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第5课时纯碱的生产学案【学习目标】1. 了解索尔维制碱法和侯氏制碱法的化学反应原理、主要原料和生产过程。2. 了解纯碱的丰要性质和用途。3. 了解纯碱生产对环境的影响及解决方法。4. 通过对索尔维制碱法和侯氏制碱法的对比，提高分析与解决问题的能力。【重点难点】掌握路布兰法一一索尔维法一一联合制碱法(侯氏制碱)的基本原理。课前预习【情景材料】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”。侯先生奉献了毕生的精力制备纯碱一一碳酸钠，为什么要制备碳酸钠？它到底有什么重要用途呢？那现代工业上是怎样制备的呢？【预习内容】根据教材有关内容填写下列空白：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 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：(1)生成 NaSQ： O(2)生成 NaCO： (3)缺点：路布兰制碱法生产纯碱具有 , 、等缺点O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。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：一,四、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：?预习内容答案一、纯碱 玻璃、制皂、造纸、纺织 漂染 钠 碱二、硫酸食盐木炭石灰石NaCl + H2SO = NaHSN HCl T600700 CNaCl + NaHSO = Na2SO+HClTN32SO+ 2C = N&S+ 2CO TN32S+ CaCO= NS2CQ+ CaS原料利用不充分较成本较高设备腐蚀严重三.索尔维 索尔维制碱NH+ CO+ H2O=NHHCONaCl + NHHCO=NaHC0 + NHCl2NaHCR=NaCO+ COT + HOT四、氨碱合成氯化氨二氧化碳氨二氧化碳NaCl + NHHCO=NaHC0 + NHCl2NaHC=NaCO+ CO T + HOT堂中互动【问题探究1】从天然碱的形成推测碳酸钠在水中结晶析出主要受到哪些因素的影响？【教师点拨】关键从影响物质在水中的溶解度因素出发。分析解答：天然碱的生产主要是利用碳酸钠从水溶液中结晶析出，因此，根据固体物质在水中 溶解度的影响因素，改变温度、结晶水合物的组成以及溶剂水的质量等因素，可以改变碳酸钠 在水中的溶解情况，提高结晶析出的速率和质量（纯度）。【即学即练1】向饱和NaCO溶液中通入足量 CO,结果有晶体析出，对析出晶体的原因分析不正确的是（） A.相同温度下，N&CO的溶解度大于 NaHCO B.溶液中溶剂减少了C.溶质质量增加了D.反应过程放热1 .D【解析】本题考查的是 NaCO与CO反应的知识，根据反应方程式 N&CO+ CO+HaO=2NaHCOT以得出：通过反应，溶剂质量减少，溶质质量增加，由于NazCO的溶解度大于NaHCO因此有 NaHCQl!体析出。【问题探究2】索尔维法制碱生产的主要过程可划分为哪几个阶段？索尔维法制碱的工艺流程是怎样的？氨碱法有何优、缺点？【教师点拨】关键要求学生从课本中找信息点，将信息转化成化学用语。分析解答：盐水的精制一盐水氨化一氨盐水碳酸化一碳酸氢钠的转化一氨的循环COj吊行卜盐水精制_氨化氨盐水过洪.匹城丽丁盐水i盐水f碳酸化二卜叫卜些纯碱I母液石灰石逑坡 4 石灰乳一一I：渴一-含CaCh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% g30%勺NaCl留在母液中。【即学即练2】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、C0氨B.精制盐水后应先通入 CO再通入过量的NHC.析出NaHCO后的母液中已无 NaCl,只有NHClD.索尔维法的缺点是盐利用率只有70%生成的CaCl2难处理2 .AD【解析】索尔维制碱法又叫氨碱法，主要原料有食盐、氨和CO;反应的原理为 NaCl+NH+ CO+ H2O=NaHC3Q + NHCl,而NH与CO为1 ： 1时才能生成 NaHCO彳1 CO在水中溶解度小，先通入 CO, CO溶解度小，再通入 NH时，NH过量而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吸水性强，呈黏稠状无法处理。【问题探究3】联合制碱法的主要生产过程有哪些？侯氏制碱法的工艺流程是怎样的？侯氏制碱法比索尔维制碱法有何优越性？【教师点拨】关键要求学生从课本中找信息点，将信息转化成化学用语。分析解答：联合制碱法：盐水精制一盐水氨化一氨盐水碳酸化一制NaCO回收CG循环制NHCl。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% NHCl可作氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO专化成CO,革除了 CaCOliJCO一工序。【即学即练3】纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺。下列说法不正确的是 （）A. “联合制碱法”和“氨碱法”的化学反应原理中都有下列化学反应NH3+ CO+ + NaCl+ H2O=NaHCO + NHCl 2NaHC=NaCO+ H2O+ COTB. “联合制碱法”生产中有氨的循环利用工艺C. “氨碱法”生产中有氨的循环利用工艺D. “联合制碱法”和“氨碱法”都有一定的局限性3.B【解析】“氨碱法”将 NH4C1和Ca（OH）2再反应，使NH循环利用；“联合制碱法”是制得 纯碱和副产品氯化钱。练案A组（课堂反馈 满分50分）一、选择题（每小题 5分，共35分）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1 .D【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。2 .下列物质的用途中不正确 的是（）A.小苏打：制糕点B.小苏打：发酵粉主要成分C.过氧化钠：制 QD.烧碱：治疗胃酸2.D【解析】小苏打是 NaHCO勺俗名，它可用于制糕点、作发酵粉以及治疗胃酸过多等。2N&Q+2H2O= 4NaOH-QT,可用 Na2Q来制 Q。3.与氨碱法比较，下列关于联合制碱法优点的判断中不正确.的是（）A.提高了原料利用率B.降低了生产成本C.减少了环境污染D.减轻了对设备的腐蚀3.D【解析】侯氏联合制碱法是将合成氨工业和制碱工业联合起来，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% NHCl可作氮肥，避免了生成大量无用的CaCl2；同时可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO,革除了 CaCO制CO这一工序，降低了生产成本，减少了对环境的污染。4.1791年，法国医生路布兰首先获得制碱专利，以食盐、浓硫酸、石灰石、煤为原料制碱， 该方法分三步：用 NaCl 与 H2SO反应制 NaSO： 2NaCl + HbSO=NaSO+ 2HC1T燃烧用焦炭还原 NaSQ 制 NaS： N&SQ+ 4C=Ns2S+ 4COT燃烧用硫化钠与石灰石反应制NaCO： N&S+ CaCO=NaCO+ CaS下列说法正确的是()A.两步都是氧化还原反应B.只有第步是氧化还原反应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4.B【解析】依据氧化还原反应是有化合价变化的反应可知，第步是氧化还原反应，故A错，B对；该生产中产生 HCl,对生产设备严重酸蚀；第步产生的CC大气污染物，故 C、D错。5 .根据课本的介绍，下列工业生产过程中不需要使用氨水或氨气的是()A.硫酸的工业制法B.石油的催化裂化 C.硝酸的工业制法 D.联合制碱工业5.B【解析】工业上用氨水来吸收制备硫酸尾气中的二氧化硫，选项 A对；选项B中，不需要 使用氨气或氨水，选项 B对；选项C中，氨气是工业上制备硝酸的原料之一，选项 C错；选项 D中，氨气是联合制碱中的反应物，选项 D错；正确答案为 Bo6 .工业上常用氨碱法制取碳酸钠(将氨和二氧化碳先后通入饱和食盐水而析出小苏打，再经过滤、煨烧而得到纯碱)，但却不能用氨碱法制碳酸钾，这是因为在溶液中()A. KHCCff度较大B. KHC淄解度较小C. K2CO溶解度较大D. &CO溶解度较小6.A【解析】氨碱法制取 N&CO的原理是，在精制的食盐水中分别通入NH、CO,由于NaHCO溶解度不大，当 Na卡, HC。浓度较大时便析出 NaHCOl体，将过滤得到的 NaHCO段烧得 N32CO,反应的方程式为：NH+H2O+ CO=NHf(aq) + HCGT(aq) , Na+ (aq) + HCO(aq)=NaHCO(s) , 2NaHC=N&CO+H20T + COT。由于 KHCO!较大，无法从溶液中析出，故无法利用氨碱法制取KCO。7.1892年比利时人索尔维以NaCl、CO、NH、H2O为原料制得了纯净的NaCO,该法又称氨碱法，其主要生产流程如下：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NHB.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NHCl作为一种化工产品，不再生产NH来循环使用D.从理论上看，每再生产1 mol Na 2CO,再补充的物质及其物质的量分别是补充2 mol NaCl和 1 mol CO 27 .C【解析】本题属于实验评价题。工业制碱的原理涉及反应：NaCl + NH+CO+ H2O=NaHCO-NHCl,2NaHCQ=NaCO+COT + H2OT。索尔维法用生成的氯化钱制备氨气，将氯化俊进行了循环利用，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，氯化俊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 Na 2CO,2NaCl + 2NH+2CO2NaHCM N32CQ+CQ,再补充的物质及其物 质的量分别是 2 mol NaCl和1 mol CO 2。二、填空题（共15分）8 .（6分）根据氨碱法的原理，首先配置氨化饱和食盐水，即向饱和食盐水中加入氨水（体积比1 ： 1）并充分搅拌；再将二氧化碳通入氨化饱和食盐水中，控制一定的温度，直至有碳酸氢钠析出。请回答下列问题：（1）用化学方程式分别表示出氨和二氧化碳在水中产生NH+、HCQT的原理（2）向饱和食盐水中加入氨水和通入二氧化碳的先后顺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？为什么？ 。（3）写出氨碱法生成碳酸氢钠的化学方程式 。8 .（1）NH 3+H2Q=FNH HzQNHT+QHT或（NH3+H2Q=NH+ + QH）; （1 分）CQ+ H2OG：H2CQ. , HCJ + H+ （或 CQ+ H2Q_HCOT + H） （1 分）（2）否。在常温下，氨在饱和食盐水中的溶解度很大，二氧化碳在饱和食盐水中的溶解度较小。若先通二氧化碳后加氨水，溶液里只能产生很小浓度的HC。，不利于生成NaHCQ沉淀（2分）（3）NaCl + NHHCQ=NaHC制 + NHCl（或 NaCl+ NH+CQ+ H2Q=NaHCQ + NHCl） （2 分）【解析】在通常状况下，氨在水中的溶解度近700体积，二氧化碳在水中的溶解度仅约1体积。9 .（9分）根据侯德榜制碱法原理参考下表的数据，实验室制备纯碱（NazCQ）的主要步骤是：将配制好的饱和 NaCl溶液倒入烧杯中加热，控制温度在3035 C,在搅拌下分批加入研细的NHHCQ固体；加料完毕后，继续保温30 min ,静置、过滤得 NaHCQll体。用少量蒸储水洗涤除去杂质，抽干后转入蒸发皿中，灼热 2 h,制得NaCQ固体。四种盐在不同温度下的溶解度（S/100 g）度溶角0 C10 C20 C30 C40 C50 C60 C100 CNaCl35.735.836.036.336.637.037.339.8NHHCQ11.915.821.027.0一一一一NaHCQ6.98.19.611.112.714.516.4一NHCl29.433.337.241.445.85455.377.3（说明：35 C, NHHCS分解）请回答：10 / 9（1）反应温度控制在 3035 C,是因为若高于 35 C,则30 C,则;为控制此温度范围，采取的加热方法为（2）加料完毕后，继续保温30 min ,目的是;静置后只析出 NaHCOl!体的原因是;用蒸储水洗涤 NaHCO!体的目的是除去杂质（用化学式表示）。（3）过滤所得的母液中含有（用化学式表示），需加入NHCl。（2）使反应充分进行（1分）3035 C时,NaHCO勺溶解度最小（1分）NaCl、NHCl、,并作进一步处理，使 NaCl溶液循环使用，同时可回收1分）水浴加热（1分）9.（1）NH 4HCO分解（1分）反应速率降低（NHHCO （1 分）HCl （1 分）（3）NaHCQ、NaCl、NHCl、NHHCO （2 分）【解析】（1）由题意知，大于35 c时NHHCO解，故温度不能超过 35 C,若低于30 c反应速率降低，要控制此温度范围应用水浴加热。（2）保温30 min是为了使反应充分进行，提高原料的利用率和NaHCO勺产率，由表可知，只析出NaHCO!体的原因是因为在 3035 c时NaHCO勺溶解度最小；洗涤的目的是为了除去溶液中的其他杂质如 NaCl、NHCl、NHHCO?。（3）过滤所得的母液中含有NaHCO NHCl、NaCl、NHHCO,可以加 HCl使之全部生成 NaCl。B组（课后拓展）1.联合制碱法中关键的一步是把NHCl从几乎饱和的 NaHCO溶液中分离出来，为此根据NaCl和NHCl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NaHCO勺NHCl。NaCl和NHCl共同存在时的溶解度曲线如图所示，以下操作正确的是（）通入气体温度控制ACO30 40 cBCQ0 10 cCNH30 40 cDNH0 10 c1 .D【解析】由题图可知，溶液的温度在010 C的范围内，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+,这些都有利于NHCl的析出和NaHCO勺溶解U2 .工业上可用食盐和石灰石为主要原料，经不同的方法生产纯碱。请回答下列问题: （1）卢布兰芳是以食盐、石灰石、浓硫酸、焦炭为原料，在高温下进行煨烧，再浸取，结晶而制得纯碱。食盐和浓硫酸反应的化学方程式为 ;硫酸钠和焦炭、石灰石反应的化学方程式为 （已知产物之一为CaS）;（2）氨碱法的工艺如下图所示，得到的碳酸氢钠经煨烧生成纯碱。甲石灰里乙Q醉保塔闪魅的横NaBCOL 丁源合地应吸也增己k芸医髭8/ tg, LQO目H加7C-1|必5Q-LU,叫印KCL-BaCl氨建法示竟圈r图中的中间产物 C是, D。(写化学式)；装置乙中发生反应的化学方程式为 ;(3)联合制碱法对氨碱法的改进，其优点是 ;(4)有人认为碳酸氢钾与碳酸氢钠的化学性质相似，故也可用氨碱法以氯化钾和石灰石为原料制碳酸钾。请结合下图的溶解度(S)随温度变化曲线，分析说明是否可行？ 2 . (1)2NaCl+ H2S。(浓)= NazSO + 2 HCl TDNazSO + 4C + CaCO 3 = CaS + NazCO + 4CO或 NaSO + 2C + CaCO 3 CaS + Na2CO + 2CO2 (2)Ca(OH)2 , NH;NH3 + CO2 +NaCl +H 2O = NaHCQ + NH4 Cl(3)保留了氨碱法的优点，使食盐的利用率提高到96% NHCl可做氮肥；可与合成氨厂联合，原料气氨气和一氧化碳都由氨厂提供，减少CaCO制CO2这一工序，降低了能耗与污染。(4)不可行，因为碳酸氢钾溶解度较大，且在常温下与氯化钾的溶解度差别小，在氨盐水碳酸化 时无法大量析出。【解析】(1)是考查工业生产中的基本原理；(2)是生产过程中工艺的考查，在细读生产工艺图中各物质的变化后，可得出；(3)考查对教材知识白掌握情况；(4)分析图可看出NaHCOW新信息KHCO在溶解度图中的差别，可推测溶解度的差别是判断的依据。3 .我国化工专家侯德榜的侯氏制碱法为世界制碱工业作出了突出贡献。他以NaCl、NH、CO等为原料制得NaHCO进而生产出纯碱，有关反应的化学方程式为：NH+ CO+ H2O=NHHCONHHCO+ NaCl=NaHC31 + NHCl2NaHC=Na2CO+ COT + HOT(1)碳酸氢钱与饱和食盐水反应，能析出碳酸氢钠晶体的原因是 (填字母标号)。a.碳酸氢钠难溶于水b.碳酸氢钠受热易分解c.碳酸氢钠的溶解度相对较小，所以在溶液中首先结晶析出(2)某探究活动小组根据上述制碱原理，进行碳酸氢钠的制备实验，同学们按各自设计的方法 实验。一位同学将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠，实验装置如下图所示(图中夹持、固定用的仪器未画出 ):试回答下列有关问题:（I）乙装置中的试剂是;（n）丁装置中稀硫酸的作用是 （出）实验结束后，分离出 NaHCOl!体的操作是 （填分离操作的名称）另一位同学用下图中戊装置 （其他装置未画出）进行实验：（I ）实验时，须先从管通入 气体，再从 管中通入气体;（n）有同学建议在戊装置的 b管下端连接己装置，原因是（3）请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法： 。3.（1）c（2）（I ）饱和碳酸氢钠溶液（n ）吸收未反应的NH（答“防止倒吸”或“吸收CO”不可以）（出）过滤 （I）a NH b CO （ n）增大气体与溶液接触面积，提高CO吸收率（3）往烧碱溶液中通入过量 CO（或往饱和NS2CO溶液中通入过量 CO等，其他合理方法均可）【解析】（1）在溶液中溶解度最小的物质最先析出。（2）除去 CO中的HCl用饱和NaHCO容 液；H2SO吸收挥发出来的 NH; NaHCOa固体形式析出，应采用过滤操作。侯氏制碱法应向 饱和NaCl溶液中先通NH后通CO,因为NH溶解度大，可吸收更多 CO,生成较多NaHCO 体；NH极易溶于水，易发生倒吸，所以从a管进入；己为多孔球泡，可增大接触面积。（3）可禾用以下反应原理制备 NaHCO NaOHF CO=NaHCO NaCO+ CO+ H2O=2NaHCO
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