2019-2020年高中化學(xué) 1.3純堿的生產(chǎn)示范教案 新人教選修2.doc

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2019-2020年高中化學(xué) 1.3純堿的生產(chǎn)示范教案 新人教選修2 目標(biāo)要求： 了解純堿的生產(chǎn)及發(fā)展過程 了解體現(xiàn)天然堿的生產(chǎn)與化工生產(chǎn)之間的聯(lián)系及體現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展過程 掌握路布蘭法－索爾維法－聯(lián)合制堿法（候氏制堿） 教學(xué)過程： 一、 純堿 純堿化學(xué)名為碳酸鈉，俗名蘇打。無水碳酸鈉是白色粉末，熔點(diǎn)851℃，密度2.532g／cm，易溶于水，吸濕結(jié)塊。它是強(qiáng)酸弱堿鹽，容易水解，水溶液呈堿性。它常以水合物形式存在，常見如，十水合物Na2CO310H2O，后者是白色晶體，容易風(fēng)化，是日常食用堿的主要成分。純堿在二氧化碳過量時，轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉Na2CO3+CO2+H2O = 2NaHCO3 純堿加熱至400℃時開始分解，生成氧化鈉和二氧化碳：Na2CO3 Na2O+CO2↑ 純堿與酸類反應(yīng)生成鹽，并放出二氧化碳： Na2CO3+H2SO4 = Na2SO4+ CO2↑+H2O 純堿與石灰水作用生成氫氧化鈉------燒堿的反應(yīng)： Na2CO3+Ca(OH)2 = 2NaOH+CaCO3↓ 純堿與鹽類起復(fù)分解反應(yīng)-----氯化鈉精制反應(yīng)之一：Na2CO3 + CaSO4 = CaCO3↓+ Na2SO4 二、氨堿法生產(chǎn)純堿 1、生產(chǎn)碳酸氫鈉和氯化銨：將CO通入含氨的飽和食鹽水中即可。其主要反應(yīng)式是 NH3＋CO2＋H2O=.NH4HCO3 、 NaCl＋NH4HCO3= NaHCO3＋NH4Cl 。 2、制取碳酸鈉：碳酸氫鈉（重堿）煅燒制得純堿；分解出二氧化碳循環(huán)使用： 其反應(yīng)方程式是 2NaHCO3 Na2 CO3＋CO2↑＋H2O 。 【實(shí)驗(yàn)】（1） 將2ml NH4HCO3和2ml飽和食鹽水混合、振蕩 現(xiàn)象 反應(yīng)式 （2）用食鹽水洗滌煤氣（廢水中含氨和二氧化碳）時，可能會有白色沉淀，請用化學(xué)方程式表示 、 。 【師、生】（1）有白色晶體析出 NaCl＋NH4HCO3= NaHCO3＋NH4Cl （2）NH3＋CO2＋H2O=NH4HCO3 NaCl＋NH4HCO3= NaHCO3↓＋NH4Cl 3、注意的問題： （1）氨堿法中加入氨的主要作用 ：主要作用是讓氨與二氧化碳作用NH3＋CO2＋H2O=.NH4HCO3 ，然后再與飽和食鹽水反應(yīng) NaCl＋NH4HCO3= NaHCO3↓NH4Cl，進(jìn)而制純堿2NaHCO3 Na2 CO3＋CO2↑＋H2O （2）氨堿法制純堿的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)是：原料食鹽和石灰石易得，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。 缺點(diǎn)是：生成的氯化鈣不易處理，食鹽利用率較低，只有約70% 。 三、聯(lián)合制堿法（侯氏制堿法） 1、聯(lián)合制堿法是將氨堿法與合成氨聯(lián)合生產(chǎn)的改進(jìn)工藝。侯氏制堿是根據(jù)NH4Cl在常溫時的溶解度比NaCl大，而在低溫下卻比NaCl溶解度小的原理，在278K～283K(5℃～10℃)時，向母液中加入食鹽細(xì)粉，而使NH4Cl單獨(dú)結(jié)晶析出供做氮肥。 第一步是將NH3和CO2通入飽和NaCl中獲得晶體：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NaCl+NH4HCO3=NaHCO3↓+NH4Cl 第二步：將析出的NaHCO3晶體分離后煅燒，即得Na2CO3； 2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O 第三步：母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨，以便循環(huán)使用： 2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑＋2H2O 2、根據(jù)聯(lián)合制堿法生產(chǎn)原理，總結(jié)聯(lián)合制堿法的優(yōu)點(diǎn) 聯(lián)合制堿法主要用氨堿法與合成氨聯(lián)合生產(chǎn)，氨堿法生產(chǎn)純堿雖然具有原料普遍易得，產(chǎn)品純度高，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，而聯(lián)合制堿法生產(chǎn)純堿則有更大的優(yōu)勢： 一是原料的利用率高。聯(lián)合制堿法生產(chǎn)中母液循環(huán)使用、氯化鈉中的鈉離子用來制造堿，氯化鈉用來制造氯化銨。這樣鹽的利用率可達(dá)96％以上。而氨堿法鈉的利用率僅70％，氯利用率為零，整體利用率只有28％左右；另外聯(lián)合制堿法利用合成氨生產(chǎn)排出的二氧化碳制堿，節(jié)省了石灰石、焦炭等原料。 二是廢物排放少。聯(lián)合制堿法在生產(chǎn)過程中無大量廢液、廢渣排出，每噸只有幾千克到幾十千克，選擇廠址自由度較大；而氨堿法每噸純堿約10立方米的廢液排出，難以處理，不宜在內(nèi)陸建廠。 三是能源消耗低，可比單位綜合能耗，聯(lián)合制堿法為7100～8200MJ，而氨堿法為1xx～14000MJ。 四是成本低，聯(lián)合制堿法同時生產(chǎn)純堿和氯化銨，因此單位成本較低。 3、聯(lián)合制堿法與氨堿法之主要不同處在于：把過濾碳酸氫鈉后的母液中的氯化銨分離出來，因此，聯(lián)堿法的特點(diǎn)是同時生產(chǎn)純堿和氯化銨兩種產(chǎn)品。 四、通過比較聯(lián)合制堿法與氨堿法的原理,試說明聯(lián)合制堿法的優(yōu)點(diǎn) 1、氨堿法(索爾維制堿法) 向飽和食鹽水中通入足量氨氣至飽和，然后在加壓下通入CO2（由CaCO3煅燒而得），因 NaHCO3溶解度較小，故有下列反應(yīng)發(fā)生：NH3 + CO2 + H2O ==== NH4HCO3 NaCl + NH4HCO3 ==== NaHCO3↓ + NH4Cl 將析出的NaHCO3晶體煅燒，即得Na2CO3： ２NaHCO3 === Na2CO3 ＋ H2O ＋ CO2↑ 母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨，以便循環(huán)使用： 2NH4Cl ＋ Ca(OH)2 ==== CaCl2 + 2NH3↑ ＋2H2O 此法優(yōu)點(diǎn)：原料經(jīng)濟(jì)，能連續(xù)生產(chǎn)，CO2和NH3能回收使用。 缺點(diǎn)：大量CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70﹪，約有30﹪的NaCl留在母液中。 2、聯(lián)合制堿法(侯氏制堿法) 根據(jù)NH4Cl在常溫時的溶解度比NaCl大，而在低溫下卻比NaCl溶解度小的原理，在 278K～283 K(5℃～10℃)時，向母液中加入食鹽細(xì)粉，而使NH4Cl單獨(dú)結(jié)晶析出供做氮肥。 此法優(yōu)點(diǎn)：保留了氨堿法的優(yōu)點(diǎn)，消除了它的缺點(diǎn)，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，使合成氨的原料氣CO轉(zhuǎn)化成CO2，革除了CaCO3制CO2這一工序。