教學設計5：純堿的生產(chǎn)

高中化學選修2化學與技術(shù)純堿的生產(chǎn)教學設計[教學目標]知識與技能1.索氏制堿法原理(A)2.候氏制堿法和簡單流程，并與索氏制堿法作對比(B)3.化工生產(chǎn)的一些基本原理(充分利用原料、充分利用能量和保護環(huán)境)(A)過程與方法1.用對比的方法，分析索氏制堿法和候氏制堿法，感受化學原理應用于實際化工生產(chǎn)的方法；產(chǎn)生學習興趣，懂得化學和生活改善、生產(chǎn)發(fā)展、社會進步的關(guān)系（A）2.通過預習、查找資料等培養(yǎng)自學能力和批評精神（A）情感態(tài)度價值觀1.體驗化學工業(yè)發(fā)展和社會物質(zhì)文明提高的關(guān)系，樹立“綠色化學”思想，增強民族自豪感（A）2.用“充分利用原料、充分利用能量和保護環(huán)境”原理分析化工生產(chǎn)優(yōu)點和缺點，形成合理利用資源、保護環(huán)境，確立可持續(xù)發(fā)展的觀念，增強社會責任感（A）教學重點和難點重點：候氏制堿法原理難點：候氏制堿法生產(chǎn)流程及優(yōu)點[教學過程]純堿是一種基本化工原料，自然界提供廉價的石灰石和氯化鈉（海水），怎樣轉(zhuǎn)化為碳酸鈉呢。1.索爾維法——氨堿法原料：食鹽、氨、二氧化碳化學方程式：NH3＋CO2＋H2ONH4HCO3NH4HCO3＋NaClNaHCO3↓＋NH2NaHCO3加熱Na2CO3↓＋CO2↑＋H2加熱石灰石的作用：（1）提供二氧化碳，產(chǎn)生可循使用的氨氣。CaCO3高溫CaO＋CO2↑CaO＋H2OCa(OH高溫2NH4CI＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H22.候氏制堿法——聯(lián)合制堿法人物介紹——我國化學家侯德榜原理：同索爾維法原料不同：焦炭、空氣、水和食鹽改進工藝：濾液不再加Ca(OH)2回收NH3，而是加固體食鹽，使NH4CI析出，除去NH4CI后的母液循環(huán)使用制Na2CO3。不但使原料食鹽得到充分利用，還生產(chǎn)出了化肥。問題：原料不用石灰石，二氧化碳來源？氨不回收，氨來源？二氧化碳、氨均來自合成氨廠，故稱為“聯(lián)合制堿法”。評價：從化工生產(chǎn)的基本原理的三個方面對氨堿法和聯(lián)合制堿法進行評價。3.歸納：氨堿法和聯(lián)合制堿法比較化工生產(chǎn)基本原理氨堿法（索氏）聯(lián)合制堿法（候氏）（1）充分利用原料食鹽利用率低72%—74%，大量氯化鈣作為廢液排出原料利用率高98%，母液循環(huán)使用，同時生產(chǎn)碳酸鈉和氯化銨兩產(chǎn)品（2）充分利用能量有石灰窯、蒸氨塔等耗能設備，需燃料加熱利用合成氨放出熱量，降低了耗能。節(jié)省石灰窯、蒸氨塔等設備，提高生產(chǎn)效率（3）保護環(huán)境大量氯化鈣作為廢液排出，產(chǎn)生污染避免產(chǎn)生大量含氯化鈣廢液污染優(yōu)點原料低廉，成本降低，氨循環(huán)利用產(chǎn)品純度高，制造步驟簡單原料利用率高，充分利用能量，幾乎無污染，生產(chǎn)碳酸鈉和氯化銨兩產(chǎn)品，降低了生產(chǎn)成本缺點氯化鈉未能，耗能大，產(chǎn)生氯化鈣廢棄物等污染不同之處析出碳酸鈉后母液中繼續(xù)加入食鹽，通入氨氣，使氯化銨析出，得到碳酸鈉和氯化銨兩種產(chǎn)品不同之處①聯(lián)合制堿法將氯化銨作為一種化工產(chǎn)品，不再生產(chǎn)氨循環(huán)使用；②對分離出碳酸氫鈉和氯化銨后含氯化鈉的溶液循環(huán)使用。【例題2】我國化學家侯德榜（右圖）改革國外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡要表示如下：（1）上述生產(chǎn)純堿的方法稱，副產(chǎn)品的一種用途為。（2）沉淀池中發(fā)生的化學反應方程式是。（3）寫出上述流程中X物質(zhì)的分子式。（4）使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上，主要是設計了（填上述流程中的編號）的循環(huán)。從沉淀池中取出沉淀的操作是（5）為檢驗產(chǎn)品碳酸鈉中是否含有氯化鈉，可取少量試樣溶于水后，再滴加（6）向母液中通氨氣，加入細小食鹽顆粒，冷卻析出副產(chǎn)品，通氨氣的作用有（a）增大NH4＋的濃度，使NH4Cl更多地析出（b）使NaHCO3更多地析出（c）使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3，提高析出的NH4Cl純度【分析】候氏制堿法原理與索爾維法基本相同，不同之處，在析出碳酸鈉后母液中繼續(xù)加入食鹽，通入氨氣，使氯化銨析出，得到碳酸鈉和氯化銨兩種產(chǎn)品。評價一種化工產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝過程，關(guān)鍵是要看能否利用價廉、易得的自然資源和基礎化工原料來最大限度地獲取目標產(chǎn)物，并從反應體系中提取有用的副產(chǎn)品或讓部分未轉(zhuǎn)化的原材料循環(huán)使用，盡量做到物盡其用。【答案】（1）聯(lián)合制堿法或侯德榜制堿法化肥或電解液或焊藥等（其他合理答案均給分）（2）NH3＋CO2＋H2O＋NaCl→NH4Cl＋NaHCO3↓或NH3＋CO2＋H2O→NH4HCO3NH4HCO3＋NaCl→NaHCO3↓＋NH4Cl（3）CO2（4）I過濾（5）稀硝酸和硝酸銀溶液（6）ac（B）（本題共12分）（1）C6H6＋Br2C6H5Br＋HBr↑（2）反應液微沸有紅棕色氣體充滿A容器（3）除去溶于溴苯中的溴Br2＋2NaOH→NaBr＋NaBrO＋H2O或3Br2＋6NaOH→5NaBr＋NaBrO3＋3H2O（4）除去溴化氫氣體中的溴蒸氣（5）石蕊試液，溶液變紅色（其他合理答案都給分）【訓練題】1.用石墨和鐵作電極，電解飽和食鹽水時，鐵是（）A.正極B.負極C.陰極D.陽極2.下列生產(chǎn)步驟，不是為提高原料轉(zhuǎn)化率的是（）A.合成氨生產(chǎn)時，在平衡混合氣體中分離出氨氣后，剩余氣體循環(huán)使用B.接觸法制硫酸時，在灼燒硫鐵礦時通入過量的空氣C.氨氧化制硝酸時，用過量的空氣與氨氣進行催化氧化D.生產(chǎn)鹽酸時，使氯氣被包圍在稍過量的氫氣中燃燒3.取一張用飽和NaCl溶液浸濕的pH試紙，兩根鉛筆芯作電極，接通直流電源，一段時間后，發(fā)現(xiàn)電極與試紙接觸處出現(xiàn)一個雙色同心圓，內(nèi)圓為白色，外圓呈淺紅色。則下列說法錯誤的是電極是陰極 電極與電源的正極相連接C.電解過程中，水是氧化劑 電極附近溶液的pH變小4.氯堿工業(yè)的原料食鹽一般來自，粗鹽中含有SO42-、Mg2+和Ca2+等雜質(zhì)離子，為保護電解槽在生產(chǎn)時不受損，必須除去后才能使用。選用的試劑為、、和鹽酸，為除凈雜質(zhì)離子，加入的試劑應稍過量，這又不可避免地引入過量試劑的雜質(zhì)離子。這就依靠人們設計出合理的添加試劑的順序，使過量試劑引入的雜質(zhì)離子逐一地被清除（即前一種過量試劑的雜質(zhì)離子被后一種試劑清除）。如果設計不合理，就做不到這一點。整個除雜質(zhì)的過程中發(fā)生的離子反應有。5.電解飽和食鹽水時，陽極上產(chǎn)生的是，陰極上產(chǎn)生，用石棉隔膜把陽極區(qū)與陰極區(qū)隔開是為了防止發(fā)生（用有關(guān)化學方程式表示），。6.工業(yè)制純堿涉及到的部分反應如下：NaCl＋NH3＋CO2＋H2ONaHCO3↓＋NH4Cl①CaCO3煅燒CaO＋CO2↑煅燒N2＋3H2高溫高壓催化劑2NH3高溫高壓催化劑CaO+2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋H2O2NaHCO3加熱Na2CO3＋H2O＋CO2↑⑤加熱（1）氨堿法和聯(lián)合制堿法共同使用的反應原理有，屬于氨堿法單獨使用的反應原理有，屬于聯(lián)合制堿法單獨使用的反應原理有。（2）碳酸氫鈉分解產(chǎn)生的二氧化碳可循環(huán)使用，但必須要補充，補充的主要原因是，但實際生產(chǎn)中補充量超過理論上反應耗用量，可能的原因是。（3）氨堿法需補充的二氧化碳一定來自，那么聯(lián)合制堿需補充的二氧化碳可能來自。（4）侯德榜法在慮去碳酸氫鈉的母液中加入氯化鈉并通氨氣時，會析出氯化銨的原因是，比起氨堿法采用氨循環(huán)，聯(lián)合制堿法的兩個突出優(yōu)點是，。7.仿照例子填寫下表工業(yè)生產(chǎn)方法或裝置作用發(fā)電粉碎煤炭、鼓入高壓空氣使煤炭充分燃燒，充分利用能源熱交換器原料氣循環(huán)使用尾氣吸收8．利用天然氣合成氨的工藝流程示意如下：依據(jù)上述流程，完成下列填空：（1）天然氣脫硫時的化學方程式是（2）nmolCH4經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生COmol、產(chǎn)生H2mol（用含n的代數(shù)式表示）（3）K2CO3（aq）和CO2反應在加壓下進行，加壓的理論依據(jù)是（多選扣分）（a）相似相溶原理（b）勒沙特列原理（c）酸堿中和原理（4）由KHCO3分解得到的CO2可以用于（寫出CO2的一種重要用途）。（5）整個流程有三處循環(huán)，一是Fe(OH)3循環(huán)，二是K2CO3（aq）循環(huán)，請在上述流程圖中標出第三處循環(huán)（循環(huán)方向、循環(huán)物質(zhì)）?！敬鸢浮浚?）3H2S＋2Fe(OH)3→Fe2S3＋6H2O、（2）27n（3）b（3分）（4）生產(chǎn)純堿（5）【拓展題】．1.將磷肥生產(chǎn)中形成的副產(chǎn)物石膏(CaSO4·2H2O)轉(zhuǎn)化為硫酸鉀肥料和氯化鈣水合物儲熱材料，無論從經(jīng)濟效益、資源綜合利用還是從環(huán)境保護角度看都具有重要意義。以下是石膏轉(zhuǎn)化為硫酸鉀和氯化鈣的工藝流程示意圖。(1)本工藝中所用的原料除CaSO4·2H2O、KCl外，還需要等原料。(2)寫出石膏懸濁液中加入碳酸銨溶液后發(fā)生反應的離子方程式：________________。(3)過濾I操作所得固體中，除CaCO3外還含有(填化學式)等物質(zhì)，該固體可用作生產(chǎn)水泥的原料。(4)過濾I操作所得濾液是(NH4)2SO4溶液。檢驗濾液中含有CO32－的方法是：(5)已知不同溫度下K2SO4在100g水中達到飽和時溶解的量如下表：溫度(℃)02060K2SO4溶解的量(g)60℃時K2SO4的飽和溶液591g冷卻到0℃，可析出K2SO4晶體g。(6)氯化鈣結(jié)晶水合物(CaCl2·6H2O)是目前常用的無機儲熱材料，選擇的依據(jù)是a．熔點較低(29℃熔化)b．能導電c．能制冷d．無毒(7)上述工藝流程中體現(xiàn)綠色化學理念的是：____________________________、__________________________________。2.最近，我國利用生產(chǎn)磷銨排放的廢渣磷石膏制取硫酸并聯(lián)產(chǎn)水泥的技術(shù)研究獲得成功。具體生產(chǎn)流程如下：水泥水泥SO3SO2固體ANH3H3PO4粉碎富集萃取槽磷灰石硫酸操作a裝置a操作b操作a磷銨熱交換器催化氧化一系列工藝回答下列問題：（1）操作a的名稱是________，實驗室中進行此操作的非玻璃儀器或用品有________________________；在實驗室中操作b的名稱是________________________。（2）裝置a中生成兩種酸式鹽，它們的化學式分別是____________________________。（3）依題意猜測固體A中一定含有的物質(zhì)的化學式是_