河南省滎陽高中化學走進化學工業(yè)(第5課時)《純堿的生產》三案一課學案新人教版選修2

《河南省滎陽高中化學走進化學工業(yè)(第5課時)《純堿的生產》三案一課學案新人教版選修2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《河南省滎陽高中化學走進化學工業(yè)(第5課時)《純堿的生產》三案一課學案新人教版選修2（10頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、第5課時純堿的生產 學案 【學習目標】 1. 了解索爾維制堿法和侯氏制堿法的化學反應原理、主要原料和生產過程。 2. 了解純堿的豐要性質和用途。 3. 了解純堿生產對環(huán)境的影響及解決方法。 4. 通過對索爾維制堿法和侯氏制堿法的對比，提高分析與解決問題的能力。 【重點難點】 掌握路布蘭法一一索爾維法一一聯合制堿法 (侯氏制堿)的基本原理。 課前預習 【情景材料】《純堿制造》一書于 1933年在紐約列入美國化學會叢書出版。這部化工巨著第 一次徹底公開了索爾維法制堿的秘密，被世界各國化工界公認為制堿工業(yè)的權威專著，同時被 相繼譯成多種文字出版，對世界制堿工業(yè)的發(fā)展起了重要作

2、用。美國的威爾遜教授稱這本書是 “中國化學家對世界文明所作的重大貢獻”。侯先生奉獻了畢生的精力制備純堿一一碳酸鈉， 為什么要制備碳酸鈉？它到底有什么重要用途呢？那現代工業(yè)上是怎樣制備的呢？ 【預習內容】 根據教材有關內容填寫下列空白： 一、純堿及其用途 碳酸鈉的俗名叫 ,可用來制 、、、 和,碳酸鈉作為原料可用來生產 的化合物，還大量應用于 中，我國素有“ ”之稱。 二、路布蘭制堿法 1 .原料：、、、。 2 .生產原理 路布蘭制堿法的生產原理用化學反應方程式表示為： (1)生成 NaSQ： O (2)生成 NaCO： (3)缺點：路布蘭制堿法生產純堿具有

3、, 、 等缺點O 三、氨堿法生產純堿 1 .原料 氨堿法是以 和 為原料生產碳酸鈉的過程，但因二者不能自發(fā) 進行反應，故而實際上，索爾 維發(fā)明的氨堿法是以、和 為原料，通過一系列反應來生產碳酸鈉。 2 .生產原理 氨堿法是由比利時人 發(fā)明的，所以也稱為 法，其生產原 理用化學方程式表示為： 一 , 四、聯合制堿法 1 .原料 聯合制堿法，即將 與 聯合生產的改進工藝，原料 為、和,其中 和 來自于合成氨。 2 .反應原理 聯合制堿法的主要化學反應方程式是： ? 預習內容答案 一、純堿 玻璃、制皂、造紙、紡織 漂染 鈉 □堿 二、硫酸食鹽木炭石灰石

4、 NaCl + H2SO ===== NaHSN HCl T 600?700 C NaCl + NaHSO ======== Na2SO+HClT N32SO+ 2C ===== N&S+ 2CO T N32S+ CaCO===== NS2CQ+ CaS 原料利用不充分較 成本較高 設備腐蝕嚴重 三.索爾維 索爾維制堿 NH+ CO+ H2O===NHHCO NaCl + NHHCO===NaHC0 + NHCl △ 2NaHCR====NaCO+ COT + HOT 四、氨堿合成氯化氨二氧化碳 氨二氧化碳 NaCl + NHHCO===NaHC0 + NHCl △

5、 2NaHC====NaCO+ CO T + HOT 堂中互動 【問題探究1】從天然堿的形成推測碳酸鈉在水中結晶析出主要受到哪些因素的影響？ 【教師點撥】關鍵從影響物質在水中的溶解度因素出發(fā)。 分析解答：天然堿的生產主要是利用碳酸鈉從水溶液中結晶析出，因此，根據固體物質在水中 溶解度的影響因素，改變溫度、結晶水合物的組成以及溶劑水的質量等因素，可以改變碳酸鈉 在水中的溶解情況，提高結晶析出的速率和質量（純度）。 【即學即練1】向飽和NaCO溶液中通入足量 CO,結果有晶體析出，對析出晶體的原因分析 不正確的是（ ） ? ? ? A.相同溫度下，N&CO的溶解度大于 NaHCO

6、 B.溶液中溶劑減少了 C.溶質質量增加了 D. 反應過程放熱 1 .D【解析】本題考查的是 NaCO與CO反應的知識，根據反應方程式 N&CO+ CO+ HaO===2NaHCOT以得出：通過反應，溶劑質量減少，溶質質量增加，由于 NazCO的溶解度大于 NaHCO因此有 NaHCQl!體析出。 【問題探究2】索爾維法制堿生產的主要過程可劃分為哪幾個階段？索爾維法制堿的工藝流程 是怎樣的？氨堿法有何優(yōu)、缺點？ 【教師點撥】關鍵要求學生從課本中找信息點，將信息轉化成化學用語。 分析解答：鹽水的精制一鹽水氨化一氨鹽水碳酸化一碳酸氫鈉的轉化一氨的循環(huán) COj 吊行卜鹽水精制_氨

7、化氨鹽水過洪. 匹城麗丁鹽水i鹽水f碳酸化二~? 卜叫卜＜^——些純堿 I 母液 石灰石逑坡 4 石灰乳一一I：渴一-含CaCh 優(yōu)點：氨堿法生產純堿具有原料 （食鹽和石灰石）便宜易得、產品純度高、氨和部分二氧化碳可 循環(huán)使用、制造步驟簡單、生產過程連續(xù)且規(guī)模大等。 缺點：大量CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70% g30%勺NaCl留在母液中。 【即學即練2】以下關于索爾維制堿法的描述正確的是 （ ） A.使用的原料為食鹽、C0氨 B.精制鹽水后應先通入 CO再通入過量的NH C.析出NaHCO后的母液中已無 NaCl,只有NHCl D.索爾維法的缺點是鹽利用率

8、只有 70%生成的CaCl2難處理 2 .AD【解析】索爾維制堿法又叫氨堿法，主要原料有食鹽、氨和 CO;反應的原理為 NaCl+NH + CO+ H2O===NaHC3Q + NHCl,而NH與CO為1 ： 1時才能生成 NaHCO彳1 CO在水中溶解度 小，先通入 CO, CO溶解度小，再通入 NH時，NH過量而CO太少；析出NaHC航母液中仍有 NaHCO NaCl、NHCl;加入石灰后回收 NH,但生成的CaCb吸水性強，呈黏稠狀無法處理。 【問題探究3】聯合制堿法的主要生產過程有哪些？侯氏制堿法的工藝流程是怎樣的？侯氏制 堿法比索爾維制堿法有何優(yōu)越性？ 【教師點撥】關鍵

9、要求學生從課本中找信息點，將信息轉化成化學用語。 分析解答：聯合制堿法： 鹽水精制一鹽水氨化一氨鹽水碳酸化一制 NaCO回收CG^循環(huán)制 NHCl。 保留了氨堿法的優(yōu)點，消除了它的缺點，使食鹽的利用率提高到 96% NHCl可作氮肥；可與合 成氨廠聯合，使合成氨的原料氣 CO專化成CO,革除了 CaCOliJCO^一工序。 【即學即練3】純堿是一種重要的化工原料。目前制堿工業(yè)主要有“氨堿法”和“聯合制堿 法”兩種工藝。下列說法不正確的是 （ ） A. “聯合制堿法”和“氨堿法”的化學反應原理中都有下列化學反應 NH3+ CO+ + NaCl+ H2O===NaHCO +

10、 NHCl △ 2NaHC====NaCO+ H2O+ COT B. “聯合制堿法”生產中有氨的循環(huán)利用工藝 C. “氨堿法”生產中有氨的循環(huán)利用工藝 D. “聯合制堿法”和“氨堿法”都有一定的局限性 3.B【解析】“氨堿法”將 NH4C1和Ca（OH）2再反應，使NH循環(huán)利用；“聯合制堿法”是制得 純堿和副產品氯化錢。 練案 A組（課堂反饋 滿分50分） 一、選擇題（每小題 5分，共35分） 1.在下列科學家中，為我國的化學工業(yè)做出重大貢獻的是 （ ） A.鄧稼先 B.李四光 C .華羅庚 D.侯德榜 1 .D【解析】這四位都是我國在世界上享有盛譽的著名科學家，鄧稼先是

11、核物理學家；李四光 是地質學家；華羅庚是數學家；侯德榜是化工學家。 2 .下列物質的用途中不正確 的是（ ） A.小蘇打：制糕點 B.小蘇打：發(fā)酵粉主要成分 C.過氧化鈉：制 Q D.燒堿：治療胃酸 2.D【解析】小蘇打是 NaHCO勺俗名，它可用于制糕點、作發(fā)酵粉以及治療胃酸過多等。 2N&Q+2H2O=== 4NaOH-QT,可用 Na2Q來制 Q。 3.與氨堿法比較，下列關于聯合制堿法優(yōu)點的判斷中不正確...的是（ ） A.提高了原料利用率 B.降低了生產成本 C.減少了環(huán)境污染 D. 減輕了對設備的腐蝕 3.D【解析】侯氏聯合制堿法是將合成氨工業(yè)和制堿工業(yè)聯合起來，保

12、留了氨堿法的優(yōu)點，消 除了它的缺點，使食鹽的利用率提高到 96% NHCl可作氮肥，避免了生成大量無用的 CaCl2； 同時可與合成氨廠聯合，使合成氨的原料氣 CO轉化成CO,革除了 CaCO制CO這一工序，降 低了生產成本，減少了對環(huán)境的污染。 4.1791年，法國醫(yī)生路布蘭首先獲得制堿專利，以食鹽、濃硫酸、石灰石、煤為原料制堿， 該方法分三步： △ ①用 NaCl 與 H2SO反應制 NaSO： 2NaCl + HbSO=====NaSO+ 2HC1T 燃燒 ②用焦炭還原 NaSQ 制 NaS： N&SQ+ 4C=====Ns2S+ 4COT 燃燒 ③用硫化鈉與石灰石反

13、應制 NaCO： N&S+ CaCO====NaCO+ CaS 下列說法正確的是( ) A.②③兩步都是氧化還原反應 B. 只有第②步是氧化還原反應 C.該方法對生產設備基本沒有腐蝕 D.該方法對環(huán)境污染較小 4.B【解析】依據氧化還原反應是有化合價變化的反應可知，第②步是氧化還原反應，故 A 錯，B對；該生產中產生 HCl,對生產設備嚴重酸蝕；第②步產生的 CC^大氣污染物，故 C、 D錯。 5 .根據課本的介紹，下列工業(yè)生產過程中不需要使用氨水或氨氣的是( ) A.硫酸的工業(yè)制法 B.石油的催化裂化 C.硝酸的工業(yè)制法 D.聯合制堿工業(yè) 5.B【解析】工業(yè)上用氨水來吸收制

14、備硫酸尾氣中的二氧化硫，選項 A對；選項B中，不需要 使用氨氣或氨水，選項 B對；選項C中，氨氣是工業(yè)上制備硝酸的原料之一，選項 C錯；選項 D中，氨氣是聯合制堿中的反應物，選項 D錯；正確答案為 Bo 6 .工業(yè)上常用氨堿法制取碳酸鈉(將氨和二氧化碳先后通入飽和食鹽水而析出小蘇打，再經過 濾、煨燒而得到純堿)，但卻不能用氨堿法制碳酸鉀，這是因為在溶液中 ( ) A. KHCC^ff度較大 B. KHC淄解度較小 C. K2CO溶解度較大 D. &CO溶解度較小 6.A【解析】氨堿法制取 N&CO的原理是，在精制的食鹽水中分別通入 NH、CO,由于NaHCO 溶解度不大，當 Na卡

15、, HC。濃度較大時便析出 NaHCOl體，將過濾得到的 NaHCO段燒得 N32CO,反應的方程式為： NH+H2O+ CO===NHf(aq) + HCGT(aq) , Na+ (aq) + HCO △ (aq)===NaHCO(s) , 2NaHC@====N&CO+H20T + COT。由于 KHCO^!^較大，無法從溶液 中析出，故無法利用氨堿法制取 KCO。 7.1892年比利時人索爾維以 NaCl、CO、NH、H2O為原料制得了純凈的 NaCO,該法又稱氨堿 法，其主要生產流程如下： 下列有關說法不正確的是( ) ? ? ? A.從理論上看，循環(huán)生產時不需

16、要再補充 NH B.從綠色化學原料的充分利用的角度看，該方法有兩個明顯的缺陷是：氯化鈉未能充分利用和 產生CaCl2廢棄物 C.將NHCl作為一種化工產品，不再生產 NH來循環(huán)使用 D.從理論上看，每再生產 1 mol Na 2CO,再補充的物質及其物質的量分別是補充 2 mol NaCl 和 1 mol CO 2 7 .C【解析】本題屬于實驗評價題。工業(yè)制堿的原理涉及反應： NaCl + NH+CO+ H2O=NaHCO- NHCl,2NaHCQ=NaCO+COT + H2OT。索爾維法用生成的氯化錢制備氨氣，將氯化俊進行了循 環(huán)利用，所以從理論上講，是不需要補充氨的。但是在

17、生產過程中 NaCl母液被棄去，氯化俊 制備氨氣生成了無用的氯化鈣，這兩點是索爾維法的缺陷。根據反應關系式及原子守恒，從理 論上看每生產 1 mol Na 2CO,2NaCl + 2NH+2CO?2NaHCM N32CQ+CQ,再補充的物質及其物 質的量分別是 2 mol NaCl和1 mol CO 2。 二、填空題（共15分） 8 .（6分）根據氨堿法的原理，首先配置氨化飽和食鹽水，即向飽和食鹽水中加入氨水 （體積比 1 ： 1）并充分攪拌；再將二氧化碳通入氨化飽和食鹽水中，控制一定的溫度，直至有碳酸氫鈉 析出。 請回答下列問題： （1）用化學方程式分別表示出氨和二氧化碳在水中

18、產生 NH+、HCQT的原理 （2）向飽和食鹽水中加入氨水和通入二氧化碳的先后順序是先加氨水后通二氧化碳。是否可以 先通二氧化碳后加氨水？為什么？ 。 （3）寫出氨堿法生成碳酸氫鈉的化學方程式 。 8 .（1）NH 3+H2Q=F^NH ? HzQ^^NHT+QHT或（NH3+H2Q^=^NH+ + QH）; （1 分） CQ+ H2OG^：H2CQ. , HCJ + H+ （或 CQ+ H2Q^__HCOT + H） （1 分） （2）否。在常溫下，氨在飽和食鹽水中的溶解度很大，二氧化碳在飽和食鹽水中的溶解度較 小。若先通二氧化碳后加氨水，溶液里只能產生很小濃度的 HC。，不利

19、于生成NaHCQ沉淀（2 分） （3）NaCl + NHHCQ=NaHC制 + NHCl（或 NaCl+ NH+CQ+ H2Q==NaHCQ + NHCl） （2 分） 【解析】 在通常狀況下，氨在水中的溶解度近 700體積，二氧化碳在水中的溶解度僅約 1體 積。 9 .（9分）根據侯德榜制堿法原理參考下表的數據，實驗室制備純堿 （NazCQ）的主要步驟是：將 配制好的飽和 NaCl溶液倒入燒杯中加熱，控制溫度在 30?35 C,在攪拌下分批加入研細的 NHHCQ固體；加料完畢后，繼續(xù)保溫 30 min ,靜置、過濾得 NaHCQll體。用少量蒸儲水洗滌 除去雜質，抽干后轉入蒸

20、發(fā)皿中，灼熱 2 h,制得NaCQ固體。 四種鹽在不同溫度下的溶解度 （S/100 g） 度 \溶角 0 C 10 C 20 C 30 C 40 C 50 C 60 C 100 C NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3 39.8 NHHCQ 11.9 15.8 21.0 27.0 一① 一 一 一 NaHCQ 6.9 8.1 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4 一 NHCl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 54 55.3 77.3

21、 （說明：①>35 C, NHHCS分解） 請回答： 10 / 9 （1）反應溫度控制在 30?35 C,是因為若高于 35 C,則 30 C,則 ;為控制此溫度范圍，采取的加熱方法為 （2）加料完畢后，繼續(xù)保溫 30 min ,目的是 ;靜置后只析出 NaHCOl!體 的原因是 ;用蒸儲水洗滌 NaHCO!體的目的是除去 雜質（用化學式表示）。 （3）過濾所得的母液中含有 （用化學式表示），需加入 NHCl。 （2）使反應充分進行（1分） 30?35 C時, NaHCO勺溶解度最?。?分） NaCl、NHCl、

22、,并作進一步處理，使 NaCl溶液循環(huán)使用，同時可回收 1分）水浴加熱（1分） 9.（1）NH 4HCO分解（1分） 反應速率降低（ NHHCO （1 分） HCl （1 分） （3）NaHCQ、NaCl、NHCl、NHHCO （2 分） 【解析】（1）由題意知，大于35 c時NHHCO＞解，故溫度不能超過 35 C,若低于30 c反 應速率降低，要控制此溫度范圍應用水浴加熱。 （2）保溫30 min是為了使反應充分進行，提高原料的利用率和 NaHCO勺產率，由表可知，只 析出NaHCO!體的原因是因為在 30?35 c時NaHCO勺溶解度最??；洗滌的目的是為了除去溶

23、 液中的其他雜質如 NaCl、NHCl、NHHCO?。 （3）過濾所得的母液中含有 NaHCO NHCl、NaCl、NHHCO,可以加 HCl使之全部生成 NaCl。 B組（課后拓展） 1.聯合制堿法中關鍵的一步是把 NHCl從幾乎飽和的 NaHCO溶液中分離出來，為此根據 NaCl 和NHCl溶解度的差異，向混合溶液中通入某種氣體，同時加入磨細的食鹽，可析出不夾帶 NaHCO勺NHCl。NaCl和NHCl共同存在時的溶解度曲線如圖所示，以下操作正確的是（ ） 通入氣體 溫度控制 A CO 30 ?40 c B CQ 0 ?10 c C NH 30 ?40

24、 c D NH 0 ?10 c 1 .D【解析】由題圖可知，溶液的溫度在 0?10 C的范圍內，有利于 NaCl的溶解和NHCl的析 出。向溶液中加 NaCl就是加Na卡和Cl,向溶液中加 NH就是加OHT和NH4+,這些都有利于 NHCl的析出和NaHCO勺溶解U 2 .工業(yè)上可用食鹽和石灰石為主要原料，經不同的方法生產純堿。請回答下列問題: （1）盧布蘭芳是以食鹽、石灰石、濃硫酸、焦炭為原料，在高溫下進行煨燒，再浸取，結晶而 制得純堿。 ①食鹽和濃硫酸反應的化學方程式為 ; ②硫酸鈉和焦炭、石灰石反應的化學方程式為 （已知產物之一為 CaS）;

25、 （2）氨堿法的工藝如下圖所示，得到的碳酸氫鈉經煨燒生成純堿。 甲石灰里 乙Q醉保塔 閃魅的橫 NaBCOL 丁源合地 應吸也增 己k蕓」醫(yī)髭 8/ tg, LQO目H加〕 7C-1 | 必 5Q- LU ,叫印 ?KCL --BaCl 氨建法示竟圈 r ①圖中的中間產物 C是, D。(寫化學式)； ②裝置乙中發(fā)生反應的化學方程式為 ; (3)聯合制堿法對氨堿法的改進，其優(yōu)點是 ; (4)有人認為碳酸氫鉀與碳酸氫鈉的化學性質相似，故也可用氨堿法以氯化鉀和石灰石為原料 制碳酸鉀。請結合下圖的溶解度 (S)隨溫度變化曲線，分析說明是否可行？ 2

26、 . (1)①2NaCl+ H2S。(濃)=^= NazSO + 2 HCl T DNazSO + 4C + CaCO 3 === CaS + NazCO + 4CO 或 NaSO + 2C + CaCO 3 CaS + Na2CO + 2CO2 (2)①Ca(OH)2 , NH;②NH3 + CO2 +NaCl +H 2O = NaHCQ + NH4 Cl (3)保留了氨堿法的優(yōu)點，使食鹽的利用率提高到 96% NHCl可做氮肥；可與合成氨廠聯合， 原料氣氨氣和一氧化碳都由氨廠提供，減少 CaCO制CO2這一工序，降低了能耗與污染。 (4)不可行，因為碳酸氫鉀溶解度較大，且在常溫

27、下與氯化鉀的溶解度差別小，在氨鹽水碳酸化 時無法大量析出。 【解析】(1)是考查工業(yè)生產中的基本原理； (2)是生產過程中工藝的考查，在細讀生產工藝 圖中各物質的變化后，可得出； (3)考查對教材知識白^掌握情況； (4)分析圖可看出NaHCOW 新信息KHCO在溶解度圖中的差別，可推測溶解度的差別是判斷的依據。 3 .我國化工專家侯德榜的侯氏制堿法為世界制堿工業(yè)作出了突出貢獻。他以 NaCl、NH、CO等 為原料制得NaHCO進而生產出純堿，有關反應的化學方程式為： NH+ CO+ H2O===NHHCO NHHCO+ NaCl===NaHC31 + NHCl 2NaHC==

28、==Na2CO+ COT + HOT (1)碳酸氫錢與飽和食鹽水反應，能析出碳酸氫鈉晶體的原因是 (填字母標號)。 a.碳酸氫鈉難溶于水 b.碳酸氫鈉受熱易分解 c.碳酸氫鈉的溶解度相對較小，所以在溶液中首先結晶析出 (2)某探究活動小組根據上述制堿原理，進行碳酸氫鈉的制備實驗，同學們按各自設計的方法 實驗。 ①一位同學將二氧化碳氣體通入含氨的飽和食鹽水中制備碳酸氫鈉，實驗裝置如下圖所示 (圖 中夾持、固定用的儀器未畫出 ): 試回答下列有關問題: （I）乙裝置中的試劑是; （n）丁裝置中稀硫酸的作用是 （出）實驗結束后，分離出 NaHCOl!體的操作是 （填分離

29、操作的名稱） ②另一位同學用下圖中戊裝置 （其他裝置未畫出）進行實驗： （I ）實驗時，須先從 管通入 氣體，再從 管中通入 氣體; （n）有同學建議在戊裝置的 b管下端連接己裝置，原因是 （3）請你再寫出一種實驗室制取少量碳酸氫鈉的方法： 。 3.（1）c （2）①（I ）飽和碳酸氫鈉溶液 （n ）吸收未反應的NH（答“防止倒吸”或“吸收 CO”不可以） （出）過濾 ②（I）a NH b CO （ n）增大氣體與溶液接觸面積，提高 CO吸收率 （3）往燒堿溶液中通入過量 CO（或往飽和NS2CO溶液中通入過量 CO等，其他合理方法均可） 【解析】（1）在溶液中溶解度最小的物質最先析出。（2）①除去 CO中的HCl用飽和NaHCO容 液；H2SO吸收揮發(fā)出來的 NH; NaHCOa固體形式析出，應采用過濾操作。②侯氏制堿法應向 飽和NaCl溶液中先通NH后通CO,因為NH溶解度大，可吸收更多 CO,生成較多NaHCO 體；NH極易溶于水，易發(fā)生倒吸，所以從 a管進入；己為多孔球泡，可增大接觸面積。 （3）可 禾用以下反應原理制備 NaHCO NaOHF CO===NaHCO NaCO+ CO+ H2O===2NaHCO