高中化學(xué)必修一 2.1微專(zhuān)題純堿的生產(chǎn)歷史與侯氏制堿法

1、微專(zhuān)題 純堿的生產(chǎn)歷史與侯氏制堿法 第二章 海水中的重要元素鈉和氯 第一節(jié) 鈉及其化合物1791年法國(guó)醫(yī)生路布蘭首先取得專(zhuān)利，以食鹽為原料，制得了純堿，稱(chēng)為路布蘭制堿法。1.制取原理與步驟(1)先使氯化鈉與硫酸反應(yīng)，生成硫酸鈉：2NaClH2SO4 Na2SO42HCl。(2)然后用焦炭還原硫酸鈉得硫化鈉：Na2SO44C Na2S4CO。(3)最后利用硫化鈉與石灰石的反應(yīng)生產(chǎn)碳酸鈉： Na2SCaCO3=Na2CO3CaS。一、路布蘭制堿法2.制取方法評(píng)價(jià)路布蘭制取純堿，主要生產(chǎn)過(guò)程在固相中進(jìn)行，難以連續(xù)生產(chǎn)，又需硫酸作原料，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，產(chǎn)品質(zhì)量不純，原料利用不充分，價(jià)格較貴，所以在20世

2、紀(jì)20年代被淘汰。一、路布蘭制堿法1861年比利時(shí)工程師索爾維發(fā)明的純堿制法，是以食鹽(氯化鈉)、石灰石(經(jīng)煅燒生成生石灰和二氧化碳)、氨氣為原料來(lái)制取純堿。1.制取原理與步驟(1)在飽和食鹽水中先通入氨氣，再通入二氧化碳，析出碳酸氫鈉：NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl。(2)過(guò)濾、洗滌、煅燒碳酸氫鈉晶體，得到純堿產(chǎn)品：2NaHCO3 Na2CO3CO2H2O，反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳循環(huán)使用。(3)氯化銨濾液與石灰乳混合加熱：2NH4ClCa(OH)2 CaCl22NH32H2O，反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣循環(huán)使用。二、索爾維制堿法2.制取方法評(píng)價(jià)氨堿法(索爾維制堿法)的優(yōu)點(diǎn)是：原料(食鹽和

3、石灰石)便宜；產(chǎn)品純堿的純度高；副產(chǎn)品氨和二氧化碳都可以回收循環(huán)使用；制造步驟簡(jiǎn)單，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。但氨堿法也有許多缺點(diǎn)：首先是原料食鹽的利用率低，其次是產(chǎn)生大量的廢渣氯化鈣。二、索爾維制堿法1943年我國(guó)化學(xué)工程專(zhuān)家侯德榜發(fā)明創(chuàng)建了聯(lián)合制堿法，即將氨堿法和合成氨法兩種工藝聯(lián)合起來(lái)，同時(shí)生產(chǎn)純堿和氯化銨兩種產(chǎn)品的方法。原料是食鹽、氨和二氧化碳，二氧化碳為合成氨廠用水煤氣制取氫氣時(shí)的廢氣。1.制取原理與步驟侯氏制堿法，低溫下先向飽和食鹽水中通入氨氣，再通入二氧化碳可析出碳酸氫鈉，再加入細(xì)鹽末，因氯離子存在及低溫條件使氯化銨溶解度突然降低，而食鹽的溶解度變化不大，所以氯化銨析出而食鹽不析出；再用

4、氨飽和后通二氧化碳，結(jié)果相繼析出NaHCO3和NH4Cl，該法生產(chǎn)的純堿質(zhì)量?jī)?yōu)良，純白如雪。三、侯氏制堿法2.制取方法評(píng)價(jià)侯氏制堿法與氨堿法相比較，其優(yōu)點(diǎn)是食鹽的利用率大大提高，用等量的食鹽可生產(chǎn)更多的純堿，同時(shí)得到氮肥氯化銨，不再產(chǎn)生廢渣氯化鈣，減少了對(duì)環(huán)境的污染，并且大大降低了純堿和氮肥的成本，充分體現(xiàn)了大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)的優(yōu)越性。三、侯氏制堿法1.“NaClCO2NH3H2O=NaHCO3NH4Cl”是著名的“侯氏制堿法”的重要反應(yīng)。下面是4位同學(xué)對(duì)該反應(yīng)涉及的有關(guān)知識(shí)發(fā)表的部分見(jiàn)解。其中不正確的是四、跟蹤訓(xùn)練解析侯氏制堿法的實(shí)質(zhì)就是利用NaHCO3溶解度比其他物質(zhì)小的原理，則A說(shuō)法正確；析

5、出晶體后的溶液一定為該物質(zhì)的飽和溶液，則C說(shuō)法錯(cuò)誤；純堿是Na2CO3的俗名，而NaHCO3的俗名是小蘇打，則B說(shuō)法正確；NH4Cl是一種可用作氮肥的副產(chǎn)品，D說(shuō)法正確。四、跟蹤訓(xùn)練解析侯氏制堿法中應(yīng)先在飽和食鹽水中通入NH3再通入CO2。因?yàn)镃O2在飽和食鹽水中的溶解度很小，先通入NH3使食鹽水顯堿性，能夠吸收大量CO2氣體，產(chǎn)生高濃度的 ，才能析出NaHCO3晶體。2.下圖是侯氏制堿法在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的生產(chǎn)流程示意圖，則下列敘述正確的是A.A氣體是CO2，B氣體是NH3B.第步得到的晶體是Na2CO310H2OC.侯氏制堿法的工藝過(guò)程中應(yīng)用了物質(zhì)溶解度的差異D.第步操作的主要過(guò)程有溶解

6、、蒸發(fā)、結(jié)晶四、跟蹤訓(xùn)練3.已知碳酸氫鈉的溶解度較小。在飽和的氨和氯化鈉的混合溶液中通入二氧化碳，可析出碳酸氫鈉固體：NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl。據(jù)此，我國(guó)杰出的化學(xué)家侯德榜設(shè)計(jì)出了生產(chǎn)純堿的方法：這種方法被人們稱(chēng)為侯氏制堿法。試回答下列問(wèn)題：(1)寫(xiě)出由碳酸氫鈉固體制碳酸鈉的化學(xué)方程式：_。解析NaHCO3固體受熱容易分解生成Na2CO3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaHCO3Na2CO3H2OCO2。四、跟蹤訓(xùn)練(2)如果碳酸鈉固體中混有碳酸氫鈉固體，應(yīng)如何除去？_(寫(xiě)出方法)；如果碳酸氫鈉溶液中混有碳酸鈉溶液，應(yīng)如何除去？_(寫(xiě)出化學(xué)方程式)。加熱Na2CO3H2OCO

7、2=2NaHCO3解析NaHCO3固體受熱容易分解生成Na2CO3，Na2CO3固體中混有NaHCO3固體可以通過(guò)加熱的方法除去；如果NaHCO3溶液中混有Na2CO3溶液，可以在溶液中通入過(guò)量二氧化碳?xì)怏w。四、跟蹤訓(xùn)練解析從生成物是NaHCO3和NH4Cl兩種物質(zhì)不難寫(xiě)出、的總反應(yīng)方程式：NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl。顯然溶解度：NaClNaHCO3，所以在NaCl的飽和溶液中才會(huì)析出NaHCO3。4.侯氏制堿法的步驟如下圖：試回答下列問(wèn)題：(1)若上述的懸濁液是碳酸氫鈉和氯化銨的混合液，則和的總反應(yīng)方程式為_(kāi)。由這一反應(yīng)可知氯化鈉比碳酸氫鈉的溶解度_。NaClNH3C

8、O2H2O=NaHCO3NH4Cl大四、跟蹤訓(xùn)練解析的操作是對(duì)NaHCO3進(jìn)行加熱，使其分解，同時(shí)使揮發(fā)性物質(zhì)氣化而除去，該操作為灼燒。(2)的操作叫_。解析把不溶晶體與液體分離的方法稱(chēng)為過(guò)濾。過(guò)濾(3)的操作叫_。灼燒四、跟蹤訓(xùn)練解析由于氨氣極易溶于水，所以向飽和NaCl溶液中先通入氨氣，效果更好。反應(yīng)制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化學(xué)方程式為NaClNH3CO2H2O =NaHCO3NH4Cl。5.“索爾維制堿法”工藝流程如圖所示，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)向飽和氯化鈉溶液中先通入_，效果更好。反應(yīng)制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化學(xué)方程式為_(kāi)。NH3NaClNH3CO2H2O=

9、NaHCO3NH4Cl四、跟蹤訓(xùn)練(2)索爾維制堿法除了得到純堿外，還會(huì)產(chǎn)生一種廢渣_。侯氏制堿法在此工藝上改進(jìn)，不再使用碳酸鈣制備CO2，而是在制備N(xiāo)H3的過(guò)程中制得CO2，則侯氏制堿法在得到純堿的同時(shí)還制得了_，此物質(zhì)在農(nóng)業(yè)上的用途是_。CaCl2NH4Cl作氮肥解析根據(jù)原子守恒可知反應(yīng)后還有氯化鈣生成。根據(jù)方程式NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl可知侯氏制堿法在得到純堿的同時(shí)還制得氯化銨。銨鹽在農(nóng)業(yè)上可作氮肥。四、跟蹤訓(xùn)練6.純堿是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于玻璃、造紙、紡織和洗滌劑的生產(chǎn)。(1)起初，人們從鹽堿地和鹽湖中獲得純堿，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足工業(yè)發(fā)展的需要，純堿的化

10、學(xué)式為_(kāi)。Na2CO3解析純堿的化學(xué)式為Na2CO3。四、跟蹤訓(xùn)練(2)1791年，“路布蘭制堿法”取得專(zhuān)利。該方法以硫酸、氯化鈉、木炭、白堊石(主要成分為碳酸鈣)為原料，但在20世紀(jì)20年代后被淘汰，因?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程中釋放出一種無(wú)色、有刺激性氣味的氣體，其分子結(jié)構(gòu)示意圖為 ，該氣體遇空氣中的水蒸氣易形成酸霧，腐蝕金屬設(shè)備，該酸霧腐蝕金屬鐵的化學(xué)方程式為_(kāi)。Fe2HCl=FeCl2H2解析根據(jù)濃鹽酸有揮發(fā)性，揮發(fā)出一種無(wú)色、有刺激性氣味的氣體，由兩種元素組成，所以這種酸是鹽酸；鹽酸與鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式：Fe2HCl=FeCl2H2。四、跟蹤訓(xùn)練(3)1861年，“索爾維制堿法”問(wèn)世，該方法是在用氯化鈉溶液吸收兩種工業(yè)廢氣時(shí)意外發(fā)現(xiàn)的，反應(yīng)后生成碳酸氫鈉和氯化銨(NH4Cl)，再加熱碳酸氫鈉即可制得純堿，氯化鈉溶液吸收的兩種氣體為_(kāi)(填字母)。A.Cl2 B.NH3C.SO2 D.CO2解析氯化鈉溶液吸收兩種氣體，主要吸收NH3和CO2，NH3溶于水生成氨水，顯堿性易吸收CO2，形成碳酸氫鈉和氯化銨。BD四、跟蹤訓(xùn)練(4)“侯氏制堿法”由我國(guó)化學(xué)工程專(zhuān)家侯德榜先生于1943年創(chuàng)立，是“索爾維制堿法”的改進(jìn)，大大提高了原料的利用率，至今仍為全世界廣泛采用。用如圖所示裝置可以模擬“加熱碳酸氫鈉制得純堿”的過(guò)程。當(dāng)觀察到B中出現(xiàn)渾濁時(shí)，停止加熱，A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)，將A試