2022年高中化學 走進化學工業(yè)（第5課時）《純堿的生產(chǎn)》三案一課學案 新人教版選修2

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1、2022年高中化學 走進化學工業(yè)（第5課時）《純堿的生產(chǎn)》三案一課學案 新人教版選修2 【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(chǎn)過程。 2.了解純堿的豐要性質和用途。 3.了解純堿生產(chǎn)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——索爾維法——聯(lián)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

2、文字出版，對世界制堿工業(yè)的發(fā)展起了重要作用。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——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(xiàn)代工業(yè)上是怎樣制備的呢？ 【預習內容】 根據(jù)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(chǎn) 的化合物，還大量應用于 中，我國素有“ ”之稱。 二、

3、路布蘭制堿法 1．原料： 、 、 、 。 2．生產(chǎn)原理 路布蘭制堿法的生產(chǎn)原理用化學反應方程式表示為： (1)生成Na2SO4： 。 (2)生成Na2CO3： 。 (3)缺點：路布蘭制堿法生產(chǎn)純堿具有 ， 、 等缺點。

4、三、氨堿法生產(chǎn)純堿 1.原料 氨堿法是以 和 為原料生產(chǎn)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(chǎn)碳酸鈉。 2.生產(chǎn)原理 氨堿法是由比利時人 發(fā)明的，所以也稱為 法，其生產(chǎn)原理用化學方程式表示為： ， ， 。 四、聯(lián)合制堿法 1.原料 聯(lián)合制堿法，即將 與 聯(lián)合生產(chǎn)的改進工藝，原料為 、

5、 和 ，其中 和 來自于合成氨。 2.反應原理 聯(lián)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 口堿 二、硫酸 食鹽 木炭 石灰石 NaCl＋H2SO4NaHSO4＋HCl↑ NaCl＋NaHSO4Na2SO4＋HCl↑ Na2SO4＋2CNa2S＋2CO2↑ Na2S＋CaCO3Na2CO3＋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 NH3＋CO2＋H2

6、O===NH4HCO3 NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl 2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑ 四、氨堿 合成 氯化 氨 二氧化碳 氨 二氧化碳 NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl 2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑ 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(chǎn)主要是利用碳酸鈉從水溶液中結晶析出，因此，根據(jù)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

7、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Na2CO3溶液中通入足量CO2，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，Na2CO3的溶解度大于NaHCO3 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Na2CO3與CO2反應的知識，根據(jù)反應方程式Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3可以得出：通過反應，溶劑質量減少，溶質質量增加，由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3，因此有NaHCO3晶體析出。

8、 【問題探究2】索爾維法制堿生產(chǎn)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→鹽水氨化→氨鹽水碳酸化→碳酸氫鈉的轉化→氨的循環(huán) 優(yōu)點：氨堿法生產(chǎn)純堿具有原料(食鹽和石灰石)便宜易得、產(chǎn)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(chǎn)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%，約30%的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、CO2、氨 B.精制鹽水

9、后應先通入CO2再通入過量的NH3 C.析出NaHCO3后的母液中已無NaCl，只有NH4Cl D.索爾維法的缺點是鹽利用率只有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CO2；反應的原理為NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，而NH3與CO2為1∶1時才能生成NaHCO3，但CO2在水中溶解度小，先通入CO2，CO2溶解度小，再通入NH3時，NH3過量而CO2太少；析出NaHCO3后母液中仍有NaHCO3、NaCl、NH4Cl；加入石灰后回收NH3，但生成的CaCl2吸水性強，呈黏稠狀無法處理。 【問題探究

10、3】聯(lián)合制堿法的主要生產(chǎn)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(lián)合制堿法：鹽水精制→鹽水氨化→氨鹽水碳酸化→制Na2CO3回收CO2→循環(huán)制NH4Cl。 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%；NH4Cl可作氮肥；可與合成氨廠聯(lián)合，使合成氨的原料氣CO轉化成CO2，革除了CaCO3制CO2這一工序。 【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(lián)合制堿法”兩種工藝。下列說法不正確的是(　　) A.“聯(lián)合制堿法”和

11、“氨堿法”的化學反應原理中都有下列化學反應 NH3＋CO2＋＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl 2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑ B.“聯(lián)合制堿法”生產(chǎn)中有氨的循環(huán)利用工藝 C.“氨堿法”生產(chǎn)中有氨的循環(huán)利用工藝 D.“聯(lián)合制堿法”和“氨堿法”都有一定的局限性 3.B【解析】“氨堿法”將NH4Cl和Ca(OH)2再反應，使NH3循環(huán)利用；“聯(lián)合制堿法”是制得純堿和副產(chǎn)品氯化銨。 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

12、 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，鄧稼先是核物理學家；李四光是地質學家；華羅庚是數(shù)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O2 D．燒堿：治療胃酸 2.D【解析】小蘇打是NaHCO3的俗名，它可用于制糕點、作發(fā)酵粉以及治療胃酸過多等。2Na2O2＋2H2O=== 4NaOH＋O2↑，可用Na2O2來制O2。 3.與氨堿法比較，下列關于聯(lián)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(chǎn)成本

13、 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(lián)合制堿法是將合成氨工業(yè)和制堿工業(yè)聯(lián)合起來，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%；NH4Cl可作氮肥，避免了生成大量無用的CaCl2；同時可與合成氨廠聯(lián)合，使合成氨的原料氣CO轉化成CO2，革除了CaCO3制CO2這一工序，降低了生產(chǎn)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H2SO4反應制Na2SO4：2NaCl＋H2SO4Na2SO4＋2HCl↑ ②用焦炭還原Na2SO4制N

14、a2S：Na2SO4＋4CNa2S＋4CO↑ ③用硫化鈉與石灰石反應制Na2CO3：Na2S＋CaCO3Na2CO3＋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(chǎn)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(jù)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(chǎn)中產(chǎn)生HCl，對生產(chǎn)設備嚴重酸蝕；第②步產(chǎn)生的CO是大氣污染物，故C、D錯。 5.根據(jù)課本的介紹，下列工業(yè)生產(chǎn)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.

15、硝酸的工業(yè)制法 D.聯(lián)合制堿工業(yè) 5.B【解析】工業(yè)上用氨水來吸收制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(lián)合制堿中的反應物，選項D錯；正確答案為B。 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(jīng)過濾、煅燒而得到純堿)，但卻不能用氨堿法制碳酸鉀，這是因為在溶液中(　　) A．KHCO3溶解度較大 B．KHCO3溶解度較小 C．K2CO3溶解度較大 D．K2CO3溶解度較小 6.A【解析】氨堿法制取Na2CO3的原理是，在精制的食鹽

16、水中分別通入NH3、CO2，由于NaHCO3溶解度不大，當Na＋，HCO3－濃度較大時便析出NaHCO3晶體，將過濾得到的NaHCO3煅燒得Na2CO3，反應的方程式為：NH3＋H2O＋CO2===NH4＋(aq)＋HCO3－(aq)，Na＋(aq)＋HCO3－(aq)===NaHCO3(s)，2NaHCO3Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑。由于KHCO3溶解度較大，無法從溶液中析出，故無法利用氨堿法制取K2CO3。 7.1892年比利時人索爾維以NaCl、CO2、NH3、H2O為原料制得了純凈的Na2CO3，該法又稱氨堿法，其主要生產(chǎn)流程如下： 下列有關說法不正確的是(　　)

17、A.從理論上看，循環(huán)生產(chǎn)時不需要再補充NH3 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(chǎn)生CaCl2廢棄物 C.將NH4Cl作為一種化工產(chǎn)品，不再生產(chǎn)NH3來循環(huán)使用 D.從理論上看，每再生產(chǎn)1 mol Na2CO3，再補充的物質及其物質的量分別是補充2 mol NaCl和1 mol CO2 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＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3＋NH4Cl,2NaHCO3=Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。索爾維法用生成的氯化銨制備氨氣，將氯化銨進行了循環(huán)利用，所以從理論上講，是不需要補充氨

18、的。但是在生產(chǎn)過程中NaCl母液被棄去，氯化銨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(jù)反應關系式及原子守恒，從理論上看每生產(chǎn)1 mol Na2CO3,2NaCl＋2NH3＋2CO2～2NaHCO3～Na2CO3＋CO2，再補充的物質及其物質的量分別是2 mol NaCl和1 mol CO2。 二、填空題（共15分） 8.(6分) 根據(jù)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產(chǎn)生NH4＋、

19、HCO3－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)NH3＋H2ONH3·H2ONH4＋＋OH－或(NH3＋H2ONH4＋＋OH－)；(1分) CO2＋H2OH2CO3HCO3－＋H＋(或CO2＋H2OHCO3－＋H＋) (

20、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(chǎn)生很小濃度的HCO3－，不利于生成NaHCO3沉淀(2分) (3)NaCl＋NH4HCO3=NaHCO3↓＋NH4Cl(或NaCl＋NH3＋CO2＋H2O==NaHCO3↓＋NH4Cl) (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(jù)侯德榜制堿法原理參考下表的數(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 ℃，在攪拌下分

21、批加入研細的NH4HCO3固體；加料完畢后，繼續(xù)保溫30 min，靜置、過濾得NaHCO3晶體。用少量蒸餾水洗滌除去雜質，抽干后轉入蒸發(fā)皿中，灼熱2 h，制得Na2CO3固體。 四種鹽在不同溫度下的溶解度(S/100 g) 溫度 溶解度 鹽 0 ℃ 10 ℃ 20 ℃ 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.

22、1 12.7 14.5 16.4 － NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 54 55.3 77.3 (說明：①>35 ℃，NH4HCO3會分解) 請回答： (1)反應溫度控制在30～35 ℃，是因為若高于35 ℃，則________________，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 min，目的是________________；靜置后只析出NaHCO3晶體的原因是____________________________；用

23、蒸餾水洗滌NaHCO3晶體的目的是除去________________________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________________________，并作進一步處理，使NaCl溶液循環(huán)使用，同時可回收NH4Cl。 9.(1)NH4HCO3分解（1分）　反應速率降低（1分）　水浴加熱（1分） (2)使反應充分進行（1分）　30～35 ℃時，NaHCO3的溶解度最小（1分）　NaCl、NH4Cl、NH4HCO3（1分） (3)NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3（2分）

24、　HCl（1分） 【解析】(1)由題意知，大于35 ℃時NH4HCO3分解，故溫度不能超過35 ℃，若低于30 ℃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NaHCO3的產(chǎn)率，由表可知，只析出NaHCO3晶體的原因是因為在30～35 ℃時NaHCO3的溶解度最??；洗滌的目的是為了除去溶液中的其他雜質如NaCl、NH4Cl、NH4HCO3等。 (3)過濾所得的母液中含有NaHCO3、NH4Cl、NaCl、NH4HCO3，可以加HCl使之全部生成NaCl。 B組（課后拓展） 1.聯(lián)合制堿法中關鍵的一步是把NH4Cl從幾

25、乎飽和的NaHCO3溶液中分離出來，為此根據(jù)NaCl和NH4Cl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NaHCO3的NH4Cl。NaCl和NH4Cl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. CO2 30～40℃ B. CO2 0～10℃ C. NH3 30～40℃ D. NH3 0～10℃ 1.D【解析】由題圖可知，溶液的溫度在0～10 ℃的范圍內，有利于NaCl的溶解和NH4Cl的析出。向溶液中加NaCl就是加Na＋和Cl－，向溶液中加NH3就是加OH－和NH4＋，這些都有利

26、于NH4Cl的析出和NaHCO3的溶解。 2.工業(yè)上可用食鹽和石灰石為主要原料，經(jīng)不同的方法生產(chǎn)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，在高溫下進行煅燒，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(chǎn)物之一為CaS)； (2)氨堿法的工藝如下圖所示，得到

27、的碳酸氫鈉經(jīng)煅燒生成純堿。 ①圖中的中間產(chǎn)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(lián)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.(

28、1)①2NaCl+ H2SO4(濃) Na2SO4 + 2 HCl↑ ②Na2SO4 + 4C + CaCO3 CaS + Na2CO3 + 4CO 或Na2SO4 + 2C + CaCO3 CaS + Na2CO3 + 2CO2 (2)①Ca(OH)2 ，NH3；②NH3 + CO2 +NaCl +H2O = NaHCO3 + NH4 Cl (3)保留了氨堿法的優(yōu)點，使食鹽的利用率提高到96%；NH4Cl可做氮肥；可與合成氨廠聯(lián)合，原料氣氨氣和一氧化碳都由氨廠提供，減少CaCO3 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,且在常溫下與氯化鉀的溶

29、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(chǎn)中的基本原理；(2)是生產(chǎn)過程中工藝的考查，在細讀生產(chǎn)工藝圖中各物質的變化后，可得出；(3)考查對教材知識的掌握情況；(4)分析圖可看出NaHCO3與新信息KHCO3在溶解度圖中的差別，可推測溶解度的差別是判斷的依據(jù)。 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、NH3、CO2等為原料制得NaHCO3，進而生產(chǎn)出純堿，有關反應的化學方程式為： NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3 NH4HCO3＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl 2NaHCO3Na2CO3＋CO

30、2↑＋H2O↑ (1)碳酸氫銨與飽和食鹽水反應，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(jù)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______________________________________； (Ⅱ)丁裝置中稀硫酸的作用是_____

31、_________________________________。 (Ⅲ)實驗結束后，分離出NaHCO3晶體的操作是________(填分離操作的名稱)。 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； (Ⅱ)有同學建議在戊裝置的b管下端連接己裝置，原因是__________________________ __________________________________________________________________________。

32、 (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　(Ⅱ)吸收未反應的NH3(答“防止倒吸”或“吸收CO2”不可以)　(Ⅲ)過濾?、?Ⅰ)a　NH3　b　CO2　(Ⅱ)增大氣體與溶液接觸面積，提高CO2吸收率 (3)往燒堿溶液中通入過量CO2(或往飽和Na2CO3溶液中通入過量CO2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CO2中的HCl用飽和NaHCO3溶液；H2SO4吸收揮發(fā)出來的NH3；NaHCO3以固體形式析出，應采用過濾操作。②侯氏制堿法應向飽和NaCl溶液中先通NH3后通CO2，因為NH3溶解度大，可吸收更多CO2，生成較多NaHCO3固體；NH3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)可利用以下反應原理制備NaHCO3：NaOH＋CO2===NaHCO3，Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3。