2.1 研究与实践1 了解纯碱的生产历史(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程化学必修第一册同步学习指导(人教版2019)

075 研究与实践1了解纯碱的生产历史 ●研究目的 1.纯碱是一种重要的化工原料，具有广泛的用途 2.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。 ●研究任务 1.材料查阅 (1)路布兰制碱法：791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先使氯化钠与硫酸反应生成硫酸钠：2NaCl+H,S0,△Na,S0,+2HCl↑。 ②然后用焦炭还原硫酸钠得硫化钠：Na,S0,+4C高盖Na,S+4C0↑。 ③最后利用硫化钠与石灰石的反应生产碳酸钠：Na,S+CaCO,一Na,CO,+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。 ①在饱和食盐水中先通入氨气，再通人足量二氧化碳，析出碳酸氢钠：NaCl+NH+CO,+H,0 NaHCO3↓+NH,Cl. ②过滤，洗涤，煅烧碳酸氢钠晶体，得到纯碱产品：2NHC0,△Na,C0,+C0,↑+H,0,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：2NH,C1+Ca(OH)2△CaC,+2NH,↑+2H,0,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。 侯氏制碱法，低温下先向饱和食盐水中通人氨气，再通入二氧化碳可析出碳酸氢钠，再加人细盐末，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，所以氟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NHCO,和NH,C1,该法生产的纯碱质量优良，纯白如雪。 2.三种制碱法优缺点 (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：主要生产过程在固相中进行， 难以连续生产：需浓硫酸作原料，设备腐蚀严重：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；生成HC,C0等气体，造成环境污染。 (2)索尔维制碱法相对路布兰制碱法的优点：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。缺点：原料利用率低，并产生大量使用 价值不高的副产物CaCl。 (3)侯氏制碱法相对于索尔维制碱法做了如下改进：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品出来，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CO,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。 076 题点例练 例 (2024·河北石家庄市第二十七中学期中)“侯氏制碱法”是我国化工专家侯德榜为世界制碱工业作出的 突出贡献。模拟“侯氏制碱法”以粗盐水为原料制备纯碱的流程如图所示。 ·粗盐木提耗后，溶液A为NaC溶流 CO. 粗盐水 1提纯 溶液A 乳溶液B 煅烧 沉淀A 沉淀B 纯城 回答下列问题： 根据两者在饱和食盐木中的溶解能力不同 确定通入的先后顺序 (1)向溶液A中先通人 至饱和（填“C0”或“NH,”,下同），再向溶液中通入 ,此时观察 到溶液中有晶体析出，该反应的化学方程式为 ·利用碳酸氧钠的浮解度小于碳酸钠 (2)溶液B中主要溶质的电离方程式为 (3)此流程中可以循环利用的物质是 前面利用的物质又在后边生成，这样的物质可循环利用 (4)沉淀B煅烧得到纯贓的化学方程式为 利用了NaHCO3的不稳定性 【思路分析】粗盐水提纯，溶液A为NC1溶液，CO2能溶于水，但溶解度小，氨气极易溶于水，且使溶液显碱 性，便于吸收C02,因此先通入氨气至饱和，后通入二氧化碳，利用碳酸氢钠的溶解度小于碳酸钠，则溶液A发生 NaCI+CO2+NH+H,0一NaHCO3↓+NH,Cl,碳酸氢钠不稳定受热分解为碳酸钠、二氧化碳和水。 】对点精练 (2024·湖南长沙高一浏阳一中校考阶段练习)侯氏制碱法（联合制碱法）的工艺流程如图所示。下列说法正 确的是 (） 合成氨业提供 g0 精致饱和食盐水→吸氨I→碳酸化→过滤→HG0结品 液 液1 个 煅烧 盐析冷却 吸氨 Xa.CO 个 NaCl NH.CI NH A.“吸氨【”和“碳酸化”工序可以互换 B.“吸氨Ⅱ”操作目的是将碳酸盐转化为碳酸氢盐同时增大NH浓度 C.侯氏制碱法的主要方程式为NaCI1(饱和)+CO2+NH,+H,0一NaHCO,↓+NH,Cl D.CO2、NH,、H,O都得到循环利用.提高了生产效益应生成HO2、0和硫酸钡，生成0的反应为氧化还原反应， 入氯化钠盐析得到母液Ⅱ为饱和食盐水，再循环使用，过滤得 生成H202的反应为复分解反应，B正确：反应②为2KMO,+ 到的碳酸氢钠品体煅烧得到碳酸钠为纯碱，生成的二氧化碳 5H023+3H,S0,=K,S0+2MnS0+502↑+8H,0. 重新同到碳酸化步骤循环使用。由于氨气的溶解度远大于二 Mno. KMn0.为氧化剂，反应⑤为2H02-0,↑+2H20.Mn0,为 氧化碳，先通入氨气造成碱性环境，可以吸收更多的二氧化 催化剂：经过反应④，反应⑤中H,0,的物质的量少于反应② 碳，从而生成碳酸氢根离子，则“吸氨I”和“碳酸化”两过程 中H,02的物质的量，产生气体的量也不同.C正确：反应3为 顺序不可以互换，A错误：“吸氨Ⅱ”操作目的是将碳酸氢钠转 H,O,和BaCL,反应生成BO,沉淀，该沉淀溶解度很小，难溶 化为碳酸钠，同时增大NH浓度，利于氯化铵析出，避免碳酸 于HC1,不能比较酸性大小，D错误 氢钠析出，B错误：侯氏制碱法的主要方程式为NaC1(饱和) 9.(1)C0+H·=HC0 +CO,+NH,+H0=NaHCO,。+NHCI,C正确：由题给 (2)吸收C0,中的水蒸气（或干燥C0,气体）不能 流程可知，制备碳酸钠的过程中二氧化碳、水可以循环使用， (3)防止空气中的C02和水蔡气进人C装置于扰实验 氨气没有循环使用，D错误 (4)C0, 微专题突破（三）Na,CO,、NaHCO,与盐酸的反应分析 (5)2NaHCO,=Na,CO,+CO,+H20 微思考 (6)58% 取某一溶液少许于小试管中，将另一种溶液滴到该试管中，若 【解析】(1)方案一中，碳酸钠和碳酸氢钠混合物中滴加稀 开始无明显现象，后有无色气体放出，说明试管中的溶液是 硫酸，碳酸的先和稀硫酸反应，生成碳酸氢的，离子方程式为 Na,CO,溶液，另一种溶液是稀盐酸；若立即有无色气体放出， C0+H—HC0,。(2)产生的二氧化碳中混有水蒸气， 说明试管中的溶液是稀盐酸，另一种溶液是N,CO,溶液 霄要除去，否则实验不能成功。(3)实验方案是测定样品和稀 微思考 硫酸反应产生的二氧化碳的质量，结合样品质量，计算碳酸钠 NaCO,NaHCO,根据图中产生CO,消耗的盐酸体积是无 的质量，从而计算碳酸钠的含量，空气中的二氧化碳和水蕊气 气体产生时的2倍可知，加人盐酸发生的反应的两个阶段： 干扰实脸，需要防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置C ①C0+H+HC0:,2HCO+H°=C0↑+H,0,第 (4)实验前后C装置的质量差是样品与稀硫酸反应产生的 C02质量，从而计算碳酸钠的质量分数。(5)碳酸氢纳受热分 二阶段耗酸多，可知原溶液中含有NHCO,即溶液A的溶质 是Na,C0NaHC03 解的化学方程式为2八NaHC0,△Na,C0,+C0,↑+H,0.题点例练 (6)设碳酸氨钠的质量为，反应生成水和二氧化碳的质量为题点 18.0g+20.0g-34.9g=3.1g,则： 例：(1)2.9 2NaHC0,△Na,C0,+H,0+C03↑△m (2)K,C0、,KHC0, 168 62 【解析】(1)二氧化碳、水与过氧化钠反应的化学方程式为 3.1g 2N03+2C02=2NaC03+03,2N02+2H20 168.62 4NOH+O,↑，二氧化碳、水与过氧化钠反应生成碳酸钠和 x3.1g 解得x=8.4g,该试样中纯碱的质量分数为： 氢氧化钠，由过氧化钠与碳酸钠、氨氧化纳的化学式比较可 20.0g-8.4B×100%=58%。 知，反应完成后，图体增加的质量为一氧化碳和氢气的质量 20.0g 则增加的质量为2.6g+0.3g=2.9g。(2)K0H溶液与一 研究与实践1了解纯碱的生产历史 定量的二氧化碳反应可能得到碳酸钾溶或碳酸氢御溶液或 碳酸钾和氨氧化钾混合溶液或碳酸钾和碳酸氨钾的泥合溶 题点例练 液，由图可知，向反应后的溶液中加入盐酸溶液时，先没有二 例：(1)NH2 CO,NaCl CO,NH,H20 =NaHCO3 氧化碳气体生成，完全反应时消耗盐酸溶液的体积比没有气 NH.CI 体生成加入盐酸溶液体积的2停还大，说明氩氧化钾溶液与 (2)NH.CI=NH+CI 一定量的二氧化碳反应得到的是K,CO,、KHCO1的混合 (3)C0: 溶液 (4)2NaHc0,△Na,C0,+C0,↑+H,0 对点精练 【细解】(1)C02能溶于水，但济解度小，复气极易溶于水， C向NOH和NCO,混合溶液中滴加稀盐酸，发生的反应 且使溶液显碱性，便于吸收C0,增大二氧化碳的溶解性，因 依次为OH+H=H,0,CO+H=HC01,HC0,+ 此先通入氨气至饱和，后通入二氧化碳：利用碳酸氢钠的溶 H'一C02↑+H20,据此可以解答。在0-a范围内，发生 解度小于碳酸纳，则溶液A发生NaC+CO+NH,+H,O 的反应应该是0H+H—H,0,CO+H*—HC0,A =NaHCO:↓+NH,C:(2)溶液B中的溶质为NH,CI和 错误：ab段发生反应的离子方程式为HCO,+HC0,↑ NHCO,,主要物质是氯化铵，氯化铵属于可溶强电解质，在 +HO,B错误：溶液中的溶质为Na,CO3和NuOH,则Oa段消 水中的电离方程式为NHC=NH+CI:(3)沉淀B是 耗盐酸的体积大于h段消耗盐酸的体积.即V(Oa)>V(a~ NHC0,,受热分解产生的CD2可以循环利用：(4)碳酸氨钠 0.4),a>0.2,C正确：向原混合溶液中通入过量的C0,,氢氧 受热分解的化学方程式为2NaHC0,△Na,C0,+C0,1 化钠，碳酸钠都和CO2反应生成N:HCO3溶液，D错误。 +H,0 练案[11] 对点精练 C合成氨工业提供的氨气和二氧化碳，先吸氨，再碳酸化，过 学业考达标练 滤得到母液1，吸收氨气降温冷却得到氟化铵品体，滤液中加1，C氨气极易溶于水，所得溶液量碱性，饱和食盐水中通氨气、 284