第2章 研究与实践1 了解纯碱的生产历史-【优化探究】2025-2026学年高中化学必修第一册同步导学案配套课件 人教版（2019）双选

优化探究 第二章　海水中的重要元素——钠和氯 研究与实践1　了解纯碱的生产历史 课时作业　巩固提升 【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。 【纯碱的生产历史】 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)主要原料:食盐、焦炭、石灰石、硫酸。 (2)步骤与反应原理: 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。 (3)制取方法评价:路布兰制碱法开创了历史的先河,为人类做出突出贡献。 缺点:①主要生产过程在固相中进行,难以连续生产; ②需硫酸作为原料,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 1861年比利时工程师索尔维发明的纯碱制法。 (1)主要原料:食盐、氨气、石灰石。 (2)流程与反应原理: ①在精制饱和食盐水中先通入氨气制成氨盐水,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滤出碳酸氢钠的母液氯化铵与石灰乳混合加热:2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O,反应产生的氨气循环使用。 工艺流程图如下: (3)制取方法评价:氨碱法使生产实现了连续性,食盐的利用率得到很大程度地提高,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。 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.侯氏(联合)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。 (1)主要原料:食盐、氨气和二氧化碳(CO2为合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气)。 (2)流程与反应原理: ①低温下先向精制饱和食盐水中通入氨气,再通入二氧化碳析出碳酸氢钠; ②再加入细盐末,因氯离子的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。 ③煅烧碳酸氢钠晶体,得到纯碱产品:2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O。 工艺流程图如下: (3)制取方法评价 ①符合现在提倡的“绿色化学的要求”,提高了原料(NaCl)的利用率,不产生无用的CaCl2。 ②利用了大规模联合生产的优越性,利用一个厂的废料,作为另一个厂的主要原料。如合成氨厂的废料CO2可以作为碱厂的主要原料;碱厂无用的Cl-可以代替价格比较昂贵的硫酸用来固定氨,制成氮肥,降低了成本,提高了综合经济效益。 特别提醒　纯碱制备过程中的注意事项 (1)应先通NH3,后通CO2(以提高CO2的溶解性)。 (2)为便于NaHCO3结晶析出,NaCl溶液为饱和溶液,通入NH3至饱和,最后通入足量CO2。 【问题讨论】 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,侯氏制碱法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成氨碱法中用处不大的副产物氯化钙,而用可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,降低了纯碱的生产成本。 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位同学对该反应所涉及的有关知识发表的部分见解。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.析出晶体后的溶液为NaHCO3的不饱和溶液 D.从该反应可以获得氮肥 C 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,A说法正确;纯碱是Na2CO3的俗名,而NaHCO3的俗名是小苏打,B说法正确;析出晶体后的溶液一定为该物质的饱和溶液,C说法错误;NH4Cl是一种可用作氮肥的副产品,D说法正确。 2.侯氏制碱法的步骤如图: NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl 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的总反应的化学方程式为　 ,  由这一反应可知氯化钠比碳酸氢钠的溶解度　　 　　。  大 (1)由生成物是NaHCO3和NH4Cl两种物质,不难写出Ⅰ和Ⅱ的总反应的化学方程式: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。 (2)Ⅲ的操作叫　　　　。  过滤 (2)把不溶晶体与液体分离的方法称为过滤。 (3)Ⅳ的操作叫　　　　。  灼烧 (3)Ⅳ的操作是对NaHCO3进行加热,使其分解,同时生成挥发性物质而将其除去,该操作为灼烧。 3.“索尔维制碱法”工艺流程如图所示,回答下列问题: NH3 (1)向氯化钠饱和溶液中先通入　　　　,效果更好。  (1)由于CO2在氯化钠饱和溶液中的溶解度很小,先通入NH3使食盐水显碱性,能够吸收大量CO2气体,所以向NaCl饱和溶液中先通入氨气,效果更好。 (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　　　　　　　。  CaCl2　 NH4Cl 作氮肥 (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。 课时作业　巩固提升 对点训练 题组　了解纯碱的生产历史 1.如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(　　) C 2 3 1 A.气体A是CO2,气体B是NH3 B.第Ⅲ步得到的晶体是Na2CO3·10H2O C.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 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HC,才能析出NaHCO3晶体,C项正确。 2 3 1 2.已知碳酸氢钠的溶解度较小。向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:   这种方法被人们称为侯氏制碱法。 2 3 1 (1)写出由碳酸氢钠固体制取碳酸钠的化学方程式:   　。  2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑ 2 3 1 (1)NaHCO3固体受热分解生成Na2CO3,反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑。 (2)如果碳酸钠固体中混有碳酸氢钠固体,应如何除去?　　　　(填操作方法);如果碳酸氢钠溶液中混有碳酸钠,应如何除去? 　  　(写出化学方程式)。  加热 2 3 1 Na2CO3+H2O+CO2===2NaHCO3 (2)由(1)分析可知,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,可以向溶液中通入过量二氧化碳气体,使Na2CO3转化为NaHCO3。 3.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,用如图所示装置制取NaHCO3,然后再用NaHCO3制取Na2CO3。 2 3 1 (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　 。  CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O 2 3 1 除去CO2中的HCl气体 NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑ (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,反应的离子方程式为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气体,反应的化学方程式为NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑。 (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   　。  NH3+CO2+H2O+NaCl===NaHCO3↓+NH4Cl 2 3 1 (2)装置丙中氯化钠、二氧化碳、氨气和水反应可得两种产物,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　　　、洗涤固体、　　　,最后一步发生反应的化学方程式为 　  　　　　　　　　　　。  过滤 2 3 1 灼烧 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑ (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,灼烧碳酸氢钠发生反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑。 Ⅱ.测定所得产品的组成和纯度 (4)检验纯碱样品中是否混有NaHCO3,请选择下列装置设计实验,并完成表格: 2 3 1 选择的装置(填字母) 实验现象 实验结论   样品中含NaHCO3 答案:(4)A、B(或A、C或A、C、B)　B中澄清石灰水变浑浊(或C中物质变蓝或C中物质变蓝,B中澄清石灰水变浑浊)　 (4)用装置A加热分解 NaHCO3,用澄清石灰水检验是否有二氧化碳气体放出,用无水CuSO4检验是否有H2O生成。选择装置A、B,若澄清石灰水变浑浊,则样品中含有NaHCO3;选择装置A、C,若无水CuSO4变蓝,则样品中含有NaHCO3;选择装置A、C、B,若无水CuSO4变蓝,澄清石灰水变浑浊,则样品中含有NaHCO3。 2 3 1 (5)测定该纯碱样品的纯度:称取m1 g样品,置于小烧杯中,加水溶解,滴加足量CaCl2溶液。将反应混合物过滤、洗涤、干燥、称量,得到固体的质量 为m2 g。则该纯碱样品的纯度为　　　　。  % 2 3 1 (5)设样品中Na2CO3的质量为x g,CaCl2与Na2CO3反应生成碳酸钙和氯化钠: CaCl2+Na2CO3===CaCO3↓+2NaCl 106 100 x g m2 g ,x=,样品纯度为%。 2 3 1 饱和食盐水 A和NaCl饱和溶液 悬浊液 晶体 纯碱 饱和NaCl溶液NaHCO3Na2CO3, $$