高中化学鲁科版选修2 主题2 课题3 纯碱制造技术的发展 学案

课题3纯碱制造技术的发展1知道纯碱是一种重要的基本化工原料，纯碱生产可以以海盐为原料，能说明氨碱法制碱的化学原理和主要生产步骤并能写出相应的化学方程式。(重点)2了解侯氏制碱法的工艺流程，能说明侯德榜对氨碱法制碱工艺做出了什么改进。3能说出纯碱制造技术的主要发展历程，能从原料、原理、工艺等方面对几种制碱方法进行评价，进一步体会社会需求、资源的科学利用、各种技术间的相互借鉴是推动生产技术发展的重要因素。(重难点)纯碱及其用途1.纯碱学名为碳酸钠，化学式为Na2CO3，俗称苏打。2纯碱广泛用于玻璃、冶金、纺织、印染、造纸、石油化工、食品及精细化学品的生产。1纯碱属于碱类物质吗？【提示】纯碱不属于碱，属于盐类物质。吕布兰制碱法1.原料：食盐、硫酸、石灰石、煤。2反应流程3缺点：原料价格高，对设备腐蚀严重；难以连续化大生产，产品不纯，原料利用不充分，废渣污染环境。索尔维制碱法1.原料：食盐、氨和二氧化碳。2生产过程(1)在用原盐配制的饱和食盐水中，加入熟石灰和纯碱，以除去食盐水中的Mg2和Ca2。这一过程称为盐水的精制。(2)在精制盐水中，通入氨气制成氨盐水，这个过程称为盐水氨化。(3)使氨盐水吸收二氧化碳，生成碳酸氢钠和氯化铵，这个过程称为氨盐水碳酸化。化学方程式为NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl。(4)滤出碳酸氢钠后煅烧得到纯碱，同时可回收近一半的二氧化碳再利用。化学方程式为2NaHCO3Na2CO3H2OCO2。(5)将氯化铵加石灰乳分解，回收氨循环利用。化学方程式为2NH4ClCa(OH)2CaCl22NH32H2O。2索尔维制碱过程中可循环利用的物质有哪些？【提示】NH3和CO2。侯氏制碱法的工艺流程侯氏制碱法工艺流程示意图3侯氏制碱法与索尔维制碱法相比较，有哪些方面的优点？【提示】(1)原料利用率提高；(2)没有CaCl2废料，减少对环境的污染；(3)缩短了生产流程，节省了投资，降低了生产成本。索尔维制碱法(氨碱法)【问题导思】实际生产中，原料食盐中常有Ca2、Mg2等杂质，如果不除去这些杂质会产生什么危害？【提示】Ca2、Mg2分别与CO反应生成CaCO3和MgCO3，既浪费了原料，又使所得的产品不纯。氨碱法的生产过程中，盐水氨化和氨盐水碳酸化的工序能否调换？【提示】NH3易溶于食盐水，使溶液呈碱性，从而能吸收大量CO2；若两道工序调换，CO2微溶于食盐水，溶有少量H2CO3的食盐水吸收NH3时，不能生成HCO。氨碱法制纯碱涉及的反应原理是什么？【提示】NH3CO2H2ONaCl=NaHCO3NH4Cl；2NaHCO3Na2CO3CO2H2O1索尔维制碱法的工艺流程2索尔维制碱法的几道工序(1)盐水的精制：在用原盐配制的饱和食盐水中，加入熟石灰和纯碱，以除去食盐水中的Mg2和Ca2。(2)盐水氨化：在精制盐水中，通入氨气制成氨盐水。(3)氨盐水碳酸化：使氨盐水吸收二氧化碳，生成碳酸氢钠和氯化铵。反应的化学方程式为NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl。(4)碳酸氢钠的转化：滤出碳酸氢钠后煅烧得到纯碱，同时回收近一半的二氧化碳再利用。反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3CO2H2O。(5)氨的循环：将氯化铵加石灰乳分解，回收氨循环利用。反应的化学方程式为2NH4ClCa(OH)22NH3CaCl22H2O。根据氨碱法的原理，首先配制氨化饱和食盐水，即向饱和食盐水中加入氨水(体积比11)并充分搅拌；再将二氧化碳通入氨化饱和食盐水中，控制一定的温度，直至有碳酸氢钠析出。请回答下列问题：(1)用化学方程式分别表示出氨和二氧化碳在水中产生NH、HCO的原理_。(2)向饱和食盐水中通入氨气和通入二氧化碳的先后顺序是先通氨气后通二氧化碳。是否可以先通二氧化碳后通氨气？为什么？_。(3)写出氨碱法生成碳酸氢钠的化学方程式：_。【解析】在通常状况下，氨在水中的溶解度近700体积，二氧化碳在水中的溶解度仅约1体积。所以应先向饱和食盐水中通入NH3，然后再通CO2，这样会使溶液里HCO的浓度增大。【答案】(1)NH3H2ONH3H2ONHOH(或NH3H2ONHOH)；CO2H2OH2CO3HCOH(或CO2H2OHCOH)(2)不可以。在常温下，氨在饱和食盐水中的溶解度很大，二氧化碳在饱和食盐水中的溶解度较小。若先通二氧化碳后通氨气，溶液里只能产生很小浓度的HCO，不利于生成NaHCO3沉淀(3)NaClNH4HCO3=NaHCO3NH4Cl(或NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl)(1)纯碱是Na2CO3，而不是NaHCO3。(2)氨水与足量的CO2反应生成NH4HCO3：NH3H2OCO2=NH4HCO3；氨水与少量的CO2反应生成(NH4)2CO3：2NH3H2OCO2=(NH4)2CO3H2O。1以下关于索尔维制碱法的描述正确的是()A使用的原料为食盐、CO2B精制盐水后应先通入CO2再通入过量的NH3C析出NaHCO3后的母液中已无NaCl，只有NH4ClD索尔维法的缺点是盐利用率只有70%，生成的CaCl2难处理【解析】索尔维制碱法又叫氨碱法，主要原料有食盐、NH3和CO2；反应的原理为NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl，而NH3与CO2为11时才能生成NaHCO3，但CO2在水中溶解度小，先通入CO2，CO2溶解度小，再通入NH3时，NH3过量而CO2太少；析出NaHCO3后母液中仍有NaHCO3、NaCl、NH4Cl；加入石灰乳后回收NH3，但生成的CaCl2吸水性强，呈黏稠状无法处理。【答案】D联合制碱法(侯氏制碱法)【问题导思】侯氏制碱法与氨碱法相比，工艺流程有什么改进？【提示】侯氏制碱是将合成氨工业与制碱工业联合起来，改进了CO2的来源。侯氏制碱比氨碱法有哪些优点？【提示】a增大原料的利用率；b.防止CaCl2废料的产生；c.降低了生产成本。1侯氏制碱的主要过程(1)粗盐水精制：加入熟石灰和纯碱除去Ca2、Mg2。(2)盐水氨化：向精制盐水中通入NH3。(3)氨盐水碳酸化：NaClH2ONH3CO2=NaHCO3NH4Cl。(4)制Na2CO3回收CO2：2NaHCO3Na2CO3H2OCO2。(5)循环制NH4Cl：析出NaHCO3后的母液吸收NH3，降温加食盐，析出NH4Cl，滤出NH4Cl后再经氨化、碳酸化制碱。2侯氏制碱法的评价(1)优点：保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高到95%以上；NH4Cl可作氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，革除了CaCO3制CO2这一工序。(2)缺点：有时会发生氯化铵产品供过于求的情况。侯氏制碱法的工艺流程如下图所示：仔细阅读后完成下列各题：(1)写出碳酸化反应方程式：_。(2)气体B的化学式为_。(3)操作的名称是_，所需要的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯、_。在实验室里进行煅烧所用的仪器有_。(4)上述生产过程中能循环使用的物质是C、B、F、_。(填物质编号)【解析】(1)分析工艺流程图可知：E为Na2CO3，D为NaHCO3，即：2NaHCO3Na2CO3H2OCO2。因此碳酸化是指向饱和食盐水的浓氨溶液中通入CO2，其反应的方程式为NaClH2OCO2NH3=NaHCO3NH4Cl。(3)操作分离出NaHCO3晶体得母液1，故操作为过滤，过滤装置所需玻璃仪器有：漏斗、玻璃棒、烧杯；煅烧所需主要仪器为：坩埚、坩埚钳、泥三角、三脚架及酒精灯。(4)上述生产过程中能循环的物质有C、B、F、A。【答案】(1)NaClH2ONH3CO2=NaHCO3NH4Cl(2)NH3(3)过滤漏斗坩埚、三脚架、泥三角、坩埚钳、酒精灯(4)A2纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺。下列说法不正确的是() 【导学号：28920025】A“联合制碱法”是在“氨碱法”的基础上进行技术革新的成果B“联合制碱法”和“氨碱法”所用的氨都取自合成氨厂C“联合制碱法”和“氨碱法”所用的CO2都来自石灰石的分解 D“联合制碱法”的副产品是氯化铵，“氨碱法”的副产品是氯化钙【解析】“氨碱法”所用的CO2来自石灰石的分解；“联合制碱法”将合成氨厂和制碱厂联合进行生产，利用合成氨厂制造氢气时副产品的CO2作为制碱的原料。合成氨厂制造氢气的主要化学反应如下：CH2O(g)COH2，COH2O(g)CO2H2。【答案】C1侯氏制碱的3种原料：氨气、二氧化碳、食盐。2侯氏制碱的2个反应：(1)NH3CO2H2ONaCl=NH4ClNaHCO3(2)2NaHCO3Na2CO3CO2H2O3侯氏制碱的2种产品：Na2CO3和NH4Cl。1纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺。下列说法不正确的是()A“联合制碱法”和“氨碱法”的化学反应原理中都有下列化学反应NH3CO2NaClH2O=NaHCO3NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3H2OCO2B“联合制碱法”生产中有氨的循环利用工艺C“氨碱法”生产中有氨的循环利用工艺D“联合制碱法”和“氨碱法”都有一定的局限性【解析】“氨碱法”将NH4Cl和Ca(OH)2再反应，使NH3循环利用；“联合制碱法”是制得纯碱和副产品氯化铵。【答案】B2某制碱法的生产流程如下：氨水溶液A该法生产过程中可循环的物质是()ANH3和CO2BCa(OH)2CNH4ClDNaCl【解析】分析工艺流程图可知过滤出NaHCO3晶体后的母液中加入了Ca(OH)2发生反应：Ca(OH)22NH4ClCaCl22H2O