教学设计5：纯碱的生产

高中化学选修2化学与技术纯碱的生产教学设计[教学目标]知识与技能1.索氏制碱法原理(A)2.候氏制碱法和简单流程，并与索氏制碱法作对比(B)3.化工生产的一些基本原理(充分利用原料、充分利用能量和保护环境)(A)过程与方法1.用对比的方法，分析索氏制碱法和候氏制碱法，感受化学原理应用于实际化工生产的方法；产生学习兴趣，懂得化学和生活改善、生产发展、社会进步的关系（A）2.通过预习、查找资料等培养自学能力和批评精神（A）情感态度价值观1.体验化学工业发展和社会物质文明提高的关系，树立“绿色化学”思想，增强民族自豪感（A）2.用“充分利用原料、充分利用能量和保护环境”原理分析化工生产优点和缺点，形成合理利用资源、保护环境，确立可持续发展的观念，增强社会责任感（A）教学重点和难点重点：候氏制碱法原理难点：候氏制碱法生产流程及优点[教学过程]纯碱是一种基本化工原料，自然界提供廉价的石灰石和氯化钠（海水），怎样转化为碳酸钠呢。1.索尔维法——氨碱法原料：食盐、氨、二氧化碳化学方程式：NH3＋CO2＋H2ONH4HCO3NH4HCO3＋NaClNaHCO3↓＋NH2NaHCO3加热Na2CO3↓＋CO2↑＋H2加热石灰石的作用：（1）提供二氧化碳，产生可循使用的氨气。CaCO3高温CaO＋CO2↑CaO＋H2OCa(OH高温2NH4CI＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H22.候氏制碱法——联合制碱法人物介绍——我国化学家侯德榜原理：同索尔维法原料不同：焦炭、空气、水和食盐改进工艺：滤液不再加Ca(OH)2回收NH3，而是加固体食盐，使NH4CI析出，除去NH4CI后的母液循环使用制Na2CO3。不但使原料食盐得到充分利用，还生产出了化肥。问题：原料不用石灰石，二氧化碳来源？氨不回收，氨来源？二氧化碳、氨均来自合成氨厂，故称为“联合制碱法”。评价：从化工生产的基本原理的三个方面对氨碱法和联合制碱法进行评价。3.归纳：氨碱法和联合制碱法比较化工生产基本原理氨碱法（索氏）联合制碱法（候氏）（1）充分利用原料食盐利用率低72%—74%，大量氯化钙作为废液排出原料利用率高98%，母液循环使用，同时生产碳酸钠和氯化铵两产品（2）充分利用能量有石灰窑、蒸氨塔等耗能设备，需燃料加热利用合成氨放出热量，降低了耗能。节省石灰窑、蒸氨塔等设备，提高生产效率（3）保护环境大量氯化钙作为废液排出，产生污染避免产生大量含氯化钙废液污染优点原料低廉，成本降低，氨循环利用产品纯度高，制造步骤简单原料利用率高，充分利用能量，几乎无污染，生产碳酸钠和氯化铵两产品，降低了生产成本缺点氯化钠未能，耗能大，产生氯化钙废弃物等污染不同之处析出碳酸钠后母液中继续加入食盐，通入氨气，使氯化铵析出，得到碳酸钠和氯化铵两种产品不同之处①联合制碱法将氯化铵作为一种化工产品，不再生产氨循环使用；②对分离出碳酸氢钠和氯化铵后含氯化钠的溶液循环使用。【例题2】我国化学家侯德榜（右图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：（1）上述生产纯碱的方法称，副产品的一种用途为。（2）沉淀池中发生的化学反应方程式是。（3）写出上述流程中X物质的分子式。（4）使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了（填上述流程中的编号）的循环。从沉淀池中取出沉淀的操作是（5）为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加（6）向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有（a）增大NH4＋的浓度，使NH4Cl更多地析出（b）使NaHCO3更多地析出（c）使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度【分析】候氏制碱法原理与索尔维法基本相同，不同之处，在析出碳酸钠后母液中继续加入食盐，通入氨气，使氯化铵析出，得到碳酸钠和氯化铵两种产品。评价一种化工产品生产的工艺过程，关键是要看能否利用价廉、易得的自然资源和基础化工原料来最大限度地获取目标产物，并从反应体系中提取有用的副产品或让部分未转化的原材料循环使用，尽量做到物尽其用。【答案】（1）联合制碱法或侯德榜制碱法化肥或电解液或焊药等（其他合理答案均给分）（2）NH3＋CO2＋H2O＋NaCl→NH4Cl＋NaHCO3↓或NH3＋CO2＋H2O→NH4HCO3NH4HCO3＋NaCl→NaHCO3↓＋NH4Cl（3）CO2（4）I过滤（5）稀硝酸和硝酸银溶液（6）ac（B）（本题共12分）（1）C6H6＋Br2C6H5Br＋HBr↑（2）反应液微沸有红棕色气体充满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）除去溴化氢气体中的溴蒸气（5）石蕊试液，溶液变红色（其他合理答案都给分）【训练题】1.用石墨和铁作电极，电解饱和食盐水时，铁是（）A.正极B.负极C.阴极D.阳极2.下列生产步骤，不是为提高原料转化率的是（）A.合成氨生产时，在平衡混合气体中分离出氨气后，剩余气体循环使用B.接触法制硫酸时，在灼烧硫铁矿时通入过量的空气C.氨氧化制硝酸时，用过量的空气与氨气进行催化氧化D.生产盐酸时，使氯气被包围在稍过量的氢气中燃烧3.取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圆呈浅红色。则下列说法错误的是电极是阴极 电极与电源的正极相连接C.电解过程中，水是氧化剂 电极附近溶液的pH变小4.氯碱工业的原料食盐一般来自，粗盐中含有SO42-、Mg2+和Ca2+等杂质离子，为保护电解槽在生产时不受损，必须除去后才能使用。选用的试剂为、、和盐酸，为除净杂质离子，加入的试剂应稍过量，这又不可避免地引入过量试剂的杂质离子。这就依靠人们设计出合理的添加试剂的顺序，使过量试剂引入的杂质离子逐一地被清除（即前一种过量试剂的杂质离子被后一种试剂清除）。如果设计不合理，就做不到这一点。整个除杂质的过程中发生的离子反应有。5.电解饱和食盐水时，阳极上产生的是，阴极上产生，用石棉隔膜把阳极区与阴极区隔开是为了防止发生（用有关化学方程式表示），。6.工业制纯碱涉及到的部分反应如下：NaCl＋NH3＋CO2＋H2ONaHCO3↓＋NH4Cl①CaCO3煅烧CaO＋CO2↑煅烧N2＋3H2高温高压催化剂2NH3高温高压催化剂CaO+2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋H2O2NaHCO3加热Na2CO3＋H2O＋CO2↑⑤加热（1）氨碱法和联合制碱法共同使用的反应原理有，属于氨碱法单独使用的反应原理有，属于联合制碱法单独使用的反应原理有。（2）碳酸氢钠分解产生的二氧化碳可循环使用，但必须要补充，补充的主要原因是，但实际生产中补充量超过理论上反应耗用量，可能的原因是。（3）氨碱法需补充的二氧化碳一定来自，那么联合制碱需补充的二氧化碳可能来自。（4）侯德榜法在虑去碳酸氢钠的母液中加入氯化钠并通氨气时，会析出氯化铵的原因是，比起氨碱法采用氨循环，联合制碱法的两个突出优点是，。7.仿照例子填写下表工业生产方法或装置作用发电粉碎煤炭、鼓入高压空气使煤炭充分燃烧，充分利用能源热交换器原料气循环使用尾气吸收8．利用天然气合成氨的工艺流程示意如下：依据上述流程，完成下列填空：（1）天然气脱硫时的化学方程式是（2）nmolCH4经一次转化后产生COmol、产生H2mol（用含n的代数式表示）（3）K2CO3（aq）和CO2反应在加压下进行，加压的理论依据是（多选扣分）（a）相似相溶原理（b）勒沙特列原理（c）酸碱中和原理（4）由KHCO3分解得到的CO2可以用于（写出CO2的一种重要用途）。（5）整个流程有三处循环，一是Fe(OH)3循环，二是K2CO3（aq）循环，请在上述流程图中标出第三处循环（循环方向、循环物质）。【答案】（1）3H2S＋2Fe(OH)3→Fe2S3＋6H2O、（2）27n（3）b（3分）（4）生产纯碱（5）【拓展题】．1.将磷肥生产中形成的副产物石膏(CaSO4·2H2O)转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图。(1)本工艺中所用的原料除CaSO4·2H2O、KCl外，还需要等原料。(2)写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式：________________。(3)过滤I操作所得固体中，除CaCO3外还含有(填化学式)等物质，该固体可用作生产水泥的原料。(4)过滤I操作所得滤液是(NH4)2SO4溶液。检验滤液中含有CO32－的方法是：(5)已知不同温度下K2SO4在100g水中达到饱和时溶解的量如下表：温度(℃)02060K2SO4溶解的量(g)60℃时K2SO4的饱和溶液591g冷却到0℃，可析出K2SO4晶体g。(6)氯化钙结晶水合物(CaCl2·6H2O)是目前常用的无机储热材料，选择的依据是a．熔点较低(29℃熔化)b．能导电c．能制冷d．无毒(7)上述工艺流程中体现绿色化学理念的是：____________________________、__________________________________。2.最近，我国利用生产磷铵排放的废渣磷石膏制取硫酸并联产水泥的技术研究获得成功。具体生产流程如下：水泥水泥SO3SO2固体ANH3H3PO4粉碎富集萃取槽磷灰石硫酸操作a装置a操作b操作a磷铵热交换器催化氧化一系列工艺回答下列问题：（1）操作a的名称是________，实验室中进行此操作的非玻璃仪器或用品有________________________；在实验室中操作b的名称是________________________。（2）装置a中生成两种酸式盐，它们的化学式分别是____________________________。（3）依题意猜测固体A中一定含有的物质的化学式是_