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文檔簡(jiǎn)介

高中化學(xué)選修2化學(xué)與技術(shù)

1.3純堿的生產(chǎn)教學(xué)設(shè)計(jì)

[教學(xué)目標(biāo)]

知識(shí)與技能

1.索氏制堿法原理(A)

2.候氏制堿法和簡(jiǎn)單流程,并與索氏制堿法作對(duì)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(hù)環(huán)境)(A)

過(guò)程與方法

1.用對(duì)比的方法,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)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步的

關(guān)系(A)

2.通過(guò)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(guān)

1.體驗(yàn)化學(xué)工業(yè)發(fā)展和社會(huì)物質(zhì)文明提高的關(guān)系,樹(shù)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)發(fā)展的觀(guān)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):候氏制堿法原理

難點(diǎn):候氏制堿法生產(chǎn)流程及優(yōu)點(diǎn)

[教學(xué)過(guò)程]

純堿是一種基本化工原料,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+C02+H2O-^NH4HCO3NH4HCO3+NaCl^NaHCO3;

+NH4CI

力口執(zhí)一

2NaHCO3^NaoCOa|+CO2T+H2O

石灰石的作用:(1)提供二氧化碳,產(chǎn)生可循使用的氨氣。

CaCCh高溫ACaO+CO2T

CaO+H2O^Ca(OH)2

2NH4CI+Ca(0H)2fCaCb+2NH3T+2H2O

2.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

改進(jìn)工藝:濾液不再加Ca(OH)2回收NH3,而是加固體食鹽,使NH4cl

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。

食鹽水

CChIX

I合成港廠(chǎng)產(chǎn)/“堿舛+Na2CO3

*循環(huán)I

一世一>母液一

(提取副產(chǎn)品)

問(wèn)題:原料不用石灰石,二氧化碳來(lái)源?氨不回收,氨來(lái)源?

二氧化碳、氨均來(lái)自合成氨廠(chǎng),故稱(chēng)為“聯(lián)合制堿法L

評(píng)價(jià):從化工生產(chǎn)的基本原理的三個(gè)方面對(duì)氨堿法和聯(lián)合制堿法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖5.12列管式熱交換器圖5.10氨堿法生產(chǎn)純堿示意圖

3.歸納:氨堿法和聯(lián)合制堿法比較

化工生產(chǎn)

氨堿法(索氏)聯(lián)合制堿法(候氏)

基本原理

食鹽利用率低72%—74%,大量氯原料利用率高98%,母液循環(huán)

(1)充分

化鈣作為廢液排出使用,同時(shí)生產(chǎn)碳酸鈉和氯化

利用原料

鏤兩產(chǎn)品

有石灰窯、蒸氨塔等耗能設(shè)備,利用合成氨放出熱量,降低了

(2)充分

需燃料加熱耗能。節(jié)省石灰窯、蒸氨塔等

利用能量

設(shè)備,提高生產(chǎn)效率

(3)保護(hù)大量氯化鈣作為廢液排出,產(chǎn)生避免產(chǎn)生大量含氯化鈣廢液污

環(huán)境污染染

原料低廉,成本降低,氨循環(huán)利原料利用率高,充分利用能量,

優(yōu)點(diǎn)用產(chǎn)品純度高,制造步驟簡(jiǎn)單幾乎無(wú)污染,生產(chǎn)碳酸鈉和氯

化鏤兩產(chǎn)品,降低了生產(chǎn)成本

氯化鈉未能,耗能大,產(chǎn)生氯化

缺點(diǎn)

鈣廢棄物等污染

析出碳酸鈉后母液中繼續(xù)加入食鹽,通入氨氣,使氯化鏤析出,得

不同之處

到碳酸鈉和氯化鏤兩種產(chǎn)品

①聯(lián)合制堿法將氯化鏤作為一種化工產(chǎn)品,不再生產(chǎn)氨循環(huán)使用;

不同之處

②對(duì)分離出碳酸氫鈉和氯化鏤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:

食鹽水

CO?IX

I合成京廠(chǎng)產(chǎn)馬阮/,堿舛-Na2CO3

*循環(huán)I

一世一?母液——

(提取副產(chǎn)品)

(1)上述生產(chǎn)純堿的方法稱(chēng),副產(chǎn)品的一種用途

為。

(2)沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是。

(3)寫(xiě)出上述流程中X物質(zhì)的分子式o

(4)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,加入細(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NaHCCh更多地析出

(c)使NaHCCh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,使氯化鏤析出,得到碳酸鈉和氯化鏤兩種產(chǎn)品。

評(píng)價(jià)一種化工產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝過(guò)程,關(guān)鍵是要看能否利用價(jià)廉、易得的自然資源

和基礎(chǔ)化工原料來(lái)最大限度地獲取目標(biāo)產(chǎn)物,并從反應(yīng)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+NaHCCh|

或NH3+CO2+H2O-NH4HCO3NWHCCh+NaCl-NaHCCh]+NH4cl

(3)CO2

(4)I過(guò)濾

(5)稀硝酸和硝酸銀溶液

(6)ac

(B)(本題共12分)

(1)C6H6+Br2—C6H5Br+HBr$

(2)反應(yīng)液微沸有紅棕色氣體充滿(mǎn)A容器

(3)除去溶于澳苯中的澳

Br2+2NaOH-NaBr+NaBrO+H2O

或3Br2+6NaOH^5NaBr+NaBrO3+3H2O

(4)除去澳化氫氣體中的澳蒸氣

(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(yáng)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(shí),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(shí),在灼燒硫鐵礦時(shí)通入過(guò)量的空氣

C.氨氧化制硝酸時(shí),用過(guò)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(guò)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(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。則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

A.b電極是陰極B.a電極與電源的正極相連接

C.電解過(guò)程中,水是氧化劑D.b電極附近溶液的pH變小

4.氯堿工業(yè)的原料食鹽一般來(lái)自,粗鹽中含有S04%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,加

入的試劑應(yīng)稍過(guò)量,這又不可避免地引入過(guò)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(guò)量試劑引入的雜質(zhì)離子逐一地被清除(即前一

種過(guò)量試劑的雜質(zhì)離子被后一種試劑清除)。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(guò)程中發(fā)生的離子反應(yīng)有

5.電解飽和食鹽水時(shí),陽(yáng)極上產(chǎn)生的是,陰極上產(chǎn)生

用石棉隔膜把陽(yáng)極區(qū)與陰極區(qū)隔開(kāi)是為了防止發(fā)生(用有關(guān)化學(xué)方程式表

示)_____________________

6.工業(yè)制純堿涉及到的部分反應(yīng)如下:

NaCl+NH3+CO2+H2()fNaHCChj+NH4cl①

CaCO3-^^CaO+CO2T②

催化劑A

N2+3H2-?2NH3(3)

1W1溫iWi壓

CaO+2NH40fCaCb+2NH3T+H2O④

力□執(zhí)

U

2NaHCO3^^Na2CO34-H2O+CO2T(5)

(1)氨堿法和聯(lián)合制堿法共同使用的反應(yīng)原理有,屬于氨堿法

單獨(dú)使用的反應(yīng)原理有,屬于聯(lián)合制堿法單獨(dú)使用的反應(yīng)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(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(guò)理論上反應(yīng)耗用量,可能的原

因是O

(3)氨堿法需補(bǔ)充的二氧化碳一定來(lái)自,那么聯(lián)合制堿需補(bǔ)充

的二氧化碳可能來(lái)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(shí),會(huì)析出氯

化鏤的原因是,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,。

7.仿照例子填寫(xiě)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(shí)的化學(xué)方程式是_____________________________________

(2)nmolCH4經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生COO.9nmol、產(chǎn)生H2mol(用含

n的代數(shù)式表示)

(3)K2c03(aq)和C02反應(yīng)在加壓下進(jìn)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C02可以用于

(寫(xiě)出C02的一種重要用途)。

(5)整個(gè)流程有三處循環(huán),一是Fe(0H)3循環(huán),二是K2c。3(叫)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))。

【答案】

(1)3H2s+2Fe(OH)3-Fe2s3+6H2O、

(2)27n

(3)b(3分)

(4)生產(chǎn)純堿

【拓展題】.

1.將磷肥生產(chǎn)中形成的副產(chǎn)物石膏(CaS042H20)轉(zhuǎn)化為硫酸鉀肥料和氯化

鈣水合物儲(chǔ)熱材料,無(wú)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。

CaSO4r2H2。

髏二甌反而-應(yīng)方『CaC5

/|NH3|(NH4)2SO4

一:F蒸氨kNH4cl__I過(guò)濾n|一晶航F|-KC1

H2U-1_----i1---------1

CaCl2-6H2OK2SO4

(1)本工藝中所用的原料除CaS042H20、KC1外,還需要等

原料。

(2)寫(xiě)出石膏懸濁液中加入碳酸鏤溶液后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:

(3)過(guò)濾I操作所得固體中,除CaC03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(guò)濾I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)已知不同溫度下K2SO4在100g水中達(dá)到飽和時(shí)溶解的量如下表:

溫度(℃)02060

K2s04溶解的量(g)7.411.118.2

60℃時(shí)K2s04的飽和溶液591g冷卻到0℃,可析出K2s

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