1、研究与实践1 了解纯碱的生产历史 【研究目的研究目的】 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。 【材料阅读材料阅读】 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。 制取原理与步骤 (1)先使氯化钠与硫酸反应，生成硫酸钠： 2NaClH2SO4 Na2SO42HCl。 (2)然后用焦炭还原硫酸钠得硫化钠： Na2SO44C Na2S4CO。 (3)最后利用硫化钠与石灰石的反应生产碳酸钠： Na2SCaCO3=Na2CO3CaS。 =
2、= 高温 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。 制取原理与步骤 (1)在饱和食盐水中先通入氨气，再通入二氧化碳，析出碳酸氢钠： NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl。 (2)过滤、洗涤、煅烧碳酸氢钠晶体，得到纯碱产品： 2NaHCO3 Na2CO3CO2H2O，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： 2NH4ClCa(OH)2 CaCl22NH32H2O，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
3、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。 制取原理与步骤 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NaHCO3和NH4Cl，该法生产的 纯碱质量优良，纯白如雪。 【分析讨论分析讨论】 1.根据所阅读资料，分析后一种制碱法与前一种制碱法相比所具有的优 势是什么？ 提示 氨碱
4、法(索尔维制碱法)相比于路布兰制碱法的优点是：原料(食盐 和石灰石)便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循 环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。 侯氏制碱法与氨碱法相比较，其优点是食盐的利用率大大提高，用等量 的食盐可生产更多的纯碱，同时得到氮肥氯化铵，不再产生废渣氯化钙， 减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了 大规模联合生产的优越性。 2.从生态文明建设的角度，思考侯氏制碱法的意义。 提示 减少了对环境的污染，有助于环境保护和生态文明建设，利用率 高，产率高，降低了成本，减少了资源的浪费和能源的消耗。 【结果与讨论结果与讨论】 1.侯氏制碱法的原
5、理反应能发生的原因是什么？ 提示 碳酸氢钠溶解度小，在此条件下可以生成沉淀，从而使反应发生。 2.从原材料的角度综合考虑，你认为制碱工厂可以与哪些工厂就近建设。 提示 合成氨、石灰、水泥厂等。 3.侯氏制碱法中先通氨气至饱和再通二氧化碳的优点是什么？ 提示 氨气易溶于水，且溶于水后显碱性，有助于吸收二氧化碳，从而 析出更多的碳酸氢钠。 1.“NaClCO2NH3H2O=NaHCO3NH4Cl”是著名的“侯氏制 碱法”的重要反应。下面是4位同学对该反应涉及的有关知识发表的部分 见解。其中不正确的是 理解应用理解应用 1 2 3 4 5 6 解析 侯氏制碱法的实质就是利用NaHCO3溶解度比其他物
6、质小的原理， 则A说法正确； 析出晶体后的溶液一定为该物质的饱和溶液，则C说法错误； 纯碱是Na2CO3的俗名，而NaHCO3的俗名是小苏打，则B说法正确； NH4Cl是一种可用作氮肥的副产品，D说法正确。 1 2 3 4 5 6 解析 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 ，才能析出NaHCO3晶体。 2.右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 A.A气体是CO2，B气体是NH3 B.第步得到的晶体是Na2CO3 10H2O C.侯氏
7、制碱法的工艺过程中应用了物质溶解度的差异 D.第步操作的主要过程有溶解、蒸发、结晶 1 2 3 4 HCO 3 5 6 3.已知碳酸氢钠的溶解度较小。在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：NaClNH3CO2H2O=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： 1 2 3 4 这种方法被人们称为侯氏制碱法。 试回答下列问题： (1)写出由碳酸氢钠固体制碳酸钠的化学方程式：_ _。 饱和 NaCl 溶液 通NH3 通CO2 NaHCO3 加热 Na2CO3， 2NaHCO3= Na2CO3 H2OCO2 5 6 解析 NaHCO3固体
8、受热容易分解生成Na2CO3，反应的化学方程式为 2NaHCO3 Na2CO3H2OCO2。 1 2 3 4 = 5 6 (2)如果碳酸钠固体中混有碳酸氢钠固体，应如何除去？_(写出方法)； 如果碳酸氢钠溶液中混有碳酸钠溶液，应如何除去？_ _(写出化学方程式)。 1 2 3 4 加热 CO2=2NaHCO3 Na2CO3H2O 解析 NaHCO3固体受热容易分解生成Na2CO3，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 溶液，可以在溶液中通入过量二氧化碳气体。 5 6 4.侯氏制碱法的步骤如下图： 试回答下列问题： (1)若上述的
9、悬浊液是碳酸氢钠和氯化铵的混合液，则和的总反应化 学方程式为_。 由这一反应可知氯化钠比碳酸氢钠的溶解度_。 NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl 1 2 3 4 大 5 6 解析 从生成物是NaHCO3和NH4Cl两种物质不难写出、的总反应化 学方程式：NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl。显然溶解度： NaClNaHCO3，所以在NaCl的饱和溶液中才会析出NaHCO3。 1 2 3 4 5 6 (2)的操作叫_。 过滤 1 2 3 4 解析 把不溶晶体与液体分离的方法称为过滤。 5 6 (3)的操作叫_。 灼烧 1 2 3 4 解析 的操作是对NaHCO3进行
10、加热，使其分解，同时使挥发性物质 气化而除去，该操作为灼烧。 5 6 解析 由于氨气极易溶于水，所以向饱和NaCl溶液中先通入氨气，效果 更好。反应制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化学方程式为NaClNH3 CO2H2O=NaHCO3NH4Cl。 5.“索尔维制碱法”工艺流程如图所示，请回答下列问题： (1)向饱和氯化钠溶液中先通入_，效果更好。反应制得NaHCO3沉 淀和NH4Cl溶液的化学方程式为_ _。 NH3 1 2 3 4 NaClNH3CO2H2O=NaHCO3 NH4Cl 5 6 (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
11、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 1 2 3 4 NH4Cl 作氮肥 5 6 解析 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 NH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl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。 1 2 3 4 5 6 (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_。 6.(2020 北京101中学高一质检)某化学兴趣小组模拟“侯氏制碱法”制纯 碱并进行后续实验。 .制备纯碱：先以NaCl、NH
12、3、CO2和水等为原料，用下图所示装置制 取NaHCO3，然后再将NaHCO3制备成Na2CO3。 1 2 3 4 CaCO32H=Ca2CO2 除去 NaHCO3HCl=NaClH2OCO2 H2O CO2中的HCl气体 5 6 解析 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 的离子方程式是CaCO32H=Ca2CO2H2O；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，反应的化学方程式为为NaHCO3HCl=NaClH2O CO2。 1 2 3 4 5 6 解析 装置丙中氯化钠、二氧化碳、氨气反应可得两种产物，分别是 NaHC
13、O3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NH3CO2H2ONaCl=NaHCO3NH4Cl。 (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_ _。 1 2 3 4 NH3CO2 H2ONaCl=NaHCO3NH4Cl 5 6 解析 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、灼烧生成碳酸钠，灼烧碳酸氢钠发生反应的化学方 程式为2NaHCO3 Na2CO3H2OCO2。 (3)用装置丙中
14、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_ _。 1 2 3 4 过滤 灼烧 2NaHCO3 = Na2CO3H2OCO2 = 5 6 选择的装置(填编号) 实验现象 实验结论 样品中含NaHCO3 .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 成下表： 1 2 3 4 A、B B中澄清石灰水变浑浊(或A、 C C中物质变蓝 或A、C、 B C中物质变蓝，B中澄清石 灰水变浑浊) 5 6 解析 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，选择装
15、置B，若澄清石灰水变浑浊，则含有NaHCO3。 1 2 3 4 5 6 (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_。 1 2 3 4 106m2 m1 % 5 6 样品纯度为 106m2 100 m1 100%106m 2 m1 %。 解析 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； CaCl2Na2CO3=CaCO32NaCl 106 100 x g m2 g 106 x g 100 m2 g x106m 2 100 1 2 3 4 5 6 本课结束 更多精彩内容请登录：
