氯堿工業(yè)生產(chǎn)

氯堿化工生產(chǎn)專題[教學(xué)背景]【教學(xué)內(nèi)容】“化工生產(chǎn)”是高三化學(xué)教材第五章非金屬元素的最后一節(jié)內(nèi)容，包括氯堿工業(yè)、聯(lián)合制堿工業(yè)等?！疽饬x】化工生產(chǎn)與理論實(shí)際關(guān)系密切，教材安排非金屬元素及其化合物、氧化復(fù)原反響、離子互換反響、動(dòng)態(tài)平衡等化學(xué)原理、理論等內(nèi)容之后學(xué)習(xí)化工生產(chǎn)，學(xué)生已有一定的知識(shí)儲(chǔ)藏，對(duì)所學(xué)知識(shí)起到一定的指導(dǎo)作用。學(xué)習(xí)化工生產(chǎn)為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)金屬及其冶煉打下了根底，同時(shí)穩(wěn)固了已有知識(shí)?！菊n標(biāo)要求】對(duì)于氯堿工業(yè)和聯(lián)合制堿工業(yè)的教學(xué)，應(yīng)注意對(duì)原理以及生產(chǎn)流程的設(shè)計(jì)、比擬、改良等相關(guān)資源進(jìn)行充分挖掘和展示，提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲，落實(shí)情感態(tài)度和價(jià)值觀的教育。注意從生產(chǎn)流程的角度引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)理論與生產(chǎn)實(shí)際的關(guān)系，發(fā)揮理論的指導(dǎo)作用。引導(dǎo)學(xué)生用比照的方法，運(yùn)用化工生產(chǎn)的根本原理分析索氏制堿法和候氏制堿法異同、氯堿工業(yè)的改良，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算通過思考、互動(dòng)，從中理解物料平衡、能源充分利用、綠色化學(xué)等思想，感受化學(xué)原理應(yīng)用于實(shí)際化工生產(chǎn)的方法和科學(xué)技術(shù)的開展。一．[教學(xué)目標(biāo)]知識(shí)與技能1、氯堿工業(yè)原理〔B〕2、索氏制堿法原理(A)3、候氏制堿法和簡(jiǎn)單流程，并與索氏制堿法作比照(B)4、化工生產(chǎn)的一些根本原理(充分利用原料、充分利用能量和保護(hù)環(huán)境)(A)過程與方法1、用比照的方法，分析索氏制堿法和候氏制堿法，感受化學(xué)原理應(yīng)用于實(shí)際化工生產(chǎn)的方法；產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，懂得化學(xué)和生活改善、生產(chǎn)開展、社會(huì)進(jìn)步的關(guān)系〔A〕2、從電解池的改良中了解技術(shù)改革的根本思路，探討氯堿工業(yè)開展的前景〔A〕2、通過預(yù)習(xí)、查找資料等培養(yǎng)自學(xué)能力和批評(píng)精神〔A〕情感態(tài)度價(jià)值觀1、體驗(yàn)化學(xué)工業(yè)開展和社會(huì)物質(zhì)文明提高的關(guān)系，樹立“綠色化學(xué)”思想，增強(qiáng)民族自豪感〔A〕2、用“充分利用原料、充分利用能量和保護(hù)環(huán)境”原理分析化工生產(chǎn)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，形成合理利用資源、保護(hù)環(huán)境，確立可持續(xù)開展的觀念，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感〔A〕教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：氯堿工業(yè)原理、候氏制堿法原理難點(diǎn)：①食鹽水的精制、電解槽中離子隔膜的作用、②候氏制堿法生產(chǎn)流程及優(yōu)點(diǎn)[教學(xué)過程]一、氯堿工業(yè)1、電解飽和食鹽水原理〔包括電子流動(dòng)、電極反響式、物質(zhì)檢驗(yàn)、總方程式、電解、與電解池比擬〕問題：工業(yè)上是如何電解飽和食鹽水的？相互之間會(huì)發(fā)生哪些反響？工業(yè)生產(chǎn)中，為了防止產(chǎn)物氫氣與氯氣混合反響，需要使用特殊的電解槽——立式隔膜電解槽2、氯堿工業(yè)裝置——立式隔膜電解槽電解原理示意圖氯堿工業(yè)主要產(chǎn)品——燒堿、氫氣、氯氣、鹽酸主要設(shè)備——陽離子交換膜電解槽。優(yōu)點(diǎn)：陽極〔金屬鈦〕氯氣不易腐蝕；陽離子交換膜隔成陰極室和陽極室，防止氫氣氯氣混合，防止氯氣與氫氧化鈉作用影響燒堿質(zhì)量討論：從電解飽和食鹽水的電解槽流出的氯化鈉和氫氧化鈉的混合溶液，如何能取得產(chǎn)品，又不浪費(fèi)原料？3、生產(chǎn)工藝流程10%NaOH16%NaCl溶液10%NaOH16%NaCl溶液NaOHNa2CO3沉渣H2Cl250%NaOH溶液NaCl晶體脫鹽精制電解化鹽粗鹽H2O4、飽和食鹽水的精制討論：如何從食鹽水中除去Mg2+、Ca2+、SO42-等雜質(zhì)飽和食鹽水的精制，除去食鹽中的Mg2+、Ca2+、SO42-——NaOH、Na2CO3、HCl5、氯堿工業(yè)的特點(diǎn)

氯堿工業(yè)的特點(diǎn)除原料易得、生產(chǎn)流程較短外，主要還有兩個(gè)突出問題：

〔l〕能源消耗大:每生產(chǎn)1噸100％燒堿需耗電2580度，耗汽5噸，總能耗折標(biāo)準(zhǔn)煤為1.815噸?！?〕腐蝕和污染氯堿產(chǎn)品如燒堿、鹽酸等均具有強(qiáng)腐蝕性，在生產(chǎn)過程中使用的原料如石棉、汞和所產(chǎn)生的含氯廢氣都可能對(duì)環(huán)境造成污染，因此防止腐蝕和三廢處理也一直是氯堿工業(yè)的努力方向?！纠}1】氯堿廠電解飽和食鹽水制取氫氧化鈉的工藝流程示意圖如以下圖。依據(jù)以下圖，完成以下填空：10%NaOH16%NaCl溶液10%NaOH16%NaCl溶液NaOHNa2CO3沉渣H2Cl250%NaOH溶液NaCl晶體脫鹽精制電解化鹽粗鹽H2O〔1〕在電解過程中，與電源正極相連的電極所發(fā)生反響的化學(xué)方程式為與電源負(fù)極相連的電極附近，溶液的pH值〔2〕工藝食鹽水含Mg2+、Ca2+等雜質(zhì)，精制過程中發(fā)生反響的離子方程式為〔3〕如果粗鹽中SO42-含量較高，必須添加鋇試劑除去SO42-，該鋇試劑是A.Ba(OH)2B.Ba(NO3)2C.BaCl2(4)為了有效除去Mg2+、Ca2+、SO42-，參加試劑的合理順序?yàn)锳.先加NaOH，后加Na2CO3，再加鋇試劑B.先加NaOH，后加鋇試劑，再加Na2CO3C.先加鋇試劑，后加NaOH，再加Na2CO3〔5〕脫鹽工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差異，通過、冷卻、〔填操作名稱〕除去NaCl〔6〕在隔膜法電解食鹽水時(shí)，電解槽分隔為陽極區(qū)和陽極區(qū)，為陽極區(qū)和陰極區(qū)，防止氯氣與氫氧化鈉反響；采用無隔膜電解冷的食鹽水時(shí)，氯氣與氫氧化鈉充分接觸，產(chǎn)物僅是氫氧化鈉和氫氣，相應(yīng)的化學(xué)方程式為【分析】此題利用氯堿廠電解飽和食鹽水制取氫氧化鈉知識(shí)重在對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、裝置原理與操作原理的訓(xùn)練。在除雜過程中應(yīng)注意不能引入新的雜質(zhì)。為了除盡雜質(zhì)，所加的試劑必須過量，但是最后又不能引起新的雜質(zhì)，所以前面引進(jìn)的雜質(zhì)要能被后面所加試劑除去，而最后參加過量試劑要不影響產(chǎn)品的純度。【答案】(1)2Cl－－2eCl(2)Ca2＋＋(CO3)2CaCO3,Mg2＋＋2OHAUTOTEXT=>]Mg(OH)2(3)A/C(4)BC(5)蒸發(fā)過濾(6)NaCl＋H2ONaClO＋二、聯(lián)合制堿工業(yè)純堿是一種根本化工原料，自然界提供廉價(jià)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(xué)方程式：NH3＋CO2＋H2ONH4HCO3NH4HCO3＋NaClNaHCO2NaHCO3加熱Na2CO3↓＋CO2↑＋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＋H2O高溫2NH4CI＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋22、候氏制堿法——聯(lián)合制堿法人物介紹——我國(guó)化學(xué)家侯德榜原理：同索爾維法原料不同：焦炭、空氣、水和食鹽改良工藝：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(píng)價(jià)：從化工生產(chǎn)的根本原理的三個(gè)方面對(duì)氨堿法和聯(lián)合制堿法進(jìn)行評(píng)價(jià)。3、歸納：氨堿法和聯(lián)合制堿法比擬化工生產(chǎn)根本原理氨堿法〔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(shí)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(shè)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(shè)備，提高生產(chǎn)效率〔3〕保護(hù)環(huán)境大量氯化鈣作為廢液排出，產(chǎn)生污染防止產(chǎn)生大量含氯化鈣廢液污染優(yōu)點(diǎn)原料低廉，本錢降低，氨循環(huán)利用產(chǎn)品純度高，制造步驟簡(jiǎn)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)本錢缺點(diǎn)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)參加食鹽，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(duì)別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(guó)化學(xué)家侯德榜〔右圖〕改革國(guó)外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡(jiǎn)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(xué)反響方程式是?！?〕寫出上述流程中X物質(zhì)的分子式?！?〕使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上，主要是設(shè)計(jì)了〔填上述流程中的編號(hào)〕的循環(huán)。從沉淀池中取出沉淀的操作是〔5〕為檢驗(yàn)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，參加細(xì)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根本相同，不同之處，在析出碳酸鈉后母液中繼續(xù)參加食鹽，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(píng)價(jià)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(jià)廉、易得的自然資源和根底化工原料來最大限度地獲取目標(biāo)產(chǎn)物，并從反響體系中提取有用的副產(chǎn)品或讓局部未轉(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〕〔此題共12分〕〔1〕C6H6＋Br2C6H5Br＋HBr↑〔2〕反響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(xùn)練題】1、用石墨和鐵作電極，電解飽和食鹽水時(shí)，鐵是〔〕A、正極B、負(fù)極C、陰極D、陽極2、以下生產(chǎn)步驟，不是為提高原料轉(zhuǎn)化率的是〔〕A、合成氨生產(chǎn)時(shí)，在平衡混合氣體中別離出氨氣后，剩余氣體循環(huán)使用B、接觸法制硫酸時(shí)，在灼燒硫鐵礦時(shí)通入過量的空氣C、氨氧化制硝酸時(shí)，用過量的空氣與氨氣進(jìn)行催化氧化D、生產(chǎn)鹽酸時(shí)，使氯氣被包圍在稍過量的氫氣中燃燒31、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(shí)間后，發(fā)現(xiàn)電極與試紙接觸處出現(xiàn)一個(gè)雙色同心圓，內(nèi)圓為白色，外圓呈淺紅色。那么以下說法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是 A、b電極是陰極 B、a電極與電源的正極相連接 C、電解過程中，水是氧化劑 D、b電極附近溶液的pH變小42、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(hù)電解槽在生產(chǎn)時(shí)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，參加的試劑應(yīng)稍過量，這又不可防止地引入過量試劑的雜質(zhì)離子。這就依靠人們?cè)O(shè)計(jì)出合理的添加試劑的順序，使過量試劑引入的雜質(zhì)離子逐一地被去除〔即前一種過量試劑的雜質(zhì)離子被后一種試劑去除〕。如果設(shè)計(jì)不合理，就做不到這一點(diǎn)。整個(gè)除雜質(zhì)的過程中發(fā)生的離子反響有。53、電解飽和食鹽水時(shí)，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(xué)方程式表示〕，。64、工業(yè)制純堿涉及到的局部反響如下：NaCl＋NH3＋CO2＋H2ONaHCO3↓＋NHCaCO3煅燒CaO＋煅燒N2＋3H2高溫高壓催化劑高溫高壓催化劑CaO+2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋H2NaHCO3加熱Na2CO3＋H2O＋加熱〔1〕氨堿法和聯(lián)合制堿法共同使用的反響原理有，屬于氨堿法單獨(dú)使用的反響原理有，屬于聯(lián)合制堿法單獨(dú)使用的反響原理有?！?〕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(bǔ)充，補(bǔ)充的主要原因是，但實(shí)際生產(chǎn)中補(bǔ)充量超過理論上反響耗用量，可能的原因是?！?〕氨堿法需補(bǔ)充的二氧化碳一定來自，那么聯(lián)合制堿需補(bǔ)充的二氧化碳可能來自?！?〕侯德榜法在慮去碳酸氫鈉的母液中參加氯化鈉并通氨氣時(shí)，會(huì)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(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是，。75、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，完成以下填空：〔1〕天然氣脫硫時(shí)的化學(xué)方程式是〔2〕nmolCH4經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生CO0.9nmol、產(chǎn)生H2mol〔用含n的代數(shù)式表示〕〔3〕K2CO3〔aq〕和CO2反響在加壓下進(jìn)行，加壓的理論依據(jù)是〔多項(xiàng)選擇扣分〕〔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〕?！?〕整個(gè)流程有三處循環(huán)，一是Fe(OH)3循環(huán)，二是K2CO3〔aq〕循環(huán)，請(qǐng)?jiān)谏鲜隽鞒虉D中標(biāo)出第三處循環(huán)〔循環(huán)方向、循環(huán)物質(zhì)〕?！敬鸢浮俊?〕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(chǔ)熱材料，無論從經(jīng)濟(jì)效益、資源綜合利用還是從環(huán)境保護(hù)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)寫出石膏懸濁液中參加碳酸銨溶液后發(fā)生反響的離子方程式：________________。(3)過濾=1\*ROMANI操作所得固體中，除CaCO3外還含有(填化學(xué)式)等物質(zhì)，該固體可用作生產(chǎn)水泥的原料。(4)過濾=1\*ROMANI操作所得濾液是(NH4)2SO4溶液。檢驗(yàn)濾液中含有CO32－的方法是：(5)不同溫度下K2SO4在100g溫度(℃)02060K2SO4溶解的量(g)7.411.118.260℃時(shí)K2SO4的飽和溶液591g冷卻到(6)氯化鈣結(jié)晶水合物(CaCl2·6H2O)是目前常用的無機(jī)儲(chǔ)熱材料，選擇的依據(jù)是a．熔點(diǎn)較低(29℃(7)上述工藝流程中表達(dá)綠色化學(xué)理念的是：_______________________________________________、____________________________________________________。2、最近，我國(guó)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答復(fù)以下問題：〔1〕操作a的名稱是________，實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行此操作的非玻璃儀器或用品有________________________；在實(shí)驗(yàn)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(xué)式分別是____________________________?！?〕依題意猜想固體A中一定含有的物質(zhì)的化學(xué)式是__________〔結(jié)晶水局部不寫〕。〔4〕熱交換器是實(shí)現(xiàn)冷熱交換的裝置?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中也經(jīng)常利用熱交換來實(shí)現(xiàn)某種實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，氣、液熱交換時(shí)通常使用的儀器是