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高中化学人教版选修2教案 纯碱的生产

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资料简介

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纯碱的生产教学目的:1.了解我国纯碱工业的现状,掌握相关的化学原理;2.结合侯氏制碱法,对学生进行爱国主义教育;3.了解我国基本化工的生产资源、基本化工产品的主要种类和发展概况。教学重点、难点:掌握与纯碱工业相关的化学原理;探究建议:1、实验:用碳酸氢铵和氯化钠制取碳酸钠,对产品进行检验;2、查阅资料:侯德榜制碱法。课时划分:一课时教学过程: [课堂练习]1、盛放 NaOH 溶液的试剂瓶口部,时间长了会有白色固体附着,这固体的成分是 BA.NaOH B.Na2CO3 C.NaHCO3 D.Na2CO3·10H2O2.下列实验中,没有白色沉淀或晶体析出的是 CDA.饱和石灰水中加入少量 NaOH固体 B.饱和碳酸钠溶液中通入足量的 CO2C.氯化钙溶液中通入少量 CO2 D.碳酸氢钠溶液中加入氯化钡溶液3.下列关于 NaHCO3的叙述,不正确的是 ADA.它是一种白色粉末,溶解度大于 Na2CO3B.加热至 200℃左右,可完全分解,利用这种性质,可由 NaHCO3制取纯碱C.与 Na2CO3 相似,当质量相同,分别跟足量盐酸反应后,NaHCO3 可得到较多的二氧化碳D.其分子为 NaHCO3·10H2O在空气中会风化4.下列物质中,可用于治疗胃酸过多的是 AA.碳酸钠 B.氢氧化钠 C.氧化钠 D.碳酸钡5.纯碱和小苏打是厨房中两种常见的用品,它们都是白色固体,下列区分这两种物质的说法正确的是 CA.分别用炒锅加热两种样品,全部分解挥发,没有残留物的是小苏打B.用洁净铁丝蘸取两种样品在煤气火焰上灼烧,使火焰颜色发生明显变化的是小苏打C.用两只小玻璃杯,分别加入少量的两种样品,再加入等量的食醋,产生气泡快的是小苏打D.先将两样品配成溶液,分别加入石灰水,无白色沉淀生成的是小苏打6.某学生拟用 溶液吸收 气体,制备 溶液,为了防止通入的 气体过量生成 ,他设计了如下的实验步骤:用 25mL 溶液吸收过量的 气体,至 气体不再溶解;小心煮沸溶液 1~2分钟;NaOH 2CO 32CONa 2CO3NaHCONaOH 2CO 2CO在得到的溶液中加入 25mL相同的 溶液,使溶液充分混合。按他的设计,第步实验装置如下图:A B C(1)他能否制得较纯净的 ,理由是 (2)装置 A使用的试剂是石灰石和稀盐酸,可否用纯碱代替石灰石 原因是 (3)装置 B使用的试剂是 作用是 (4)有人认为实验步骤②③的顺序对调,即先混合,再煮沸,更合理,你认为对吗?为什么?_________________________________________________。答案:(1)能 理由是:实验①生成 ,其中溶解的 气体煮沸时除去,在实验③ 恰好被 NaOH 中和完全,转化生成 (2)不能 原因是:实验中使用的 气体发生器,只适用于块状固体和液体反应, 是粉末状固体,反应过于剧烈(3) 饱和溶液 除去 中的 HCl 气体(4)不合理若不先驱除溶液中溶解的 气体,实验③加入 NaOH 将有一部分消耗于与 气体的反应,使 不能完全转化为7.化学活动课上,三组学生分别用图示甲、乙两装置探究“NaHCO3 和 Na2CO3 与稀盐酸的反应”,按表中的试剂用量,在相同条件下,将两个气球中的固体粉末同时倒入试管中(装置的气密性已检查)。请回答:⑴ 各组反应开始时,____装置中的气球体积先变大,该装置中反应的离子方程式是________________________________________。NaOH32CONa3NaHCO 2CO3NaHCO 32CONa2CO 32CONa3NaHCO 2CO2CO2CO 3NaHCO 32CONa⑵ 当试管中不再有气体生成时,三组实验出现不同现象,填写下表的空格。组数试剂用量 实验现象(气球体积变化)分析原因①0.42 g NaHCO30.53g Na2CO33mL 4 mol·L-1盐酸甲中气球与乙中气球的体积相等甲、乙盐酸均过量n(NaHCO3)=n(Na2CO3)ν 甲 (CO2)= ν 乙(CO2)②0.3 g NaHCO30.3 g Na2CO33mL4 mol·L-1盐酸甲中气球比乙中气球的体积大甲中气球比乙中气球的体积大③0.6 g NaHCO30.6 g Na2CO33mL2 mol·L-1盐酸 片刻后,乙中气球又缩小,甲中气球的体积基本不变(用离子方程式表示)答案:⑴ 甲 HCO3-+H+=CO2 ↑+H2O ⑵ ②甲、乙盐酸均过量 n(NaHCO3) n(Na2CO3) V甲(CO2) V乙 (CO2) ③ 甲、乙盐酸均不足量 消耗的 n(NaHCO3) n(NaCO3) V甲(CO2) V乙(CO2);CO2+ CO32-+H2O=2HCO3-解析:⑵根据化学方程式计算可知第①组中 NaHCO3 和 Na2CO3 都已完全反应。对比第①组数据知第②组中盐酸一定过量,NaHCO3 和 Na2CO3 一定完全反应,且NaHCO3 产 生 的 CO2 比 Na2CO3 的 多 。 第 ③ 组 中 , n(Na2CO3)=0.0057mol ,n(NaHCO3)=0.0071mol,n(HCI)=0.006mol。把 Na2CO3缓慢加入到盐酸中,在盐酸反应完以前,盐酸是过量的而 Na2CO3是少量的。因此开始发生的反应是:Na2CO3+2HCI =2NaCI+CO2↑+H2O,根据化学方程式,有:Na2CO3 + 2HCI == 2NaCI + CO2↑+H2O0.003mol 0.006mol 0.003molNaHCO3 + HCI == NaCI + CO2↑+H2O0.006mol 0.006mol 0.006mol说明 Na2CO3、NaHCO3 都过量,NaHCO3 产生的 CO2 较 Na2CO3 的多。因为气体收集于气球中,乙中 CO2又与过量的 Na2CO3溶液反应。8、根据侯德榜制碱法原理并参考下表的数据,实验室制备纯碱 Na2CO3 的主要步骤是:将配制好的饱和 NaCl溶液倒入烧杯中加热,控制温度在 30℃~35℃,搅拌下分批加入研细的 NH4HCO3固体,加料完毕后,继续保温 30分钟,静置、过滤得NaHCO3晶体。用少量蒸馏水洗涤除去杂质,抽干后,转入蒸发皿中,灼烧 2小时,制得 Na2CO3固体。四种盐在不同温度下的溶解度(g / 100 g水)表0℃ 10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 100℃NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3 39.8NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0 -① - - -NaHCO3 6.9 8.1 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4 -NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.3 77.3①>35℃NH4HCO3会有分解请回答:(1)反应温度控制在 30℃~35℃,是因为若高于 35℃,则 ,若低于 30℃,则 ;为控制此温度范围,采取的加热方法为 。(2)加料完毕后,继续保温 30分钟,目的是 。静置后只析出 NaHCO3晶体的原因是 。用蒸馏水洗涤 NaHCO3晶体的目的是除去 杂质(以化学式表示)。(3)过滤所得的母液中含有 (以化学式表示),需加入 ,并作进一步处理,使 NaCl溶液循环使用,同时可回收 NH4Cl。(4)测试纯碱产品中 NaHCO3含量的方法是:准确称取纯碱样品 W g,放入锥形瓶中加蒸馏水溶解,加 1滴~2滴酚酞指示剂,用物质的量浓度为 c(mol / L)的 HCl溶液滴定至溶液由红色到无色(指示 +H+= 反应的终点),所用 HCl溶液体积为 V1 mL,再加 1滴~2滴甲基橙指示剂,继续用 HCl溶液滴定至溶液由黄变橙,所用 HCl溶液总体积为 V2 mL。写出纯碱样品中 NaHCO3质量分数的计算式:NaHCO3(%)= 答案:(1)NH4HCO3分解; 反应速率降低; 水浴加热(2)使反应充分进行; NaHCO3的溶解度最小; NaCl、NH4Cl、NH4HCO3(3)NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3; HCl(4)侯氏制碱法碳酸钠用途非常广泛。虽然人们曾先后从盐碱地和盐湖中获得碳酸钠,但仍不能满足工业生产的需要。  1862年,比利时人索尔维(Ernest Solvay 1838—1922)发明了以食盐、氨、二氧化碳为原料制取碳酸钠的“索尔维制碱法”(又称氨碱法)。此后,英、法、德、美等国相继建立了大规模生产纯碱的工厂,并组织了索尔维公会,对会员以外的国家实行技术封锁。  第一次世界大战期间,欧亚交通梗塞。由于我国所需纯碱都是从英国进口的,一时间,纯碱非常缺乏,一些以纯碱为原料的民族工业难以生存。1917 年,爱国实业家范旭东在天津塘沽创办了永利碱业公司,决心打破洋人的垄断,生产出中国的纯碱。他聘请正在美国留学的侯德榜先生出任总工程师。  1920 年,侯德榜先生毅然回国任职。他全身心地投入制碱工艺和设备的改进上,终于摸索出了索尔维法的各项−23CO−3HCO%1001000)( 12××−WMvvc温度溶解度盐生产技术。1924 年 8 月,塘沽碱厂正式投产。1926 年,中国生产的“红三角”牌纯碱在美国费城的万国博览会上获得金质奖章。产品不但畅销国内,而且远销日本和东南亚。  针对索尔维法生产纯碱时食盐利用率低,制碱成本高,废液、废渣污染环境和难以处理等不足,侯德榜先生经过上千次试验,在 1943年研究成功了联合制碱法。这种方法把合成氨和纯碱两种产品联合生产,提高了食盐利用率,缩短了生产流程,减少了对环境的污染,降低了纯碱的成本。联合制碱法很快为世界所采用。  由于侯德榜对制碱技术做出了重大贡献,所以人们把他所发明的联合制碱法称做“侯氏制碱法”。他本人也荣获“中国工程学会化工贡献最大者奖”,并被聘为英国化学工业学会名誉会员,以及英国皇家学会和美国化学工程学会荣誉会员。  侯德榜先生对英、法、德、美等国垄断技术十分愤慨,将自己多年来研究制碱技术的心得写成《纯碱制造》一书,于 1933 年在美国出版,将保密达 70 年之久的索尔维法公诸于世,为中外学者所钦佩。该书被誉为首创的制碱名著,为祖国争得了荣誉附:“索尔维法”和“侯氏制碱法”十九世纪六十年代,比利时人苏尔维,发明用氨、二氧化碳和食盐饱和液共同作用,制得碳酸氢钠。经分滤并煅烧分解,得到高纯度的碳酸钠,这就是有名的氨碱法,又称为苏尔维法。氨碱法产出的碳酸钠的质量,比天然碱和路布兰法产的碱都好得多,因此,人们把它叫作“纯碱”。苏尔维法比过去的路布兰法有明显的优点。但是,它对原料氯化钠的利用率却比较低(仅 28%左右),氯化钠中的氯完全没有被利用,全变为废物氯化钙无法处理,占用土地,污染环境。我国著名的化学家侯德榜,1938年发明了“联合制碱法”,较好地解决了这个问题。它是联合氨碱法与合成氨法,同时制造纯碱和氯化氨的方法。它以食盐和二氧化碳(合成氨工业的副产品)为原料,将氨与二氧化碳先后通人饱和的食盐溶液中,生成碳酸氢钠沉淀,经过滤、煅烧等工序而得产品纯碱。在滤液中,再通入氨,并加食盐,将它所含的氯化氨析出,经过滤、干燥,就得到氯化铵。采用这种方法,盐的饱和溶液可循环使用。同氨碱法比较,它的优点是能充分利用食盐中的钠和氯,避免产生大量的氯化钙的废液和废渣,并可节省一些设备。

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