高中化学必修一 2.1微专题纯碱的生产历史与侯氏制碱法

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微专题 纯碱的生产历史与侯氏制碱法 第二章 海水中的重要元素——钠和氯 第一节 钠及其化合物1791年法国医生路布兰首先取得专利，以食盐为原料，制得了纯碱，称为路布兰制碱法。1.制取原理与步骤(1)先使氯化钠与硫酸反应，生成硫酸钠：2NaCl＋H2SO4 Na2SO4＋2HCl↑。(2)然后用焦炭还原硫酸钠得硫化钠：Na2SO4＋4C Na2S＋4CO↑。(3)最后利用硫化钠与石灰石的反应生产碳酸钠： Na2S＋CaCO3===Na2CO3＋CaS。一、路布兰制碱法2.制取方法评价路布兰制取纯碱，主要生产过程在固相中进行，难以连续生产，又需硫酸作原料，设备腐蚀严重，产品质量不纯，原料利用不充分，价格较贵，所以在20世纪20年代被淘汰。一、路布兰制碱法1861年比利时工程师索尔维发明的纯碱制法，是以食盐(氯化钠)、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)、氨气为原料来制取纯碱。1.制取原理与步骤(1)在饱和食盐水中先通入氨气，再通入二氧化碳，析出碳酸氢钠：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。(2)过滤、洗涤、煅烧碳酸氢钠晶体，得到纯碱产品：2NaHCO3 Na2CO3＋CO2↑＋H2O，反应产生的二氧化碳循环使用。(3)氯化铵滤液与石灰乳混合加热：2NH4Cl＋Ca(OH)2 CaCl2＋2NH3↑＋2H2O，反应产生的氨气循环使用。二、索尔维制碱法2.制取方法评价氨碱法(索尔维制碱法)的优点是：原料(食盐和石灰石)便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。但氨碱法也有许多缺点：首先是原料食盐的利用率低，其次是产生大量的废渣氯化钙。二、索尔维制碱法1943年我国化学工程专家侯德榜发明创建了联合制碱法，即将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。原料是食盐、氨和二氧化碳，二氧化碳为合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。1.制取原理与步骤侯氏制碱法，低温下先向饱和食盐水中通入氨气，再通入二氧化碳可析出碳酸氢钠，再加入细盐末，因氯离子存在及低温条件使氯化铵溶解度突然降低，而食盐的溶解度变化不大，所以氯化铵析出而食盐不析出；再用氨饱和后通二氧化碳，结果相继析出NaHCO3和NH4Cl，该法生产的纯碱质量优良，纯白如雪。三、侯氏制碱法2.制取方法评价侯氏制碱法与氨碱法相比较，其优点是食盐的利用率大大提高，用等量的食盐可生产更多的纯碱，同时得到氮肥氯化铵，不再产生废渣氯化钙，减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生产的优越性。三、侯氏制碱法1.“NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl”是著名的“侯氏制碱法”的重要反应。下面是4位同学对该反应涉及的有关知识发表的部分见解。其中不正确的是√四、跟踪训练解析　侯氏制碱法的实质就是利用NaHCO3溶解度比其他物质小的原理，则A说法正确；析出晶体后的溶液一定为该物质的饱和溶液，则C说法错误；纯碱是Na2CO3的俗名，而NaHCO3的俗名是小苏打，则B说法正确；NH4Cl是一种可用作氮肥的副产品，D说法正确。四、跟踪训练解析　侯氏制碱法中应先在饱和食盐水中通入NH3再通入CO2。因为CO2在饱和食盐水中的溶解度很小，先通入NH3使食盐水显碱性，能够吸收大量CO2气体，产生高浓度的 ，才能析出NaHCO3晶体。2.下图是侯氏制碱法在实验室进行模拟实验的生产流程示意图，则下列叙述正确的是A.A气体是CO2，B气体是NH3B.第Ⅲ步得到的晶体是Na2CO3·10H2OC.侯氏制碱法的工艺过程中应用了物质溶解度的差异D.第Ⅳ步操作的主要过程有溶解、蒸发、结晶√四、跟踪训练3.已知碳酸氢钠的溶解度较小。在饱和的氨和氯化钠的混合溶液中通入二氧化碳，可析出碳酸氢钠固体：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。据此，我国杰出的化学家侯德榜设计出了生产纯碱的方法：这种方法被人们称为侯氏制碱法。试回答下列问题：(1)写出由碳酸氢钠固体制碳酸钠的化学方程式：________________________________。四、跟踪训练(2)如果碳酸钠固体中混有碳酸氢钠固体，应如何除去？________(写出方法)；如果碳酸氢钠溶液中混有碳酸钠溶液，应如何除去？________________________________(写出化学方程式)。加热Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3↓解析　NaHCO3固体受热容易分解生成Na2CO3，Na2CO3固体中混有NaHCO3固体可以通过加热的方法除去；如果NaHCO3溶液中混有Na2CO3溶液，可以在溶液中通入过量二氧化碳气体。四、跟踪训练解析　从生成物是NaHCO3和NH4Cl两种物质不难写出Ⅰ、Ⅱ的总反应方程式：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。显然溶解度：NaCl>NaHCO3，所以在NaCl的饱和溶液中才会析出NaHCO3。4.侯氏制碱法的步骤如下图：试回答下列问题：(1)若上述的悬浊液是碳酸氢钠和氯化铵的混合液，则Ⅰ和Ⅱ的总反应方程式为__________________________________________。由这一反应可知氯化钠比碳酸氢钠的溶解度____。NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl大四、跟踪训练解析　Ⅳ的操作是对NaHCO3进行加热，使其分解，同时使挥发性物质气化而除去，该操作为灼烧。(2)Ⅲ的操作叫_____。解析　把不溶晶体与液体分离的方法称为过滤。过滤(3)Ⅳ的操作叫_____。灼烧四、跟踪训练解析　由于氨气极易溶于水，所以向饱和NaCl溶液中先通入氨气，效果更好。反应制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化学方程式为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O ===NaHCO3↓＋NH4Cl。5.“索尔维制碱法”工艺流程如图所示，请回答下列问题：(1)向饱和氯化钠溶液中先通入______，效果更好。反应制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化学方程式为___________________________________________。NH3NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl四、跟踪训练(2)索尔维制碱法除了得到纯碱外，还会产生一种废渣_______。侯氏制碱法在此工艺上改进，不再使用碳酸钙制备CO2，而是在制备NH3的过程中制得CO2，则侯氏制碱法在得到纯碱的同时还制得了_______，此物质在农业上的用途是________。CaCl2NH4Cl作氮肥解析　根据原子守恒可知反应后还有氯化钙生成。根据方程式NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl可知侯氏制碱法在得到纯碱的同时还制得氯化铵。铵盐在农业上可作氮肥。四、跟踪训练6.纯碱是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、造纸、纺织和洗涤剂的生产。(1)起初，人们从盐碱地和盐湖中获得纯碱，但远远不能满足工业发展的需要，纯碱的化学式为________。Na2CO3解析　纯碱的化学式为Na2CO3。四、跟踪训练(2)1791年，“路布兰制碱法”取得专利。该方法以硫酸、氯化钠、木炭、白垩石(主要成分为碳酸钙)为原料，但在20世纪20年代后被淘汰，因为生产过程中释放出一种无色、有刺激性气味的气体，其分子结构示意图为 ，该气体遇空气中的水蒸气易形成酸雾，腐蚀金属设备，该酸雾腐蚀金属铁的化学方程式为_______________________。Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑解析　根据浓盐酸有挥发性，挥发出一种无色、有刺激性气味的气体，由两种元素组成，所以这种酸是盐酸；盐酸与铁反应的化学方程式：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑。四、跟踪训练(3)1861年，“索尔维制碱法”问世，该方法是在用氯化钠溶液吸收两种工业废气时意外发现的，反应后生成碳酸氢钠和氯化铵(NH4Cl)，再加热碳酸氢钠即可制得纯碱，氯化钠溶液吸收的两种气体为____(填字母)。A.Cl2 B.NH3C.SO2 D.CO2解析　氯化钠溶液吸收两种气体，主要吸收NH3和CO2，NH3溶于水生成氨水，显碱性易吸收CO2，形成碳酸氢钠和氯化铵。BD四、跟踪训练(4)“侯氏制碱法”由我国化学工程专家侯德榜先生于1943年创立，是“索尔维制碱法”的改进，大大提高了原料的利用率，至今仍为全世界广泛采用。用如图所示装置可以模拟“加热碳酸氢钠制得纯碱”的过程。当观察到B中出现浑浊时，停止加热，A中发生反应的化学方程式为________________________________，将A试管冷却至室温，向其中加入稀盐酸，充分反应后测得溶液的pH＝5，则该溶液中含有的溶质为___________。HCl和NaCl四、跟踪训练四、跟踪训练再 见