课题3 纯碱的生产

课题3纯碱的生产
目标导航 1.识记纯碱发展的三个阶段 2.理解氨碱法的实验操作步骤 3.掌握氨碱法的反应原理
一、氨碱法生产纯碱 1.纯碱的存在和用途 (1)存在 一些生长于 盐碱地 和 海岸 附近的植物中含有碳酸钠，可以从 植物的 灰烬 中提取。大量的碳酸钠主要来自一些地表 碱湖 。
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(2)主要反应原理(写方程式)：
①将CO2通入含氨的饱和食盐水中： NH3＋CO2＋H2O=== NH4HCO3，NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl 。 ②碳酸钠的获取： 2NaHCO3==△===Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑ 。
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放出的二氧化碳气体可回收循环使用。含有氯化铵的滤液与 石灰乳〔Ca(OH)2〕混合加热，所放出的氨气可回收循环使 用：CaO＋H2O＝＝＝Ca(OH)2,
碳酸氢钠晶体，将所得碳酸氢钠晶体加热分解后即可得到纯碱，它的反应 原理可用下列化学方程式表示：
NH3＋CO2＋H2O＝＝＝NH4HCO3① NH4HCO3＋NaCl(饱和)＝＝＝NaHCO3↓＋NH4Cl② 2NaHCO3△(=====)Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑③ 用上述方法制得的工业纯碱中常含有少量的氯化钠，试设计实验测定纯 碱样品中碳酸钠的质量分数。
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二、联合制碱法
联合制碱法，即将 氨碱法 与 合成氨 联合生产的改进工艺。
பைடு நூலகம்
1.原料
原料为食盐 、 氨气 和 CO2 ，其中 氨气 和 CO2 来自于合成氨。
2.反应原理
联合制碱法的主要反应化学方程式是 NaCl＋NH3＋CO2＋
H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，2NaHCO3
△ =====
(1)实验中完全排除碳酸根离子干扰的判断。可以根据随着稀硝酸的加入是否有 气泡继续产生来判断碳酸根离子的排除情况。(注意：不能用pH试纸控制至溶液呈 强酸性，因为测定溶液pH时要消耗样品溶液)
(2)实验中Cl－完全沉淀的判断。取沉淀后的少许上层清液，滴加硝酸银溶液，观 察溶液中是否有沉淀产生。若无沉淀产生，则表明Cl－完全沉淀；若有沉淀产生，
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【典题精讲】
知识点1：纯碱的制备 【例题1】 纯碱是一种重要的化工原料，目前制碱工业主要有“氨碱法”和“ 联合制碱法”两种工艺。请按要求回答问题：
(1)“氨碱法”产生大量CaCl2废弃物，请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程 式：________________。
(2)写出“联合制碱法”有关反应的化学方程式：________________； ________________。
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解析：(4)小题，联合制碱法的反应式为： NH3＋CO2＋H2O＋NaCl＝＝＝NaHCO3↓＋NH4Cl, 2NaHCO3△(=====)Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑， 总反应可看作是：2NH3＋2NaCl＋CO2＋H2O＝＝＝Na2CO3＋2NH4Cl， 所以，原子利用率(%)＝反应物总质量(目标产物总质量)×100% ＝m(NaCl)＋m(NH3)＋m(CO2)＋m(H2O)(m(Na2CO3)＋m(NH4Cl))×100%。 答案：(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2△(=====)2NH3↑＋CaCl2＋2H2O (2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl(饱和)＝＝＝NaHCO3↓＋NH4Cl
2NaHCO3△(=====)Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑ (3)“氨碱法”的CO2来源于石灰石煅烧，“联合制碱法”的 CO2来源于合成氨工业的废气 (4)m(NaCl)＋m(NH3)＋m(CO2)＋m(H2O)(m(Na2CO3)＋m(NH4Cl))×100%
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【例题2】 工业制成纯碱，是在饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳，获得
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解析：途径一：测定一定质量工业纯碱样品中氯离子(Cl－)的质量。 测定样品中氯离子(Cl－)的质量在中学化学阶段必须采取沉淀法：先往样品中加 入过量的稀硝酸以排除碳酸根离子的干扰，然后向溶液中加入硝酸银溶液，使Cl－
完全沉淀后过滤、洗涤、干燥、称量，重复操作，直至前后两次称量的差值不超过 0.1 g。
Na2CO3＋CO2↑
＋H2O↑ 。
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【自主思考2】 向饱和碳酸钠溶液中通入二氧化碳气体，会有什 么现象产生？为什么？ CO2将与Na2CO3、H2O反应生成NaHCO3：Na2CO3＋H2O＋CO2＝＝＝ 2NaHCO3，由方程式知由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3，CO2将与 Na2CO3、H2O充分反应，且生成的NaHCO3质量肯定大于原溶液中 的Na2CO3质量，而水的质量有所减少，故出现了白色沉淀。
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(2)用途 碳酸钠，俗名 纯碱 ，是一种重要的化学基本工业产品。很多工 业都要用到碳酸钠，如 玻璃 、 制皂 、 造纸 、纺织和漂染等。 碳酸钠作为原料还可以用于生产 其他含钠的化合物 ；碳酸钠也被 大量地应用于生活中。
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2.路布兰制碱 原料： 硫酸 、 食盐 、 石灰石 、木炭； 缺点：原料利用 不充分 、成本 较高 、设备 腐蚀严重 等。 3.氨碱法生产纯碱 (1)原料： 食盐 、 氨 (来自炼焦副产品)和 二氧化碳 (来自碳 酸钙)。
(3)CO2是制碱工业的重要原料，“联合制碱法”与“氨碱法”中CO2的来源有 何不同？
_____________________________________________________________________ ___。
(4)绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。根据“联合制碱法” 总反应，列出计算原子利用率的表达式：原子利用率(%)＝ _____________________________________。
2NH4Cl＋Ca(OH)2＝＝＝CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。
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氨碱法生产原理示意图：
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【自主思考1】 索尔维法制碱为什么要向平衡体系中加入氨水？。
二氧化碳溶于水形成的碳酸可电离出碳酸氢根，碳酸氢根与钠 离子结合成碳酸氢钠，然后受热分解为碳酸钠。加入氨水的目 的是为了使碳酸电离出更多的碳酸氢根，促使碳酸氢钠析出。