人教版高中化学必修第一册第二章海水中的重要元素钠和氯研究与实践1了解纯碱的生产历史课件（18页ppt）

(共18张PPT)
研究与实践1　了解纯碱的生产历史
　
第二章　海水中的重要元素——钠和氯
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。
研究过程
纯碱的生产历史
1．路布兰制碱法
1791年法国医生路布兰首先取得专利，以食盐为原料，制得了纯碱，称为路布兰制碱法。
(1)先使氯化钠与硫酸反应，生成硫酸钠：2NaCl＋H2SO4 Na2SO4＋2HCl↑。
(2)然后用焦炭还原硫酸钠得硫化钠：Na2SO4＋4C Na2S＋4CO↑。
(3)最后利用硫化钠与石灰石的反应生产碳酸钠：Na2S＋CaCO3===
Na2CO3＋CaS。
2．索尔维制碱法
1861年比利时工程师索尔维发明的纯碱制法，是以食盐(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。
(1)在饱和食盐水中先通入氨气，再通入二氧化碳，析出碳酸氢钠：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。
(2)过滤、洗涤、煅烧碳酸氢钠晶体，得到纯碱产品：2NaHCO3 Na2CO3＋CO2↑＋H2O，反应生成的二氧化碳循环使用。
(3)氯化铵滤液与石灰乳混合加热：
2NH4Cl＋Ca(OH)2 CaCl2＋2NH3↑＋2H2O，反应生成的氨气循环
使用。
3．侯氏制碱法
1943年我国化学工程专家侯德榜发明创建了联合制碱法，即将氨碱法(又称索尔维制碱法)和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。原料是食盐、氨和二氧化碳，二氧化碳为合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。
侯氏制碱法，低温下先向饱和食盐水中通入氨气，再通入二氧化碳可析出碳酸氢钠，再加入细盐末，因氯离子存在及低温条件使氯化铵溶解度突然降低，而食盐的溶解度变化不大，所以氯化铵析出而食盐不析出；再用氨饱和后通二氧化碳，结果相继析出NaHCO3和NH4Cl，该法生产的纯碱质量优良，纯白如雪。
交流研讨
1．路布兰制碱法开创了历史的先河，为人类做出突出贡献，但也存在很多缺点，你认为其缺点有哪些？
提示：(1)主要生产过程在固相中进行，难以连续生产；
(2)需浓硫酸作原料，设备腐蚀严重；
(3)产品质量不纯，硫化钙不易溶于水，沉淀成渣子被弃掉，原料利用不充分，成本较高；
(4)生成HCl、CO等气体，造成环境污染。
2．索尔维制碱法相对路布兰制碱法有哪些优点？还有什么需要改进的
地方？
提示： (1)优点：氨碱法使生产实现了连续性生产，食盐的利用率得到很大程度提高，产品较纯净，因而被称为纯碱，但最大的优点还在于成本
低廉。
(2)缺点：原料利用率低，并产生大量使用价值不高的副产物CaCl2。
3．相对于索尔维制碱法，侯氏制碱法做了哪些改进？
提示： 针对索尔维制碱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年成功研究出联合制碱法。这个新工艺是把氨厂和碱厂建在一起，联合生产。由氨厂提供碱厂需要的氨和二氧化碳。母液里的氯化铵用加入食盐的办法使它结晶出来，作为化工产品或化肥。食盐溶液又可以循环使用。所谓“联合制碱法”中的“联合”，指该法将合成氨工业与制碱工业组合在一起，利用了生产氨时的副产品CO2，革除了用石灰石分解来生产，简化了生产设备。此外，联合制碱法也避免了生产氨碱法中用处不大的副产物氯化钙，而用可作化肥的氯化铵来回收，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。
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
应用体验
√
侯氏制碱法的实质就是利用NaHCO3溶解度比其他物质小的原理，则A说法正确；析出晶体后的溶液一定为该物质的饱和溶液，则C说法错误；纯碱是Na2CO3的俗名，而NaHCO3的俗名是小苏打，则B说法正确；NH4Cl是一种可用作氮肥的副产品，D说法正确。
2．下图是侯氏制碱法在实验室进行模拟实验的生产流程示意图，则下列叙述正确的是

A．A气体是CO2，B气体是NH3
B．第Ⅲ步得到的晶体是Na2CO3·10H2O
C．侯氏制碱法的工艺过程中应用了物质溶解度的差异
D．第Ⅳ步操作的主要过程有溶解、蒸发、结晶
√
侯氏制碱法中应先在饱和食盐水中通入NH3再通入CO2。因为CO2在饱和食盐水中的溶解度很小，先通入NH3使食盐水显碱性，能够吸收大量CO2气体，产生高浓度的HCO ，才能析出NaHCO3晶体。故第Ⅲ步得到的是NaHCO3晶体，B错误，Ⅳ是加热操作，D错误。
由于氨气极易溶于水，所以向饱和NaCl溶液中先通入氨气，效果更好。反应制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化学方程式为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。
3．“索尔维制碱法”工艺流程如图所示，请回答下列问题：

(1)向饱和氯化钠溶液中先通入 ，效果更好。反应制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化学方程式为 ______________________________________
________。
NH3
NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl
根据原子守恒可知反应后还有氯化钙生成。根据化学方程式NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl可知侯氏制碱法在得到纯碱的同时还制得氯化铵。铵盐在农业上可作氮肥。
(2)索尔维制碱法除了得到纯碱外，还会产生一种废渣，该废渣为 。侯氏制碱法在此工艺上改进，不再使用碳酸钙制备CO2，而是在制备NH3的过程中制得CO2，则侯氏制碱法在得到纯碱的同时还制得了 ，此物质在农业上的用途是 。
CaCl2
NH4Cl
作氮肥
4．某化学兴趣小组模拟“侯氏制碱法”制纯碱。先以NaCl、NH3、CO2和水等为原料，用下图所示装置制取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__________
。
NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑
CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O
除去CO2中的HCl气体
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；装置乙中碳酸氢钠与氯化氢反应放出二氧化碳，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↑。
装置丙中氯化钠、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。
(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__________________
。
NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl　
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、灼烧生成碳酸钠，灼烧碳酸氢钠发生反应的化学方程式为2NaHCO3 Na2CO3＋H2O＋CO2↑。
(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 。
过滤
灼烧