2，因此NaCl利用率低。
答案：
AD
5．（上海高考）工业生产纯碱的工艺流程示意图如下：
完成下列填空：
（1）粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质（沉淀剂A来源于石灰窑厂），写出A、B的化学式：
A______________，B______________。
（2）实验室提纯粗盐的实验操作依次为：
取样、________、沉淀、________、________、冷却结晶、________、烘干。
（3）工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是________________。
碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因是________________________。
（4）碳酸化后过滤、滤液D最主要的成分是____________（填写化学式），检验这一成分的阴离子的具体方法是：
________________________________________________________________________。
（5）氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D加入石灰水产生氨。
加石灰水后所发生的反应的离子方程式为____________________________________，滤液D加石灰水前先要加热，原因是_______________________________________________________________。
（6）产品纯碱中含有碳酸氢钠。
如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为________________________________________。
（注明你的表达式中所用的有关符号的含义）
解析：
石灰窑厂生产生石灰CaO，而要除去Ca2＋应选用CO
，故A可能是Ca（OH）2或CaO，B是Na2CO3，在提纯过程中，操作依次为取样、溶解、沉淀、过滤、蒸发、冷却结晶后再过滤，最后烘干。
在生产工艺中碳酸化就是将CO
全部生成HCO
，利用NaHCO3的溶解度小，会从水溶液中首先析出，所以碳酸化时产生的现象是出现浑浊。
溶液析出NaHCO3固体后，滤液D中有NH4Cl和少量的NaHCO3，要检验NH4Cl中的Cl－，先用HNO3酸化，再加入AgNO3溶液，有AgCl白色沉淀产生。
在溶液D中加石灰水，目的要生成氨，若不先加热，会使OH－先与HCO
反应，有CaCO3沉淀产生，故加石灰水前先加热，然后用OH－与NH
反应放出NH3。
Na2CO3中含有NaHCO3，用加热法测定NaHCO3的质量分数，就利用反应2NaHCO3
Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑所产生的质量前后差值进行计算即可。
答案：
（1）Ca（OH）2或CaO Na2CO3
（2）溶解 过滤 蒸发 过滤
（3）有晶体析出（或出现浑浊） 碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大
（4）NH4Cl 取样，加硝酸酸化，再加入硝酸银溶液，有白色沉淀产生，证明该阴离子是氯离子
（5）NH
＋OH－===NH3↑＋H2O 防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀
（6）w（NaHCO3）＝
（设加热前的质量为m1，加热后为m2）
[高考感悟]
1．（上海高考）右图模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。
下列操作正确的是（ ）
A．a通入CO2，然后b通入NH3，c中放碱石灰
B．b通入NH3，然后a通入CO2，c中放碱石灰
C．a通入NH3，然后b通入CO2，c中放蘸稀硫酸的脱脂棉
D．b通入CO2，然后a通入NH3，c中放蘸稀硫酸的脱脂棉
解析：
由于CO2在水中的溶解度小，而氨气极易溶于水，因此先通入氨气，然后再通入CO2；由于氨气极易溶于水需要防止倒吸，因此a通入NH3，b通入CO2，氨气是碱性气体需要稀硫酸吸收多余的氨气，故C项正确。
答案：
C
2．（全国课标卷Ⅰ）化学无处不在，下列与化学有关的说法不正确的是（ ）
A．侯氏制碱法的工艺过程中应用了物质溶解度的差异
B．可用蘸浓盐酸的棉棒检验输送氨气的管道是否漏气
C．碘是人体必需微量元素，所以要多吃富含高碘酸的食物
D．黑火药由硫黄、硝石、木炭三种物质按一定比例混合制成
解析：
从化工生产原理、物质性质应用、元素对人体的作用、物质组成判断等化学与生活常识角度出发分析、解决问题。
A项，侯氏制碱法的反应原理是向氨化的饱和食盐溶液中通入CO2气体，利用相同温度下碳酸氢钠的溶解度小，使生成的NaHCO3从溶液中以晶体形式析出，故生产过程中应用了物质溶解度的差异。
B项，NH3和HCl气体相遇会生成白色固体NH4Cl小颗粒，反应现象为冒白烟。
用蘸浓盐酸的棉棒靠近输送氨气的管道，若在管道附近冒白烟，证明管道漏气，否则不漏气。
C项，高碘酸有很强的腐蚀性，故不能多吃富含高碘酸的食物来补充碘。
D项，黑火药是由硫黄、硝石、木炭按1∶2∶3的比例混合而成的混合物。
答案：
C
3．（海南高考节选）工业上可用食盐和石灰石为主要原料，经不同的方法生产纯碱。
请回答下列问题：
（1）路布兰法是以食盐、石灰石、浓硫酸、焦炭为原料，在高温下进行煅烧，再浸取、结晶而制得纯碱。
①食盐和浓硫酸反应的化学方程式为________________________________________
________________________________________________________________________；
②硫酸钠和焦炭、石灰石反应的化学方程式为________________________________
_____________________________________________________（已知产物之一为CaS）。
（2）氨碱法的工艺如下图所示，得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯碱。
①图中的中间产物C是________，D是________（写化学式）；
②装置乙中发生反应的化学方程式为________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）联合制碱法是对氨碱法的改进，其优点是______________________。
解析：
（1）食盐和浓硫酸反应生成HCl气体和NaHSO4或Na2SO4；由题述可知②的反应中还有Na2CO3生成，反应中S由＋6价降到－2价，C由0价升到＋4价，由得失电子守恒和原子守恒可写出该反应。
（2）由氨碱法示意图知：
甲中生成CaO与水反应生成Ca（OH）2，即C，C进丁中与NH4Cl反应生成D（NH3）和废渣CaCl2，D进入戊，与食盐水混合后一起进入乙与B（CO2）反应生成NaHCO3和NH4Cl，在己中分离出NaHCO3。
（3）联合制碱法是制碱与合成氨相结合，提高食盐的利用率，没有废渣CaCl2生成。
答案：
（1）①NaCl＋H2SO4（浓）===NaHSO4＋HCl↑（或2NaCl＋H2SO4（浓）===Na2SO4＋2HCl↑）
②Na2SO4＋2C＋CaCO3
CaS＋Na2CO3＋2CO2↑
（2）①Ca（OH）2 NH3
②NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl
（3）提高NaCl的利用率，减小了废渣CaCl2的生成，副产品NH4Cl可作为化肥等（合理即可）
[课时跟踪训练]
一、选择题（本题包括10小题，每小题5分，共50分）
1．我国著名的化工专家侯德榜在20世纪20年代所创立的“侯氏制碱法”誉满全球。
“侯氏制碱法”中的碱是指下列的（ ）
A．NaOH B．K2CO3
C．Na2CO3D．NaHCO3
解析：
本题中的碱指的是纯碱Na2CO3。
答案：
C
2．下列属于侯氏制碱法的优点的是（ ）
A．氨和二氧化碳由合成氨厂提供
B．母液可回收制氯化铵
C．氯化钠的利用率达96%
D．以上全是
解析：
侯氏制碱法的优点有原料易得，NaCl的利用率高，而且产生的NH4Cl可以作肥料。
答案：
D
3．下列说法不正确的是（ ）
A．“联合制碱法”和“氨碱法”的化学反应原理中都有下列化学反应
NH3＋CO2＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl
2NaHCO3
Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑
B．“联合制碱法”生产中有氨的循环利用工艺
C．“氨碱法”生产中有氨的循环利用工艺
D．“联合制碱法”和“氨碱法”都有一定的局限性
解析：
“氨碱法”将NH4Cl和Ca（OH）2再反应，使NH3循环利用；“联合制碱法”是制得纯碱和副产品氯化铵。
答案：
B
4．工业上常用氨碱法制取碳酸钠（将氨气和二氧化碳先后通入饱和食盐水而析出小苏打，再经过滤、焙烧而得到纯碱），但却不能用氨碱法制碳酸钾，这是因为在溶液中（ ）
A．KHCO3溶解度较大
B．KHCO3溶解度较小
C．K2CO3溶解度较大
D．K2CO3溶解度较小
解析：
氨碱法制取Na2CO3的原理是，在精制的食盐水中分别通入NH3、CO2，由于NaHCO3溶解度不大，当Na＋、HCO
浓度较大时便析出NaHCO3晶体，将过滤得到的NaHCO3煅烧得Na2CO3，由于KHCO3溶解度较大，无法从溶液中析出，故无法利用其分解制取K2CO3。
答案：
A
5．下列说法中不正确的是（ ）
A．用联合制碱法制造纯碱和氯化铵，原料的利用率高，不必考虑环境保护的问题
B．化工生产技术始终是在不断创新中发展，侯氏制碱法也还需要改进
C．社会对纯碱的需求是纯碱生产技术创新发展的原动力
D．纯碱生产技术的再创新需要多门学科、多种技术的协同作用
解析：
化工生产一般都会产生污染物，要科学地评价纯碱生产技术及其他化工生产技术，环境保护也需考虑。
答案：
A
6．工业上将相同物质的量的NaCl、CO2、NH3在30℃时配成溶液，此时溶液中无晶体。
当降温至某温度时，开始析出晶体，此晶体是（ ）
温度/℃
溶解度/g
盐
0
10
20
30
NH4Cl
29.4
33.3
37.2
41.1
NH4HCO3
11.9
15.9
21.0
27.0
NaHCO3
6.9
8.15
9.6
11.1
NaCl
35.7
35.8
36.0
36.4
A．NH4ClB．NH4HCO3
C．NaHCO3D．NaCl
解析：
据表中数据可知，随温度的降低，NaHCO3的溶解度始终最小，故首先析出的物质应是NaHCO3。
答案：
C
7．某工厂依据生产纯碱的工艺流程设计用CaSO4、H2O、NH3、CO2制备（NH4）2SO4。
其工作过程如下：
下列推理不合理的是（ ）
A．往甲中通CO2有利于（NH4）2SO4生成
B．生成1mol（NH4）2SO4至少消耗2molNH3
C．直接蒸干滤液能得到纯净的（NH4）2SO4
D．煅烧CaCO3生成的CO2可被循环使用
解析：
观察流程图可知，甲中已通入了足量的NH3，往甲中通CO2的目的是与NH3反应生成（NH4）2CO3，从而有利于（NH4）2SO4的生成，A、B正确；煅烧生成的CO2可以通入甲中循环使用，D正确。
答案：
C
8．1892年比利时人索尔维以NaCl、CO2、NH3、H2O为原料制得了纯净的Na2CO3，该法又称氨碱法，其主要生产流程
下列有关说法不正确的是（ ）
A．从理论上看，循环生产时不需要再补充NH3
B．从绿色化学原料充分利用的角度看，该方法有两个明显的缺陷是：
氯化钠未能充分利用和产生CaCl2废弃物
C．氨碱法生产过程中将NH4Cl作为一种化工产品，不再生产NH3来循环使用
D．从理论上看，每再生产1molNa2CO3，再补充的物质及其物质的量分别是2molNaCl和1molCO2
解析：
工业制碱的原理涉及反应：
NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl,2NaHCO3
Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。
索尔维法用生成的氯化铵制备氨气，将氯化铵进行了循环利用，所以从理论上讲，是不需要补充氨的。
但是在生产过程中，NaCl母液被弃去，氯化铵制备氨气生成了无用的氯化钙，这两点是索尔维法的缺陷。
根据反应关系式及原子守恒，从理论上看每生产1molNa2CO3，需再补充的物质及其物质的量分别是2molNaCl和1molCO2。
答案：
C
9．1791年，法国医生路布兰首先获得制碱专利，以食盐、浓硫酸、石灰石、煤为原料制碱，该方法分三步：
①用NaCl与H2SO4反应制Na2SO4：
2NaCl＋H2SO4
Na2SO4＋2HCl↑
②用焦炭还原Na2SO4制Na2S：
Na2SO4＋4C
Na2S＋4CO↑
③用硫化钠与石灰石反应制Na2CO3：
Na2S＋CaCO3
Na2CO3＋CaS
下列说法正确的是（ ）
A．②③两步都是氧化还原反应
B．只有第②步是氧化还原反应
C．该方法对生产设备基本没有腐蚀
D．该方法对环境污染较小
解析：
氧化还原反应是有元素化合价变化的反应，第③步反应无化合价变化，不是氧化还原反应，A不正确；该生产中产生HCl，对设备严重腐蚀；第②步反应生成的CO是大气污染物，故C、D不正确。
答案：
B
10．反应NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl是“氨碱法”的重要化学反应，以下是对该反应涉及的有关知识的部分见解，其中不正确的是（ ）
A．该条件下NaHCO3的溶解度较小
B．NaHCO3不是纯碱
C．析出固体后的溶液为NaHCO3的不饱和溶液
D．析出固体后的溶液为NaHCO3的饱和溶液
解析：
该条件下NaHCO3的溶解度不大，因此析出NaHCO3，析出后应为NaHCO3的饱和溶液。
答案：
C
二、非选择题（本题包括4小题，共50分）
11．（12分）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：
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