1、 研究与实践研究与实践 1 了解纯碱的生产历史了解纯碱的生产历史 【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】 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= 高温 Na2S4CO。 (3)最后利用硫化钠与石灰石的反应生产碳酸钠： Na2SCaCO3=Na
2、2CO3CaS。 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
3、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。 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】 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 氨碱法(索尔
4、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】 1侯氏制碱法的原理反应能发生的原因是
5、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( ) 答案 C 解析 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，则 A 说法正确；析出 晶体后的溶液一
6、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。 2下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( ) AA 气体是 CO2，B 气体是 NH3 B第步得到的晶体是 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第步操作的主要过程有溶解、蒸发、结晶 答案 C 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
7、体，产生高浓度的 HCO 3，才能析出 NaHCO3晶体。 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=NaHCO3NH4Cl。据此，我国杰出的化学家侯德榜设计出 了生产纯碱的方法： 饱和 NaCl 溶液 通NH3 通CO2 NaHCO3 加热 Na2CO3， 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：_ _。 (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)。 答案
8、 (1)2NaHCO3= Na2CO3H2OCO2 (2)加热 Na2CO3H2OCO2=2NaHCO3 解析 (1)NaHCO3固体受热容易分解生成 Na2CO3，反应的化学方程式为 2NaHCO3= Na2CO3 H2OCO2。(2)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。 4侯氏制碱法的步骤如下图： 试回答下列问题： (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
9、溶解度_。 (2)的操作叫_。 (3)的操作叫_。 答案 (1)NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl 大 (2)过滤 (3)灼烧 解析 (1)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：NaCl NH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl。显然溶解度：NaClNaHCO3，所以在 NaCl 的饱和溶液中才 会析出 NaHCO3。(2)把不溶晶体与液体分离的方法称为过滤。(3)的操作是对 NaHCO3进行加热，使 其分解，同时使挥发性物质气化而除去，该操作为灼烧。 5“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
10、_，效果更好。反应制得 NaHCO3沉淀和 NH4Cl 溶液的 化学方程式为_。 (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_。 答案 (1)NH3 NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl (2)CaCl2 NH4Cl 作氮肥 解析 (1)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 NaClNH3CO2H2O=NaHCO3
11、NH4Cl。(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 NaClNH3CO2H2O=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。 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、NH3、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)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_ _。 (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
12、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 _。 (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_。 .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： 选择的装置(填编号) 实验 现象 实验结论 样品中含 NaHCO3 (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
13、样品的纯度为 _。 答案 (1)CaCO32H =Ca2CO 2H2O 除去CO2中的HCl气体 NaHCO3HCl=NaCl H2OCO2 (2)NH3CO2H2ONaCl=NaHCO3NH4Cl (3)过滤 灼烧 2NaHCO3= Na2CO3H2OCO2 (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) 106m2 m1 % 解析 (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， 反应的离子方程式是 CaCO3 2H =Ca2CO 2H2O；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
14、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=NaClH2OCO2。 (2)装置丙中氯化钠、二氧化碳、氨气反应可得两种产物，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 NH3CO2H2ONaCl=NaHCO3NH4Cl。 (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、灼烧生 成碳酸钠，灼烧碳酸氢钠发生反应的化学方程式为 2NaHCO3= Na2CO3H2OCO2。 (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，选择装置 B，若 澄清石灰水变浑浊，则含有 NaHCO3。 (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； CaCl2Na2CO3=CaCO32NaCl 106 100 x g m2 g 106 x g 100 m2 g x106m2 100 样品纯度为 106m2 100 m1 100%106m2 m1 %。
