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课题3 纯碱的生产.

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1 课题3 纯碱的生产

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3 1.了解纯碱的生产及发展过程。 2.了解天然碱的生产与化工生产之间的联系及了解技术的发展过程。 3.掌握路布兰法——索尔维法——联合制碱法(侯氏制碱)的基本原理。

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5 碳酸钠的俗名叫 ,可用来制 、 、 、 和 ,碳酸钠作为原料可用来生产钠的化合物,还大量应用于 中,我国素有“ ”之称。
一、纯碱及其用途 碳酸钠的俗名叫 ,可用来制 、 、 、 和 ,碳酸钠作为原料可用来生产钠的化合物,还大量应用于 中,我国素有“ ”之称。 二、路布兰制碱法 1.原料: 、 、 、 。 2.生产原理 路布兰制碱法的生产原理用化学反应方程式表示为: 纯碱 纺织 漂染 玻璃 制皂 造纸 生活 口碱 硫酸 食盐 木炭 石灰石

6 (3)缺点:路布兰制碱法生产纯碱具有 , 、 等缺点。
(1)生成Na2SO4: (2)生成Na2CO3: (3)缺点:路布兰制碱法生产纯碱具有 , 、 等缺点。 原料利用不充分 成分较高 设备腐蚀严重

7 三、氨碱法生产纯碱 1.原料 氨碱法是以 和 为原料生产碳酸钠的过程,但因二者不能自发进行反应,故而实际上,索尔维发明的氨碱法是以 、 和 为原料,通过一系列反应来生产碳酸钠。 碳酸钠 氯化钠 二氧化碳 食盐

8 氨碱法是由比利时人 发明的,所以也称为 法,其生产原理用化学方程式表示为:
2.生产原理 氨碱法是由比利时人 发明的,所以也称为 法,其生产原理用化学方程式表示为: 索尔维 索尔维 制碱

9 联合制碱法,即将 与 联合生产的改进工艺,原料为 、 和 ,其中 和 来自于合成氨。
四、联合制碱法 1.原料 联合制碱法,即将 与 联合生产的改进工艺,原料为 、 和 ,其中 和 来自于合成氨。 2.反应原理 联合制碱法的主要化学反应方程式是: 氨碱法 合成氨 二氧化碳 氨气 氯化钠 氨气 二氧化碳 NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl

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11 一、索尔维制碱法(氨碱法) 索尔维法制碱生产的主要过程可划分为哪几个阶段? [师生互动] 【提示】 (1)盐水的精制:在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。 NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl

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13 索尔维法制碱的工艺流程是怎样的? [学生交流] 【提示】 索尔维制碱法的工艺流程

14 氨碱法有何优、缺点? [师生互动] 【提示】 优点:氨碱法生产纯碱具有原料(食盐和石灰石)便宜易得、产品纯度高、氨和部分二氧化碳可循环使用、制造步骤简单、生产过程连续且规模大等。 缺点:大量CaCl2用途不大,NaCl利用率只有70%,约30%的NaCl留在母液中。

15 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、CO2、氨 B.精制盐水后应先通入CO2再通入过量的NH3 C.析出NaHCO3后的母液中已无NaCl,只有NH4Cl D.索尔维法的缺点是盐利用率只有70%,生成的CaCl2难处理

16 【解析】 索尔维制碱法又叫氨碱法,主要原料有食盐、氨和CO2;反应的原理为NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl,而NH3与CO2为1∶1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;加入石灰后回收NH3,但生成的CaCl2吸水性强,呈黏稠状无法处理。 【答案】 AD

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18 1.1892年比利时人索尔维以NaCl、CO2、NH3、H2O为原料制得了纯净的Na2CO3,该法又称氨碱法,其主要生产流程如下:

19 下列有关说法不正确的是(  ) A.从理论上看,循环生产时不需要再补充NH3 B.从绿色化学原料的充分利用的角度看,该方法有两个明显的缺陷是:氯化钠未能充分利用和产生CaCl2废弃物 C.将NH4Cl作为一种化工产品,不再生产NH3来循环使用 D.从理论上看,每再生产1 mol Na2CO3,再补充的物质及其物质的量分别是补充2 mol NaCl和1 mol CO2

20 【解析】 本题属于实验评价题。工业制碱的原理涉及反应:NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3+NH4Cl,2NaHCO3===Na2CO3+CO2↑+H2O↑。索尔维法用生成的氯化铵制备氨气,将氯化铵进行了循环利用,所以从理论上讲,是不需要补充氨的。但是在生产过程中NaCl母液被弃去,氯化铵制备氨气生成了无用的氯化钙,这两点是索尔维法的缺陷。根据反应关系式及原子守恒,从理论上看每生产1 mol Na2CO3,2NaCl+2NH3+2CO2~2NaHCO3~Na2CO3+CO2,再补充的物质及其物质的量分别是2 mol NaCl和1 mol CO2。 【答案】 C

21 二、侯德榜制碱法(联合制碱法) 联合制碱法的主要生产过程有哪些? [师生互动] 【提示】 联合制碱法是将氨碱法与合成氨联合生产的改进工艺,制碱过程中所需的CO2和NH3都是由合成氨厂提供,其主要过程如下: (1)盐水精制:加入熟石灰和纯碱除去Ca2+、Mg2+。 (2)盐水氨化:精制盐水中通入NH3。

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23 侯氏制碱法的工艺流程是怎样的? [师生互动] 【提示】 侯氏制碱法的工艺流程

24 侯氏制碱法比索尔维制碱法有何优越性? [学生交流] 【提示】 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96%;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。

25 我国著名化学家侯德榜先生发明的“侯氏制碱法”,因原料利用率高,并能进行连续生产,从而享誉中外。“侯氏制碱法”的基本做法是向饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳,获得碳酸氢钠晶体,再将所得碳酸氢钠晶体加热分解后即可得到纯碱。它的反应原理可用下列化学方程式表示:

26 某课外兴趣小组同学按照“侯氏制碱法”原理,设计了如下一套实验装置:
实验室可供选用的药品有:浓氨水、纯碱、大理石、稀盐酸、稀硫酸、熟石灰、氯化铵、氯化钠。

27 (1)A、D中最合适的试剂(填名称)为: A________;D________。 (2)本实验具体操作过程中,应先通________气体,再通________气体;原因是_____________________。 (3)指出该装置中的错误(至少两处):___________。 (4)在改进装置后,该同学进行了实验,实验所用的饱和NaCl溶液中含溶质58.5 g,实验最后得到无水碳酸钠26.0 g,则其产率为多少?________。该同学针对其实验结果,认真分析了造成损失的原因,发现其操作步骤并没有错误,则主要原因是_____________________________________________。

28 (5)在“侯氏制碱法”工业生产中,原料的利用率高,大大降低了成本。请问本实验中哪些物质可重复利用?
______________________________________。 【解析】 根据反应原理,实验操作过程为:先制得NH3(左边装置)和CO2(右边装置),再将制得的气体依次通入饱和食盐水中即得碳酸氢钠晶体,再加热碳酸氢钠晶体就可以得到纯碱。

29 【答案】 (1)氯化铵和熟石灰 稀盐酸 (2)NH3 CO2 CO2在水中溶解度小,先通NH3至饱和,有利于NaHCO3析出
(3)B、C之间缺少止水夹;B装置应与大气相通,不能为密闭装置;通NH3的导管不应伸入液面以下(任填两种即可) (4)根据钠元素守恒,得关系式:2NaCl~Na2CO3,m(Na2CO3)=106×58.5/117=53.0 g,则Na2CO3的产率为26.0 g/53.0 g×100%=49.0% NaHCO3在水中有较大的溶解度,未能全部沉淀出来 (5)NH4Cl,CO2 【点评】 本题以侯氏制碱法的原理为切入点,分别考查药品的选用、操作过程分析、实验装置评价、化学计算、化工生产原理等。

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31 A.A气体是NH3,B气体是CO2 B.第Ⅲ步得到的晶体是发酵粉的主要成分 C.第Ⅲ步操作用到的主要玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒 D.第Ⅳ步操作的主要过程有溶解、蒸发、结晶 【解析】 “侯氏制碱法”是中学阶段常研究的四大工业生产知识之一,主要应注重对其反应原理的理解。它是先制得氨化的饱和食盐水,再往其中通入CO2(即是往饱和食盐水中依次通入足量的NH3、CO2,不能依次通入CO2、NH3,因为NH3在水中的溶解度远远大于CO2,先将溶液氨化后,吸收CO2的效果更好),第Ⅱ步即得到NaHCO3悬浊液,第Ⅳ步应将NaHCO3加热分解,以得到Na2CO3。 【答案】 D

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33 在中国化学工业史上,有一位杰出的科学家,他为祖国的化学工业事业奋斗终生,并以独创的制碱工艺闻名于世界,他就像一块坚硬的基石,托起了中国现代化学工业的大厦,这位先驱者就是被称为“国宝”的侯德榜,曾以10科1 000分的好成绩被北平清华留美预备学堂录取!侯德榜一生勤奋好学,虽工作繁忙却还著书立说。

34 《纯碱制造》一书于1933年在纽约列入美国化学会丛书出版。这部化工巨著第一次彻底公开了索尔维法制碱的秘密,被世界各国化工界公认为制碱工业的权威专著,同时被相继译成多种文字出版,对世界制碱工业的发展起了重要作用。美国的威尔逊教授称这本书是“中国化学家对世界文明所作的重大贡献”。 思考:侯先生奉献了毕生的精力制备纯碱——碳酸钠,为什么要制备碳酸钠?它到底有什么重要用途呢?

35 【提示】 碳酸钠是一种非常重要的化工原料,在玻璃、肥皂、合成洗涤剂、造纸、纺织、石油、冶金、食品等工业中有着广泛的用途,在日常生活和生产中常用热的纯碱溶液来除去物品表面的油污。

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37 1.在下列科学家中,为我国的化学工业做出重大贡献的是(  )
A.邓稼先     B.李四光 C.华罗庚 D.侯德榜 【解析】 这四位都是我国在世界上享有盛誉的著名科学家,邓稼先是核物理学家;李四光是地质学家;华罗庚是数学家;侯德榜是化工学家。 【答案】 D

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39 下列说法正确的是(  ) A.②③两步都是氧化还原反应 B.只有第②步是氧化还原反应 C.该方法对生产设备基本没有腐蚀 D.该方法对环境污染较小 【解析】 依据氧化还原反应是有化合价变化的反应可知,第②步是氧化还原反应,故A错,B对;该生产中产生HCl,对生产设备严重酸蚀;第②步产生的CO是大气污染物,故C、D错。 【答案】 B

40 3.联合制碱法中关键的一步是把NH4Cl从几乎饱和的NaHCO3溶液里分离出来,为此根据NaCl和NH4Cl溶解度的差异,向混合溶液中通入某种气体,同时加入磨细的食盐,可析出不夹带NaHCO3的NH4Cl。NaCl和NH4Cl共同存在时的溶解度曲线如下图所示,以下操作正确的是(  ) 通入气体 温度控制 A CO2 30~40 ℃ B 0~10 ℃ C NH3 D

41 【解析】 由题图可知,溶液的温度在0~10 ℃的范围内,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+,这些都有利于NH4Cl的析出和NaHCO3的溶解。 【答案】 D

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43 【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】 B

44 5.苏打和小苏打有着广泛的应用。试从消耗反应物的量等角度,回答下列问题。
(1)做面条时防止面粉较长时间储存变酸味,常加入适量的面碱,选用________,因为______________。 (2)作为泡沫灭火器的药品,选用________,因为________ ______________________________。 (3)用于洗涤餐具及实验室的玻璃仪器等,选用________,因为______________________________。

45 (4)胃溃疡(胃壁溃烂或穿孔)病人的胃酸过多,医生给病人服用Al(OH)3胶乳,既不用苏打也不用小苏打,是因为__________。
【解析】 解答第(2)题可从下面的反应比较有关量的关系。 Al3++3HCO3-===Al(OH)3↓+3CO2↑ 2Al3++3CO32-+3H2O===2Al(OH)3↓+3CO2↑

46 【答案】 (1)苏打 中和等量的H+,Na2CO3比NaHCO3的用量少(质量比为53∶84)
(2)小苏打 产生等量的CO2,NaHCO3比Na2CO3的用量少(质量比为84∶106) (3)苏打 Na2CO3的水解程度比NaHCO3大,产生等量的OH-需Na2CO3的量较少 (4)Na2CO3、NaHCO3与胃液中的盐酸反应生成CO2气体会加速胃壁穿孔

47 6.我国化学家侯德榜(如图),改革国外的纯碱生产工艺,生产流程可简要表示如下:

48 (1)上述生产纯碱的方法称________,副产品的一种用途为________。
(2)沉淀池中发生的化学反应方程式是________。 (3)写出上述流程中X物质的化学式________。 (4)使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上,主要是设计了________(填上述流程中的编号)的循环,从沉淀池中取出沉淀的操作是________。

49 (5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠,可取少量试样溶于水后,再滴加________。
(6)向母液中通氨气,加入细小食盐颗粒,冷却析出副产品。通氨气的作用有________。 a.增大NH4+的浓度,使NH4Cl更多地析出 b.使NaHCO3更多地析出 c.使NaHCO3转化为Na2CO3,提高析出的NH4Cl纯度

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51 要检验Na2CO3中是否混有NaCl,只需向其溶液中加入硝酸酸化的AgNO3溶液看是否有白色沉淀即可。在向母液中通入NH3时发生反应HCO3-+NH3===NH4++CO32-,c(NH4+)增大,NaHCO3转化为Na2CO3。 【答案】 (1)联合制碱法(或侯德榜制碱法) 化肥(或电解液或焊药等) (2)NH3+CO2+H2O+NaCl===NH4Cl+NaHCO3↓(或NH3+CO2+H2O===NH4HCO3,NH4HCO3+NaCl===NaHCO3↓+NH4Cl)

52 (3)CO2 (4)Ⅰ 过滤 (5)稀硝酸和硝酸银溶液 (6)a、c


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