高中化学 第一单元 走进化学工业 课题3 纯碱的生产学案 新人教版选修2

课题3 纯碱的生产
●掌握氨碱法制取纯碱的原料、原理及工艺流程。

●了解联合制碱法的原理。

●了解氨碱法和联合制碱法的优缺点及侯德榜对氨碱法所做的改进。

〔知识梳理〕
1．氨碱法生产纯碱的原料是、。

2．氨碱法的生产过程为
①在精制的饱和食盐水中通入氨气，
②将二氧化碳通入氨的饱和食盐水中，写出反应的化学方程式
；
③过滤出碳酸氢钠后，煅烧得到纯碱。

写出反应的化学方程式。

3．在食盐精制过程中，加入熟石灰和纯碱，以除去食盐水的、（填离子符号），写出反应的离子方程式、。

4．氨碱法中在过滤出碳酸氢钠后的母液中，加石灰乳，以回收氨气进行循环利用。

写出反应的化学方程式。

5．氨碱法生产纯碱的主要优点：①；②；
③；④。

6．侯氏制碱法的原料是、、；产品是、。

7．我国著名的化工专家侯德榜对氨碱法做了怎样的改进？这种改进有什么意义？
〔方法导引〕
氨碱法——工业制备纯碱的方法
工业上是先在冷却的条件下将氨气通入饱和的食盐水，制得氨化盐水，再在加压条件下通入CO2，得到NaHCO3晶体，最后将滤出的NaHCO3经焙烧得到纯碱。

氨气极易溶于水，先溶在食盐中，可在碱性条件下吸收更多CO2。

NH3＋H2O＋CO2＝NH4HCO3
NH4HCO3＋NaCl＝2NaHCO3↓＋NH4Cl〔用C a(O H)2回收氨〕
△
2NaHCO3 Na2CO3＋CO2↑＋H2O（CO2可回收利用）
我国著名化学化工专家侯德榜发明了侯氏制碱法，对氨碱法加以改进。

他将析出NaHCO3的母液选在5℃～10℃加入食盐粉末，使不易结晶的NH4Cl结晶出来，这不仅使原料NaCl得到充分利用，又获得大量的化肥，也使氨碱法中用C a(O H)2回收氨时所产生的大量用途不大的C a Cl2的难题得以解决。

侯德榜为制碱做出了卓越的贡献，是值得我们骄傲和敬佩的。

在加压通入CO2时温度选在200C～260C左右，因为此时NaHCO3的溶解度最小。

例题1]在饱和Na2CO3溶液中通入CO2会有晶体析出。

向饱和NaCl溶液中通入CO2并不发生化学反应，若在饱和NaCl溶液中先通入NH3后，再通入CO2则会有晶体析出。

简述其原因，并写出相应的化学方程式。

解析]本题要求学生具有相当的分析能力，思维也要求相当灵活，由于
Na2CO3＋CO2＋H2O＝2NaHCO3
106g 18g 168g
一方面，通入CO2时消耗了水，另一方面，生成NaHCO3质量比消耗的Na2CO3质量大，且Na2CO3的溶解度比NaHCO3还大，因此往Na2CO3饱和溶液中通入CO2会有晶体析出。

答案]由于Na2CO3转化为成NaHCO3导致溶质质量增大，反应中消耗了部分水，减少了溶剂，相同温度下NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，故向Na2CO3饱和溶液中通入CO2可以析出NaHCO3晶体。

Na2CO3＋CO2＋H2O＝2NaHCO3↓；在饱和NaCl溶液中通入NH3后，由于NH3＋H2O NH3·H2O NH4
＋＋OH－，再通入CO
2，
CO2＋H2O H2CO3 H＋＋HCO3－，因H＋和OH－结合成水，使上述两种平衡都向右移动，c(HCO3
－)增大，而溶液中Na＋的浓度也很大，就使溶解度小的NaHCO
3成为晶体而析出。

NaCl＋NH3＋H2O ＋CO2＝2NaHCO3↓＋NH4Cl
例题2]在饱和食盐水中先通入氨气进行氨化，再通入二氧化碳，可制得小苏打。

在析出小苏打晶体滤掉的母液中加入生石灰，可将氨气回收利用。

小苏打在2500C下焙烧可得纯碱，分解所得二氧化碳也可以回收利用。

以上所述称为索尔维制碱法。

⑴饱和食盐水先氨化，再通CO2的原因是
；反应的化学方程式是。

⑵在析出小苏打的母液中加入生石灰以回收氨气的化学方程式是。

⑶我国著名化学家侯德榜在析出小苏打的母液里在一定条件下加入NaCl粉末，使母液中的NH4Cl结晶析出，可生产化肥NH4Cl。

在析出NH4Cl的母液中再通入氨气氨化，又可通CO2制取小苏打。

创立了举世闻名的“侯氏制碱法”。

简答侯氏制碱法的主要优点。

解析]在食盐溶液中通入氨得到NaCl 与氨水的混合溶液，此时NaCl 和NH 3的浓度均达到很浓的程度，再通入CO 2，则氨水大量吸收CO 2生成浓度更大的NH 4HCO 3溶液。

这时发生NH 4HCO 3与NaCl 的反应，因NaHCO 3此时溶解度比NH 4Cl 、NH 4HCO 3、NaCl 都小而结晶析出。

反之先通入CO 2则CO 2以1﹕1溶于水，再通氨气，得不到浓NH 4HCO 3溶液，而不能析出NaHCO 3晶体，不能滤出NaHCO 3去加热制Na 2CO 3。

按反应：
2NaHCO 3
Na 2CO 3＋CO 2↑＋H 2O ，有一半的CO 2可以回收利用。

上述母液中加CaO 后生成C a (O H )2与NH 4Cl 反应生成NH 3得以全部（理论上）回收利用。

但反应生成的CaCl 2无多大用途，成为废渣难于处理。

侯氏制碱法可多得到一种产品NH 4Cl ，将NaCl 中Cl －
也充分利用，且无废料CaCl 2，并少用原料CaO 。

答案]⑴ 使溶液中NH 4HCO 3形成浓溶液，便于与NaCl 生成小苏打。

NH 3＋H 2O ＋CO 2＝NH 4HCO 3 NH 4HCO 3＋NaCl ＝NH 4Cl ＋NaHCO 3↓（浓溶液中）
⑵ 2NH 4Cl ＋CaO CaCl 2＋NH 3↑＋H 2O ⑶ ①使NaCl 中的Cl －
也以利用，②减少了原料CaO ，不再生产废渣CaCl 2，增加了新产品氯化铵，既免于废渣CaCl 2对环境的污染，又使各原料得到充分利用。

〔基础训练〕
1．下列科学家中，为我国化学工业做出重大贡献的是（ ）。

A ．邓稼先
B ．李四光
C ．华罗庚
D ．侯德榜
2．下列物质的名称和化学式、俗名一致的是（ ）。

A ．氯化钠（NaCl 、食盐）
B ．氢氧化钠（NaOH 、纯碱）
C ．碳酸钠（Na 2CO 3、小苏打）
D ．碳酸氢钠（NaHCO 3、苏打）
3．在蔬菜生长过程中，常喷洒农药防治病虫害。

据有关专家介绍，有碱性溶液或清水浸泡，可使残留在蔬菜上有农药的毒性降低。

因此，买来的蔬菜在食用前最好用稀碱水或清水浸泡一段时间。

浸泡蔬菜时可加入适量（ ）。

A ．纯碱
B ．白酒
C ．白糖
D ．食醋
4．除去混在碳酸钠中的少量碳酸氢钠的方法是（ ）。

A ．加热
B ．加NaOH 溶液
C ．加盐酸
D ．加CaCl 2溶液
5．工业上常用氨碱法制取碳酸钠，但却不能用氨碱法制取碳酸钾，这是因为在溶液中（ ）。

A ．KHCO 3溶解度较大
B ．KHCO 3溶解度较小
C ．K 2CO 3溶解度较大
D ．K 2CO 3溶解度
△
△
相同物质的量的NaCl、CO2、NH3在30℃时酿成溶液，此
时溶液中无晶体。

当降温至某温度时，开始析出晶体，
此晶体是（）。

A．NH4Cl B．NH4HCO3
C．NaHCO3 D．NaCl
7．将等量的小苏打用下列方法制取CO2，甲法是加热，
乙法是跟足量的盐酸反应。

两种方法得到的CO2气体的量的关系为（）。

A．甲法多 B．乙法多 C．一样多 D．无法比较
8．关于碳酸钠和碳酸氢钠的比较，下列说法正确的是（）。

A．在相同条件下，碳酸钠与盐酸反应比碳酸氢钠与盐酸反应剧烈
B．在相同条件下，碳酸氢钠比碳酸钠更易溶于水
C．在碳酸钠和碳酸氢钠溶液中分别加入氢氧化钙溶液均有沉淀产生
D．碳酸钠、碳酸氢钠受热都可分解
根据以下叙述，回答9～11题。

某工厂按如下步骤进行生产：⑴以煤为燃料煅烧石灰石⑵用饱和Na2CO3溶液充分吸收步骤
⑴中产生的二氧化碳⑶使步骤⑴中产生的氧化钙跟水反应⑷消石灰跟Na2CO3反应。

9．该厂生产中涉及的物质有①石灰石②纯碱③小苏打④烧碱⑤二氧化碳⑥消石灰。

下列
叙述正确的是（）。

A．起始原料是①② B．起始原料是②⑥
C．最终产品是④⑤ D．最终产品是③④
10．该厂生产过程中的优点可能有：①排放的气体对大气无污染②生产过程中的部分产品可作
为起始原料使用③无高温作业。

其中正确的是（）。

A．只有① B．只有② C．①和② D．②和④
11．生产过程中没有涉及的化学反应类型是（）。

A．分解反应 B．化合反应 C．置换反应 D．复分解反应
12．从Na2CO3、NaHCO3中选择下列各题中所使用的物质，并说明选择该物质的理由：
⑴洗涤碱，理由。

⑵发酵粉，理由。

⑶治胃酸过多，理由。

13．含有Na＋、Mg2＋、HCO3-、SO42-的稀溶液中离子的物质的量之比为n（Na+）﹕n（Mg2+）﹕n（HCO3-）
﹕n（SO42-）＝2﹕1﹕2﹕1。

向此溶液中滴加酚酞数滴，溶液呈色。

充分加热此溶液，加
热过程中观察到有气体放出，溶液变浑浊。

有关的离子方程式或化学方程式是 。

14．侯氏制碱法的步骤如下：
试回答下列问题：
⑴若上述的悬浊液是NaHCO 3和NH 4Cl 的混合液，则I 和II 的总反应式为 。

⑵由这一反应可知NaCl 比NaHCO 3的溶解度 。

⑶操作I 、II 不能颠倒的原因是 。

⑷III 的操作叫 。

⑸IV 的操作叫。

15
．碳酸氢钠受热容易分解为碳酸钠。

现加热5.00g 的碳酸钠和碳酸氢钠的混合物,使碳酸氢钠完全分解,混合物的质量减少了0.31g ，则原混合物中碳酸钠的质量为多少g ？
〔拓展提高〕
16．将Na 2CO 3·10H 2O 与NaHCO 3的混合物m g 溶解于水，配制成100mL 溶液，测知
m (Na ＋)＝0.92g ，若将溶液蒸干灼烧直至质量不变，可得固体 g 。

17．实验室里临时需要用NaOH 溶液和CO 2来制取纯Na 2CO 3溶液100mL 。

已知CO 2气体在通入NaOH 溶液过程中极易过量生成NaHCO 3，且无明显现象。

实验室有下列试剂：①未知浓度的NaOH 溶液 ②37%的盐酸 ③37%的硫酸 ④14%的盐酸 ⑤大理石 ⑥K 2CO 3固体 ⑦C u 2(O H )2C O 3
实验室有下列仪器：铁架台、启普发生器、烧杯（100mL ）、橡皮管、玻璃导管、分液漏斗、试剂瓶（200mL ）、碱式滴定管（50mL ）、烧瓶（250mL ）。

下表列出各物质在常温时的溶解度（g/100g H 2O)：
⑴本实验应选用的仪器：除启普发生器、橡皮管、玻璃导管外，还需要 。

⑵为保证制得的Na 2CO 3溶液尽量纯，应选用的药品有 。

⑶叙述必要的实验步骤，直到制得较纯的Na2CO3溶液（仪器安装省略）。

⑷根据给出的溶解度表，求出当NaOH溶液中溶质的质量分数大于多少时，在配制过程中会有晶体析出（列出简要计算步骤和必要的文字说明）？
基础训练参考答案
1．D 2．A 3．A 4．A 5．A 6．C 7．B 8．C 9．AD 10．B 11．C
12．⑴Na2CO3 Na2CO3溶液的碱性比NaHCO3溶液的碱性强
⑵NaHCO3与等量酸反应NaHCO3比Na2CO3产生的CO2多
⑶NaHCO3 NaHCO3溶液的碱性比 Na2CO3溶液的弱
△
13．粉红 Mg2＋＋2HCO3－ MgCO3↓＋CO2↑＋H2O
△
MgCO3＋H2O Mg(OH)2↓＋CO2↑
14．⑴NaCl＋CO2＋NH3＋H2O＝NaHCO3↓＋NH4Cl
⑵小⑶若I、II颠倒，则得不到浓NH4HCO3溶液，而不能析出NaHCO3晶体。

⑷过滤⑸加热
15．4.16g
16．2.12 g
17．⑴烧杯2个、碱式滴定管、试剂瓶
⑵①④⑤
⑶①有碱式滴定管各取50mL的两份NaOH溶液于2个烧杯中
②制取CO2并向其中一份NaOH溶液通入过量的CO2气体
③将两份溶液煮沸，冷却后倒入大试剂瓶混合摇匀
⑷从表中可知常温下NaHCO3溶解度8.4g，设常温下100g水中溶解NaOH质量x时可使生成的NaHCO3饱和，则
NaOH＋CO2＝NaHCO3
40g 84g
x 8.4g
x＝4.0g
所以NaOH质量分数大于4.0g/104.0g×100%＝3.85%时，在步骤②时将有NaHCO3析出。