課題3：純堿的生產(chǎn)

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1、 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書—化學(xué)選修第二冊[人教版] 第1單元 走進(jìn)化學(xué)工業(yè) 課題3 純堿的生產(chǎn) 教學(xué)目的： 1.了解我國純堿工業(yè)的現(xiàn)狀，掌握相關(guān)的化學(xué)原理； 2.結(jié)合侯氏制堿法，對學(xué)生進(jìn)行愛國主義教育； 3.了解我國基本化工的生產(chǎn)資源、基本化工產(chǎn)品的主要種類和發(fā)展概況。 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：掌握與純堿工業(yè)相關(guān)的化學(xué)原理； 探究建議： 1、實驗：用碳酸氫銨和氯化鈉制取碳酸鈉，對產(chǎn)品進(jìn)行檢驗； 2、查閱資料：侯德榜制堿法。 課時劃分：一課時 教學(xué)過程： 見PPT文件 [課堂練習(xí)] 1、盛放NaO

2、H溶液的試劑瓶口部，時間長了會有白色固體附著，這固體的成分是 B A.NaOH B.Na2CO3 C.NaHCO3 D.Na2CO3·10H2O 2.下列實驗中，沒有白色沉淀或晶體析出的是CD A.飽和石灰水中加入少量NaOH固體 B.飽和碳酸鈉溶液中通入足量的CO2 C.氯化鈣溶液中通入少量CO2 D.碳酸氫鈉溶液中加入氯化鋇溶液 3.下列關(guān)于NaHCO3的敘述，不正確的是AD A．它是一種白色粉末，溶解度大于Na2CO3 B．加熱至200℃左右，可完全分解，利用這種性質(zhì)，可由NaHCO3制取純堿 C．與Na2CO3相似，

3、當(dāng)質(zhì)量相同，分別跟足量鹽酸反應(yīng)后，NaHCO3可得到較多的二氧化碳 D．其分子為NaHCO3·10H2O在空氣中會風(fēng)化 4.下列物質(zhì)中，可用于治療胃酸過多的是A A.碳酸鈉 B.氫氧化鈉 C.氧化鈉 D.碳酸鋇 5.純堿和小蘇打是廚房中兩種常見的用品，它們都是白色固體，下列區(qū)分這兩種物質(zhì)的說法正確的是C A.分別用炒鍋加熱兩種樣品，全部分解揮發(fā)，沒有殘留物的是小蘇打 B.用潔凈鐵絲蘸取兩種樣品在煤氣火焰上灼燒，使火焰顏色發(fā)生明顯變化的是小蘇打 C.用兩只小玻璃杯，分別加入少量的兩種樣品，再加入等量的食醋，產(chǎn)生氣泡快的是小 蘇打 D.先將兩樣品

4、配成溶液，分別加入石灰水，無白色沉淀生成的是小蘇打 6.某學(xué)生擬用溶液吸收氣體，制備溶液，為了防止通入的 氣 體過量生成，他設(shè)計了如下的實驗步驟： j用25mL溶液吸收過量的氣體，至氣體不再溶解； k小心煮沸溶液1～2分鐘； l在k得到的溶液中加入25mL相同的 溶液，使溶液充分混合。 按他的設(shè)計，第j步實驗裝置如下圖： A B C （1）他能否制得較純凈的 ，理由是 （2）裝置A使用的試劑是石灰石和稀鹽酸，可否用純堿代替石灰石 原因是

5、 （3）裝置B使用的試劑是 作用是 （4）有人認(rèn)為實驗步驟②③的順序?qū)φ{(diào)，即先混合，再煮沸，更合理，你認(rèn)為對嗎？為什么？_________________________________________________。 答案：（1）能 理由是：實驗①生成，其中溶解的氣體煮沸時除去，在實驗③恰好被NaOH中和完全，轉(zhuǎn)化生成（2）不能 原因是：實驗中使用的氣體發(fā)生器，只適用于塊狀固體和液體反應(yīng)，是粉末狀固體，反應(yīng)過于劇烈（3）飽和溶液

6、 除去中的HCl氣體（4）不合理若不先驅(qū)除溶液中溶解的氣體，實驗③加入NaOH將有一部分消耗于與氣體的反應(yīng)，使不能完全轉(zhuǎn)化為 7．化學(xué)活動課上，三組學(xué)生分別用圖示甲、乙兩裝置探究“NaHCO3和Na2CO3與稀鹽酸的反應(yīng)”，按表中的試劑用量，在相同條件下，將兩個氣球中的固體粉末同時倒入試管中(裝置的氣密性已檢查)。 請回答： ⑴ 各組反應(yīng)開始時，____裝置中的氣球體積先變大，該裝置中反應(yīng)的離子方程 式是________________________________________。 ⑵ 當(dāng)試管中不再有氣體生成時，三組實驗出現(xiàn)不同現(xiàn)象，填寫下表的空格。 組數(shù) 試劑用量

7、 實驗現(xiàn)象 (氣球體積變化) 分析原因 ① 0.42 g NaHCO3 0.53g Na2CO3 3mL 4 mol·L－1鹽酸 甲中氣球與乙中 氣球的體積相等 甲、乙鹽酸均過量 n(NaHCO3)=n(Na2CO3) ν甲(CO2)=ν乙(CO2) ② 0.3 g NaHCO3 0.3 g Na2CO3 3mL4 mol·L－1鹽酸 甲中氣球比乙中 氣球的體積大 ③ 0.6 g NaHCO3 0.6 g Na2CO3 3mL2 mol·L－1鹽酸 甲中氣球比乙中 氣球的體積大 片刻后，乙中氣球 又縮小，甲

8、中氣球 的體積基本不變 (用離子方程式表示) 答案：⑴ 甲 HCO3－+H＋=CO2 ↑+H2O ⑵ ②甲、乙鹽酸均過量 n(NaHCO3) >n(Na2CO3) V甲(CO2)> V乙 (CO2) ③ 甲、乙鹽酸均不足量 消耗的n(NaHCO3) >n(NaCO3) V甲(CO2) > V乙(CO2)；CO2+ CO32－+H2O=2HCO3－ 解析：⑵根據(jù)化學(xué)方程式計算可知第①組中NaHCO3和Na2CO3都已完全反應(yīng)。對比第①組數(shù)據(jù)知第②組中鹽酸一定過量，NaHCO3和Na2CO3一定完全反應(yīng)，且NaHCO3產(chǎn)生的CO2比Na2CO

9、3的多。第③組中，n(Na2CO3)=0.0057mol，n(NaHCO3)=0.0071mol，n(HCI)=0.006mol。把Na2CO3緩慢加入到鹽酸中，在鹽酸反應(yīng)完以前，鹽酸是過量的而Na2CO3是少量的。因此開始發(fā)生的反應(yīng)是： Na2CO3+2HCI =2NaCI+CO2↑+H2O，根據(jù)化學(xué)方程式，有： Na2CO3 + 2HCI == 2NaCI + CO2↑+H2O 0.003mol 0.006mol 0.003mol NaHCO3 + HCI == NaCI + CO2↑+H2O 0.006mol 0.006mol 0.006

10、mol 說明Na2CO3、NaHCO3都過量，NaHCO3產(chǎn)生的CO2較Na2CO3的多。因為氣體收集于氣球中，乙中CO2又與過量的Na2CO3溶液反應(yīng)。 8、根據(jù)侯德榜制堿法原理并參考下表的數(shù)據(jù)，實驗室制備純堿Na2CO3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℃，攪拌下分批加入研細(xì)的NH4HCO3固體，加料完畢后，繼續(xù)保溫30分鐘，靜置、過濾得NaHCO3晶體。用少量蒸餾水洗滌除去雜質(zhì)，抽干后，轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中，灼燒2小時，制得Na2CO3固體。 四種鹽在不同溫度下的溶解度（g / 100 g水）表 溫度 溶解度 鹽 0℃ 10℃ 2

11、0℃ 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 100℃ NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3 39.8 NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0 －① － － － NaHCO3 6.9 8.1 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4 － NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.3 77.3 ①＞35℃NH4HCO3會有分解 請回答： （1）反應(yīng)溫度控制在30℃～35℃，是因為若高于35℃，則

12、 ，若低于30℃，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分鐘，目的是 。靜置后只析出NaHCO3晶體的原因是 。用蒸餾水洗滌NaHCO3晶體的目的是除去 雜質(zhì)（以化學(xué)式表示）。 （3）過濾所得的母液中含有

13、 （以化學(xué)式表示），需加入 ，并作進(jìn)一步處理，使NaCl溶液循環(huán)使用，同時可回收NH4Cl。 （4）測試純堿產(chǎn)品中NaHCO3含量的方法是：準(zhǔn)確稱取純堿樣品W g，放入錐形瓶中加蒸餾水溶解，加1滴～2滴酚酞指示劑，用物質(zhì)的量濃度為c(mol / L)的HCl溶液滴定至溶液由紅色到無色（指示＋H＋＝反應(yīng)的終點(diǎn)），所用HCl溶液體積為V1 mL，再加1滴～2滴甲基橙指示劑，繼續(xù)用HCl溶液滴定至溶液由黃變橙，所用HCl溶液總體積為V2 mL。寫出純堿樣品中NaHCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算式：NaHCO3（％）＝ 答案：（1）

14、NH4HCO3分解； 反應(yīng)速率降低； 水浴加熱 （2）使反應(yīng)充分進(jìn)行； NaHCO3的溶解度最??； NaCl、NH4Cl、NH4HCO3 （3）NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3； HCl （4） 侯氏制堿法 碳酸鈉用途非常廣泛。雖然人們曾先后從鹽堿地和鹽湖中獲得碳酸鈉，但仍不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。 　　1862年，比利時人索爾維（Ernest Solvay 1838—1922）發(fā)明了以食鹽、氨、二氧化碳為原料制取碳酸鈉的“索爾維制堿法”（又稱氨堿法）。此后，英、法、德、美等國相繼建立了大規(guī)模生產(chǎn)純堿的工廠，并組織了索爾維公會，對會員以外的國家實行技術(shù)封鎖。 　　

15、第一次世界大戰(zhàn)期間，歐亞交通梗塞。由于我國所需純堿都是從英國進(jìn)口的，一時間，純堿非常缺乏，一些以純堿為原料的民族工業(yè)難以生存。1917年，愛國實業(yè)家范旭東在天津塘沽創(chuàng)辦了永利堿業(yè)公司,決心打破洋人的壟斷，生產(chǎn)出中國的純堿。他聘請正在美國留學(xué)的侯德榜先生出任總工程師。 　　1920年，侯德榜先生毅然回國任職。他全身心地投入制堿工藝和設(shè)備的改進(jìn)上，終于摸索出了索爾維法的各項生產(chǎn)技術(shù)。1924年8月,塘沽堿廠正式投產(chǎn)。1926年，中國生產(chǎn)的“紅三角”牌純堿在美國費(fèi)城的萬國博覽會上獲得金質(zhì)獎?wù)?。產(chǎn)品不但暢銷國內(nèi)，而且遠(yuǎn)銷日本和東南亞。 　　針對索爾維法生產(chǎn)純堿時食鹽利用率低，制堿成本高，廢液、廢渣

16、污染環(huán)境和難以處理等不足，侯德榜先生經(jīng)過上千次試驗，在1943年研究成功了聯(lián)合制堿法。這種方法把合成氨和純堿兩種產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)，提高了食鹽利用率，縮短了生產(chǎn)流程，減少了對環(huán)境的污染，降低了純堿的成本。聯(lián)合制堿法很快為世界所采用。 　　由于侯德榜對制堿技術(shù)做出了重大貢獻(xiàn)，所以人們把他所發(fā)明的聯(lián)合制堿法稱做“侯氏制堿法”。他本人也榮獲“中國工程學(xué)會化工貢獻(xiàn)最大者獎”，并被聘為英國化學(xué)工業(yè)學(xué)會名譽(yù)會員，以及英國皇家學(xué)會和美國化學(xué)工程學(xué)會榮譽(yù)會員。 　　侯德榜先生對英、法、德、美等國壟斷技術(shù)十分憤慨，將自己多年來研究制堿技術(shù)的心得寫成《純堿制造》一書，于1933年在美國出版，將保密達(dá)70年之久的索爾

17、維法公諸于世，為中外學(xué)者所欽佩。該書被譽(yù)為首創(chuàng)的制堿名著，為祖國爭得了榮譽(yù) 附：“索爾維法”和“侯氏制堿法” 十九世紀(jì)六十年代，比利時人蘇爾維，發(fā)明用氨、二氧化碳和食鹽飽和液共同作用，制得碳酸氫鈉。經(jīng)分濾并煅燒分解，得到高純度的碳酸鈉，這就是有名的氨堿法，又稱為蘇爾維法。氨堿法產(chǎn)出的碳酸鈉的質(zhì)量，比天然堿和路布蘭法產(chǎn)的堿都好得多，因此，人們把它叫作“純堿”。 蘇爾維法比過去的路布蘭法有明顯的優(yōu)點(diǎn)。但是，它對原料氯化鈉的利用率卻比較低（僅28%左右），氯化鈉中的氯完全沒有被利用，全變?yōu)閺U物氯化鈣無法處理，占用土地，污染環(huán)境。我國著名的化學(xué)家侯德榜，1938年發(fā)明了“聯(lián)合制堿法”，較好地解決了這個問題。它是聯(lián)合氨堿法與合成氨法，同時制造純堿和氯化氨的方法。它以食鹽和二氧化碳（合成氨工業(yè)的副產(chǎn)品）為原料，將氨與二氧化碳先后通人飽和的食鹽溶液中，生成碳酸氫鈉沉淀，經(jīng)過濾、煅燒等工序而得產(chǎn)品純堿。在濾液中，再通入氨，并加食鹽，將它所含的氯化氨析出，經(jīng)過濾、干燥，就得到氯化銨。采用這種方法，鹽的飽和溶液可循環(huán)使用。同氨堿法比較，它的優(yōu)點(diǎn)是能充分利用食鹽中的鈉和氯，避免產(chǎn)生大量的氯化鈣的廢液和廢渣，并可節(jié)省一些設(shè)備。 - 5 -