课时12-工业制碱-索尔维制碱法和侯氏制碱法(精讲)(人教2019必修第一册)

第二章海水中的重要元素——钠和氯第一节钠及其化合物课时12工业制碱—索尔维制碱法和侯氏制碱法【目标导航】1．了解工业制碱的两种原理。3．：通过对于侯氏制碱法的分析，增强社会责任。3．通过对工业制碱原理的学习，能理解掌握化学知识在社会生活中的重要作用。一、索尔维制碱法氨碱法(又称索尔维法)，是比利时工程师苏尔维(1838～1922)于1892年发明的纯碱制法。索尔维以食盐(氯化钠)、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)、氨气为原料来制取纯碱。先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液。其工业生产的简单流程如图所示：二、侯氏制碱法侯氏制碱法又称联合制碱法，是我国化学工程专家侯德榜于1943年创立的，其工业生产的简单流程表示如下：其中需要注意：(1)先在冷却的条件下将氨气通入到饱和食盐水中，再通入CO2。(2)主要反应原理：NH3＋H2O＋CO2＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl、2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O(X即为CO2，可以循环利用)。(3)循环Ⅰ的设计使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上。(4)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：增大NHeq\o\al(＋,4)的浓度，使NH4Cl更多地析出、使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度。考点一索尔维制碱法【例1】碳酸钠的用途很广，可用做冶金、纺织、漂染等工业的基本原料．请根据题意回答下列问题：Ⅰ．世界最早工业生产碳酸钠的方法是路布兰法．其流程如下：(1)流程I的另一产物是______，流程Ⅱ的反应分步进行：a．Na2SO4+4C

Na2S+4CO↑；b．Na2S与石灰石发生复分解反应，总反应方程式可表示为______．Ⅱ．1862年，比利时人索尔维

用氨碱法生产碳酸钠．反应原理如下：时一些物质在水中的溶解度NaClNH4ClNaHCO3NH4HCO3NaHCO3(2)氨碱法生成纯碱的原料是______，可循环利用的物质有______．(3)饱和NaCl溶液通NH3和CO2能生成NaHCO3的原因有：______．【答案】(1)HClNa2SO4+4C+CaCO3

Na2CO3+CaS+4CO↑(2)食盐、石灰石、NH3CaO、CO2、NH4Cl、NH3(3)反应体系中NaHCO3溶解度最小，反应消耗水，NaHCO3相对分子质量最大【解析】Ⅰ．路布兰法是利用食盐晶体和浓硫酸在高温下反应生成硫酸钠和氯化氢，再利用C与石灰石和硫酸钠高温加热生成碳酸钠；(1)流程Ⅰ利用高沸点酸制挥发性酸原理，氯化钠与浓硫酸混合加热，生成硫酸钠和氯化氢；Na2SO4+4C

Na2S+4CO↑；b．Na2S与石灰石发生复分解反应的化学方程式为Na2S+CaCO3

Na2CO3+CaS，将两方程式相加即可得到总反应式Na2SO4+4C+CaCO3

Na2CO3+CaS+4CO↑.Ⅱ．索尔维用氨碱法生产碳酸钠，反应原理为利用氨化饱和的NaCl与CO2反应得到NaHCO3，将碳酸氢钠分解即可得到纯碱碳酸钠；(2)索尔维用食盐、水、氨气和CO2反应制备碳酸氢钠，其中可利用石灰石(CaCO3)分解得到CO2；碳酸氢钠分解纯碱，同时得到CO2，另外副产品氯化铵晶体分解能生成氨气，两种气体均可循环利用，根据转化线路石灰石(CaCO3)分解得到氧化钙和CO2，生成的氯化铵可以与氢氧化钙反应，CaO、NH4Cl也可循环使用；(3)因相同温度下，碳酸氢钠的溶解度明显小于碳酸钠，则饱和NaCl溶液通NH3和CO2只能生成NaHCO3；同时反应消耗水，利于析出晶体碳酸氢钠。【对点训练1】1861年比利时人索尔维以食盐、石灰石和氨为原料制得了碳酸钠，这种方法叫做氨碱法，也叫索尔维制碱法，其工艺流程如图所示。请回答下列问题：(1)向氨盐水中通入CO2时，反应的化学方程式为___________。(2)操作Ⅰ的名称是___________。(3)废液中含有的溶质是___________(填化学式)。(4)流程中可以循环使用的物质是___________(填化学式)。(5)列举纯碱的一种用途___________。【答案】(1)NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl(2)过滤(3)NaCl、CaCl2(4)NH3、CO2(5)热碱洗油污、造纸、制皂、生产玻璃【解析】根据流程图分析可知，向饱和食盐水中通入氨水形成氨盐水，石灰石高温煅烧生成CaO和CO2，CO2通入氨盐水中发生反应NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl，过滤后得到NaHCO3的沉淀和含有NH4Cl、NaCl的溶液，再将生石灰与水反应得到的石灰乳通入含有NH4Cl、NaCl的溶液中，得到氨气和含NaCl、CaCl2的废液，NaHCO3的沉淀经加热发生反应2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O，得到产品。(1)向氨盐水中通入CO2时，生成NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液，反应的化学方程式为NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl；(2)操作I是将NaHCO3沉淀和NH4Cl与NaCl的混合溶液分离，操作名称是过滤；(3)根据上述分析可知废液中含有的溶质是NaCl、CaCl2；(4)流程中可以循环使用的物质是NH3、CO2；(5)纯碱的用途非常广泛，热碱可以洗掉油污、纯碱也是造纸、制皂、生产玻璃等的工业原料。考点二侯氏制碱法【例2】我国化学家侯德榜(如图)改进国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如图：该生产纯碱的方法称联合制碱法，也称侯式制碱法联合制碱法，在制得纯碱的同时，还可得到一种副产品。(1)上述沉淀池中发生的化学反应方程式是_______，实验室分离出沉淀的操作是_______。(2)写出上述流程中X物质的分子式_______。(3)使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了_______的循环(填上述流程中的编号1、2)。(4)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，还需要的试剂有_______。(5)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【答案】(1)NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓过滤(2)CO2(3)循环1(4)稀硝酸和硝酸银溶液(5)AC【解析】(1)在沉淀池中，饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳，析出碳酸氢钠晶体，反应方程式为：NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓，分离出沉淀的方法是过滤，过滤是将固体不溶物跟液体物质分离的一种方法；(2)碳酸氢钠不稳定，受热分解生成Na2CO3、CO2和H2O，可将CO2通入沉淀中加以循环利用，故X为CO2；(3)循环1是将未反应的氯化钠返回沉淀池中，使NaCl加以充分利用；(4)检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠即检验溶液中是否含氯离子，可以先向溶液中加入稀硝酸酸化，使Na2CO3发生反应，转化为NaNO3，再加入硝酸银溶液，若观察到反应产生白色沉淀，则说明有氯化钠存在；(5)A项，氨气溶于水后生成氨水，氨水电离成铵根，增大铵根的浓度有利于氯化铵从溶液中析出来，故A正确；B项，通入氨气使溶液碱性增强，使碳酸氢钠转换为溶解度较大的碳酸钠，不利于NaHCO3更多地析出，故B错误；C项，通入氨气使溶液碱性增强，使碳酸氢钠转换为溶解度较大的碳酸钠，可以提高氯化铵的纯度，C正确；故选AC。【对点训练2】我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，创造了侯德榜制碱法又叫联碱法，该法是将合成氨工厂生产的NH3及副产品CO2，再与饱和食盐水反应.(1)该法与氨碱法比大大提高了原料利用率，主要表现在_______。(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)侯德榜法在滤去碳酸氢钠的母液中通氨气并加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用____。【答案】(1)母液循环I提高了NaCl的利用率(2)生产过程中CO2有一半转化成碳酸根被产品碳酸钠所带走(碳酸根来自CO2)，所以要补充在生产过程中还有损耗(2)碳酸钙的分解合成氨生产中用水煤气法制原料氢气时的副产品(4)增大NH4+的浓度，使NH4Cl更多地析出；使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度【解析】(1)对比该法与氨碱法可以发现侯德榜