2024年高中化学新教材同步 必修第一册 第2章　第1节　研究与实践1　了解纯碱的生产历史

研究与实践1了解纯碱的生产历史【研究目的】纯碱是一种重要的化工原料，具有广泛的用途。通过查阅资料，了解纯碱的生产历史，感受化学工业发展过程中技术进步的重要性，以及建设生态文明的意义。【纯碱的生产历史】1．路布兰制碱法(1)原料：食盐、焦炭和石灰石等。(2)制取原理与步骤(3)制取方法评价路布兰制取纯碱，主要生产过程在固相中进行，难以连续生产，又需硫酸做原料，设备腐蚀严重，产品质量不纯，原料利用不充分，价格较贵，所以在20世纪20年代被淘汰。2．索尔维制碱法(氨碱法)(1)原料：食盐、氨、石灰石等。(2)生产原理流程(3)制取方法评价此法食盐利用率比路布兰制碱法高，产品较纯净，成本低。缺点：原料中一半成分未能转化为产品。3．侯氏(联合)制碱法(1)原料：食盐、氨、二氧化碳。(2)工艺流程与反应原理①产生NaHCO3的反应：NH3＋NaCl＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl。②产生Na2CO3的反应：2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O。(3)制取方法评价①符合现在提倡的“绿色化学的要求”，提高了原料(NaCl)的利用率，不产生无用的CaCl2。②利用了大规模联合生产的优越性，利用一个厂的废料，作为另一个厂的主要原料。如合成氨厂的废料CO2可以作为碱厂的主要原料；碱厂无用的Cl－可以代替价格比较昂贵的硫酸用来固定氨，制成氮肥，降低了成本，提高了综合经济效益。1．侯氏制碱法中，向饱和食盐水中是先通NH3还是先通CO2？为什么？提示应先通NH3，再通CO2，这样操作可增大HCOeq\o\al(－,3)的浓度，利于析出更多的NaHCO3。2．低温下，向母液中通入NH3并加入NaCl细粒，为什么可促使NH4Cl析出？提示低温下，NH4Cl的溶解度比NaCl的小，通入NH3并加入NaCl细粒，可生成更多的NH4Cl，促使该物质析出，也提高了NaCl的利用率。3．侯氏制碱法与索尔维制碱法相比较，有哪些优点？提示侯氏制碱法与索尔维制碱法相比较，其优点是食盐的利用率大大提高，用等量的食盐可生产更多的纯碱，同时得到氮肥氯化铵，不再产生废渣氯化钙，减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生产的优越性。1．“NaCl＋CO2＋NH3＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl”是著名的“侯氏制碱法”的重要反应。下面是4位同学对该反应涉及的有关知识发表的部分见解。其中不正确的是()答案C2．(2022·上海高一月考)“索尔维制碱法”与“侯氏制碱法”是常见的纯碱工业制法，下列关于两者说法正确的是()A．两者生产原料来源相同B．两者均使用了高效催化剂C．侯氏制碱法将索尔维制碱法与合成氨法两种工艺联合了起来D．索尔维制碱法食盐利用率更高答案C解析分析可知两者生产原料来源不相同，故A错误；过程分析可知，两者均未使用高效催化剂，故B错误；由原理分析可知，索尔维制碱法食盐利用率低，故D错误。3.如图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。下列操作正确的是()A．a先通入CO2，然后b通入NH3，c中放碱石灰B．b先通入NH3，然后a通入CO2，c中放碱石灰C．a先通入NH3，然后b通入CO2，c中放蘸有稀硫酸的脱脂棉D．b先通入CO2，然后a通入NH3，c中放蘸有稀硫酸的脱脂棉答案C解析NH3的溶解度较大，为防止倒吸，b通入CO2，a通NH3，要在饱和食盐水中先通入NH3然后再通入CO2，否则CO2通入后会从水中逸出，得到的产品会很少；尾气主要是CO2和NH3，其中NH3对环境影响较大，要吸收尾气，而NH3是碱性气体，所以在c装置中要装酸性物质，故A、B、D项错误、C项正确。4．海洋是人类宝贵的自然资源，海水“制碱”体现了化学科学在改造物质中的智慧。某厂生产纯碱的工艺流程如图所示，下列说法错误的是()A．CO2可以循环利用B．进入流程Ⅱ的滤液必须再经适量稀盐酸处理C．试剂2为Na2CO3溶液D．NH3与CO2的通入顺序不能改变答案B解析灼烧时会产生二氧化碳和水，故CO2可以在流程Ⅱ循环利用，A正确；NH3与CO2的通入顺序不能改变，因为碱性溶液更容易吸收二氧化碳，D正确。5．某化学兴趣小组模拟“侯氏制碱法”制纯碱并进行后续实验。Ⅰ.制备纯碱：先以NaCl、NH3、CO2和水等为原料，用如图所示装置制取NaHCO3，然后再将NaHCO3制备成Na2CO3。(1)装置甲中反应的离子方程式为_______________________________________________；装置乙的作用是______________________，反应的化学方程式为___________________。(2)反应进行一段时间后，观察到装置丙中试剂瓶内溶液中有白色固体析出，经检验该白色固体是NaHCO3。装置丙中可得两种产物，分别是NaHCO3和另一种盐，装置丙中反应的化学方程式为__________________________________________________。(3)用装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时，需要进行的实验操作有______、洗涤固体、________，最后一步发生反应的化学方程式为__________________。Ⅱ.测定所得产品的组成和纯度(4)检验纯碱样品中是否混有NaHCO3，请选择下列装置设计实验，并完成下表：选择的装置(填编号)实验现象实验结论样品中含NaHCO3(5)测定该纯碱样品的纯度：称取m1g样品置于小烧杯中，加水溶解，滴加足量CaCl2溶液，将反应混合物过滤、洗涤、干燥、称量，得到固体的质量为m2g，则该纯碱样品的纯度为________________________________________________________________________。答案(1)CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O除去CO2中的HCl气体NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑(2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl(3)过滤灼烧2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑(4)A、BB中澄清石灰水变浑浊(或A、CC中物质变蓝或A、C、BC中物质变蓝，B中澄清石灰水变浑浊)(5)eq\f(106m2,m1)%解析(1)装置甲中碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、二氧化碳和水，反应的离子方程式是CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O；装置乙的作用是用碳酸氢钠除去二氧化碳中的氯化氢，反应的化学方程式为NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑。(2)装置丙中氯化钠与二氧化碳、氨气反应可得两种产物，分别是NaHCO3和另一种盐，根据元素守恒，另一种盐是氯化铵，反应的化学方程式是NH3＋CO2＋H2O＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl。(3)用装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时，需要进行的实验操作有过滤、洗涤固体、灼烧，灼烧碳酸氢钠发生反应的化学方程式为2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑。(4)用装置A加热分解NaHCO3，用澄清石灰水检验是否有二氧化碳气体放出，选择装置B，若澄清石灰水变浑浊，则含有NaHCO3。(5)设样品中Na2CO3的质量为xg，CaCl2与Na2CO3反应生成碳酸