第2章 研究与实践1 了解纯碱的生产历史-【成才之路•学案】2025-2026学年高中化学必修第一册同步新课程学习指导(人教版)

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)路布兰制减法：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先使氯化钠与硫酸反应生成硫酸钠：2NaCl+H,S0,△Na,S0+2HC1↑。 ②然后用焦炭还原硫酸钠得硫化钠：Na,S0,+4C高温Na,S+4C0个。 ③最后利用硫化钠与石灰石的反应生产碳酸钠：Na,S+CaC0,Na,C03+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，再通入足量二氧化碳，析出碳酸氢钠：NaCl+NH,+CO2+H20一 NaHCO3↓+NH4Cl。 ②过滤、洗涤、煅烧碳酸氢钠晶体，得到纯碱产品：2NaHC0,△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,Cl+Ca(OH)2△CaCL,+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入氨气，再通入二氧化碳可析出碳酸氢钠，再加入细盐末，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NaHCO,和NH4Cl,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HC1、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C02,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 (2025·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。 y粗盐木提纯后，溶液A为NaCl溶液 CO 溶液B 粗盐水 提纯 溶液A 煅烧 沉淀A 沉淀B 纯碱 回答下列问题： 根据两者在饱和食盐水中的溶解能力不同 确定通入的先后顺序 (1)向溶液A中先通入 至饱和（填“C02”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 」利用碳酸氛钠的溶解度小于碳酸钠 (2)溶液B中主要溶质的电离方程式为 0 (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煅烧得到纯碱的化学方程式为 0 利用了NaHCO,的不枪定性 【思路分析】粗盐水提纯，溶液A为NCl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 NaCl+CO2+NH3+H,0一NaHCO,↓+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 (2025·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 () 合成氨工业提供 精致饱和食盐水→吸氨I→碳酸化→过滤→NaHC0,结晶 个 母液Ⅱ 母液1 煅烧 个 析☐冷却赠吸氨可 Na,CO 个 NaCl NHz A.“吸氨I”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NaCl(饱和)+CO2+NH+H,O一NaHCO,↓+NH,Cl D.C02、NH、H,0都得到循环利用，提高了生产效益去黄色的光，避免少量的钠元素对鉴别钾元素的干扰 3.C①钠在空气中燃烧生成谈黄色的过氧化钠，错误；②钠投 问题3.F元素无特征焰色，不能通过焰色试验加以鉴别，这说 人硫酸铜溶液中最终生成蓝色氢氧化铜沉淀和氢气、硫酸钠， 明并不是所有的金属元素都能进行焰色试验。 错误：③过氧化钠可与二氧化碳或水反应产生氧气，故可在呼 题点例练 吸面具中作供氧剂，正确；④氯气氧化性强，铁丝在氯气中燃 例：B焰色试验为黄色，说明该物质中一定含钠元素，既可能是 烧生成棕褐色的FCl,正确：⑤铜在氯气中燃烧产生棕黄色 金属钠，也可能是钠的化合物，B正确；由于钾元素的焰色试 烟，错误。 验为紫色，被黄色火焰掩盖，所以须透过蓝色的钴玻璃观察。！4.(1)HC0,+H一H20+C02↑ 对点精练 (2)2Na,02+2C0,=2Na,C03+022Na,02+2H,0= 1.D焰色试验没有生成新物质，属于物理变化，A错误；铁的焰 4Na0H+02↑ 色几乎为无色，铁丝能代替铂丝进行焰色试验，B错误；焰色 (3)C0,20H°+C0,=C02+H,0 式验只能用来检验某些有特征焰色的金属元素的存在，不能 (4)取出集气瓶正放于桌面上，将一根带火星的木条伸入集气 检验所有金属元素，C错误；若某无色溶液的焰色试验不用蓝： 瓶中，若木条复燃，证明所收集的气体为O, 色钴玻璃直接观察到焰色为浅紫色，说明无Na干扰，则说明i 【解析】(I)NaHCO3的作用为除去HCl,其离子方程式为 该溶液只含K无Na,D正确。 HC0,+HH,0+C02↑。(2)从B装置中出来的C02 新题剖析 中含有水蒸气，通过C装置时CO,、H,O均能与Na,O,反应产 例：C装置B制得二氧化碳气体。左边气体往左流动，没有经 生氧气。(3)D装置中NaOH溶液的作用是除去C02。(4)利 过干燥；气体往右流动，CaCL,为干燥剂。左边淡黄色固体变 用带火星的木条检验氧气。 成了白色，带火星木条复燃；右边没有左边现象，说明N2O, 与CO2的反应需要H,0的参与，A正确；装置A转化生成 研究与实践1 了解纯碱的生产历史 Na,C03,溶于水，溶液呈碱性，B正确；2Na,O2+2C02题点例练 2Na,CO,+O,中，Na,O,既是氧化剂又是还原剂，其质量比例：(1)NH C02 NaCl CO,NH3 H,O=NaHCO 为1：1，C错误；右端带火星的木条不复燃，说明Na,02与 NH CI C02未反应，则将D中固体加入紫色石蕊溶液中，Na02与 (2)NH CI=NH*+CI H,O反应会生成NaOH和O2,Na2O2具有漂白性，故紫色石 (3)C0, 蕊溶液先变蓝后褪色，D正确。 (4)2NaHC0,△Na,C0,+C02↑+H,0 对点精练 【细解】(1)CO,能溶于水，但溶解度小，氨气极易溶于水 2.(1)浓硫酸 且使溶液显碱性，便于吸收C02,增大二氧化碳的溶解性，因 (2)将装置中空气排净将反应生成的二氧化碳全部赶到干 此先通入氨气至饱和，后通入二氧化碳；利用碳酸氢钠的溶 燥管1中被碱石灰吸收偏大 解度小于碳酸钠，则溶液A发生NaCl+CO2+NH3+H,O (3)44.2% 一NaHCO3↓+NH4Cdl:(2)溶液B中的溶质为NH4Cl和 【解析】稀硫酸和样品反应生成CO,,然后用b中浓硫酸干 燥，干燥管1吸收二氧化碳，干燥管2防止空气中成分的干 NaHCO,主要物质是氯化铵，氯化铵属于可溶强电解质，在 扰。(1)洗气瓶b中盛放的液体是对生成物进行千燥，使千燥 水中的电离方程式为NHCI—NH+Cl:(3)沉淀B是 NaHCO1,受热分解产生的CO,可以循环利用：(4)碳酸氢钠 管1吸收纯净的C0,气体，所以为浓硫酸。(2)第一次通入 N2的目的是将装置中空气排净，第二次通入N2的目的是将 受热分解的化学方程式为2NaHC0,△Na,C0,+C0,↑ 反应生成的二氧化碳全部赶到千燥管中被碱石灰吸收，如果 +H20 没有进行第一次通N2操作，会使二氧化碳的质量增大，测量对点精练 的结果将会偏大。(3)设Na2CO3为x克，NaHC03为y克，两 C合成氨工业提供的氨气和二氧化碳，先吸氨，再碳酸化，过 者反应生成C02为208.8g-200.0g=8.8g,列式：x+y= 滤得到母液I,吸收氨气降温冷却得到氯化按晶体，滤液中加 19.0(6+4)×4=88,{06 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 aHCO,的质量分 y=8.40. 到的碳酸氢钠晶体煅烧得到碳酸钠为纯碱，生成的二氧化碳 数=88x10%=4,2%。 重新回到碳酸化步骤循环使用。由于氨气的溶解度远大于二 氧化碳，先通入氨气造成碱性环境，可以吸收更多的二氧化 课堂素养评价 碳，从而生成碳酸氢根离子，则“吸氨I”和“碳酸化”两过程 1.D焰色试验时，应选用光洁无锈的细铁丝或铂丝进行焰色试 顺序不可以互换，A错误；“吸氨Ⅱ”操作目的是将碳酸氢钠转 验，A错误：焰色试验时，应选用稀盐酸洗净铂丝，不可选用稀 化为碳酸钠，同时增大NH浓度，利于氯化铵析出，避免碳酸 硫酸洗净铂丝，B错误；不是所有含有金属元素的物质灼烧时 氢钠析出，B错误：侯氏制碱法的主要方程式为NaCl(饱和) 都会使火焰呈现特征颜色，C错误：焰色试验时，钠元素的焰 +CO2+NH3+H2O一一NaHCO3↓+NH,Cl,C正确；由题给 色为黄色，D正确。 流程可知，制备碳酸钠的过程中二氧化碳、水可以循环使用， 2.C碳酸钠的俗名为纯碱，不是烧碱，A错误；碳酸钠可以用于 氨气没有循环使用，D错误。 制玻璃、制肥皂，碳酸氢钠可以用于制发酵剂、泡沫灭火器，B 微专题突破（三）Na,C0,、NaHC0,与盐酸的反应分析 错误：相同条件下，碳酸钠与同浓度稀盐酸反应的反应速率慢 于碳酸氢钠，C正确；碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、二氧化！微思考 碳和水，则不能用加热的方法除去碳酸氢钠固体中混有的碳 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 酸钠，D错误。 开始无明显现象，后有无色气体放出，说明试管中的溶液是 276