人教高二化学技术-课题3纯碱的生产

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(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。
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2．生产原理
氨碱法是由比利时人 索尔维 发明的，所以也称为索尔维 制碱 法，其生产原理用化学方程式表示为：
NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3
，
NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl ，
2NaHCO3==△===Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑
。
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四、联合制碱法
【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。
1．原料 联合制碱法，即将 氨碱法 与 合成氨 联合生产的改进工艺， 原料为氯化钠、 氨气 和 二氧化碳 ，其中氨气和二氧化碳来 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：
NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl ，
2NaHCO3==△===Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑
。
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一、索尔维制碱法(氨碱法) 问题1 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
【答尔维制碱法生产纯碱的过程中，将饱和食 盐水氨化、碳酸化后，析出碳酸氢钠沉淀并形成 NH4Cl 溶 液。HCO3－和 NH4＋的形成、碳酸氢钠沉淀的形成，实质上 就是下列平衡向右移动的结果：
CO2＋H2O H2CO3 HCO3－＋H＋ NH3＋H2O NH3·H2O NH4＋＋OH－ Na＋(aq)＋HCO3－(aq) NaHCO3(s)
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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
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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。
二、路布兰制碱法 1．原料： 硫酸 、 食盐 、木炭 、 石灰石 。
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：
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(1)生成Na2SO4： NaCl＋H2SO41=2=0==℃=NaHSO4＋HCl↑ NaCl＋NaHSO46=0=0～==7=0=0==℃Na2SO4＋HCl↑
【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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2. 我 国 化 学 家 侯 德 榜 根 据 NaHCO3 溶 解 度 比 NaCl 、 Na2CO3、NH4HCO3、NH4Cl 都小的性质，运用 CO2＋NH3＋ H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl 的反应原理制备纯碱。下面 是在实验室进行模拟实验的生产流程示意图：
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问题3 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。
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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：
NaCl( 饱 和 ) ＋ NH3 ＋ CO2 ＋ H2O===NaHCO3↓ ＋ NH4Cl,2NaHCO3==△===Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。
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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。
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(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__________________________________________________。
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【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
气 体 A 的 饱 和 溶 液 加―入Ⅰ―食→盐 A 和 食 盐 的 饱 和 溶 液 通入―足Ⅱ―量→气体B悬浊液―Ⅲ过―滤→晶体,Ⅳ纯碱
则下列叙述错误的是( )
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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
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(3)氨盐水碳酸化： NaCl＋H2O＋NH3＋CO2===NaHCO3↓＋NH4Cl。 (4)制 Na2CO3 回收 CO2： 2NaHCO3==△===Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑。 (5)循环制 NH4Cl：析出 NaHCO3 后的母液中吸收 NH3， 降温加食盐，析出 NH4Cl，滤出 NH4Cl 后再经氨化、碳酸 化制碱。
【答案】 C
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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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***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：
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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
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【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。
(2)生成Na2CO3： Na2SO4＋2C1=0=0==℃=Na2S＋2CO2↑ Na2S＋CaCO31=0=0==℃=Na2CO3＋CaS
(3)缺点：路布兰制碱法生产纯碱具有 原料利用不充分 ，
成分较高 、 设备腐蚀严重 等缺点。
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三、氨碱法生产纯碱
1．原料 氨碱法是以 碳酸钠 和 氯化钠 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 食盐、 氨 和 二氧化碳为原料，通过一系列反应来生产 碳酸钠。