第二章 研究与实践1 了解纯碱的生产历史(课件 学案)高中化学人教版(2019)必修 第一册

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名称 第二章 研究与实践1 了解纯碱的生产历史(课件 学案)高中化学人教版(2019)必修 第一册
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 化学
更新时间 2025-08-04 21:34:21

文档简介

研究与实践1 了解纯碱的生产历史
【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。
【阅读材料】
1.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)制取原理与步骤
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+H2ONaHCO3↓+NH4Cl。
②高温煅烧石灰石,生成的CO2通入饱和氨盐水中,CaO用于制备石灰乳:
CaCO3CaO+CO2↑、CaO+H2OCa(OH)2。
③氯化铵滤液与石灰乳混合加热:
2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O,反应产生的氨气循环使用。
④过滤、洗涤、煅烧碳酸氢钠晶体,得到纯碱产品:
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,反应产生的二氧化碳循环使用。
总反应:CaCO3+2NaClCaCl2+Na2CO3
(2)制取方法评价
此法食盐利用率比路布兰制碱法高,产品较纯净,成本低。
缺点:原料中一半成分未能转化为产品。
2.侯氏制碱法
1943年我国科学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。
(1)制取原理与步骤
①低温下先向饱和食盐水中通入氨气,然后通入二氧化碳可析出碳酸氢钠,再加入食盐细粉,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:NH3+H2O+CO2NH4HCO3;NH4HCO3+NaClNH4Cl+NaHCO3↓。
②加热使NaHCO3分解得到Na2CO3,生成的CO2可循环使用:2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O。
(2)制取方法评价
①符合“绿色化学的要求”,提高了原料(NaCl)的利用率,不产生无用的CaCl2。
②利用了大规模联合生产的优越性,利用一个厂的废料,作为另一个厂的主要原料。如合成氨厂的废料CO2可以作为碱厂的主要原料;碱厂无用的Cl-可以代替价格比较昂贵的硫酸用来固定氨,制成氮肥,降低了成本,提高了综合经济效益。
1.侯氏制碱法中,向饱和食盐水中是先通NH3还是先通CO2?(已知:氨气极易溶于水,并与水反应生成NH3·H2O)
2.低温下,向母液中通入NH3并加入NaCl细粒,为什么可促使NH4Cl析出?
3.侯氏制碱法与索尔维制碱法相比较,有哪些优点?
1.侯德榜是我国近代化学工业奠基人之一,他经过数百次试验,改进了原有的制碱方法,确定了新的工艺流程,这就是联合制碱法。该制碱法中“碱”的主要成分是(  )
A.Na2O B.NaOH
C.Na2CO3 D.NaHCO3
2.侯氏制碱法以NaCl、CO2、NH3和H2O为原料,发生反应:NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl。将析出的固体灼烧获取纯碱,向析出固体后的母液中加入食盐可获得副产品NH4Cl。下列有关模拟侯氏制碱法的实验原理和装置能达到实验目的的是(  )
A.制取CO2 B.制取NaHCO3
C.分离NaHCO3 D.制取Na2CO3
3.“侯氏制碱法”是我国科学家侯德榜为世界制碱工业作出的突出贡献。某实验小组模拟“侯氏制碱法”的工艺流程如图:
下列有关说法正确的是(  )
A.A气体是CO2,B气体是NH3
B.第Ⅲ步得到晶体是Na2CO3·10H2O
C.第Ⅳ步操作用到的主要仪器是酒精灯、蒸发皿、玻璃棒
D.母液中含有大量的N 和Cl-
4.我国化学家侯德榜发明的联合制碱法,对世界制碱工业的发展起了重要作用。联合制碱法的主要工艺流程如图所示。
下列说法错误的是(  )
A.①、②、③涉及的操作中只有一次是过滤
B.流程中产生的CO2 可循环使用
C.溶液B中一定含有Na+、N、Cl-
D.整个制碱过程中都没有单质生成
5.如图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。下列操作正确的是(  )
A.a先通入CO2,然后b通入NH3,c中放碱石灰
B.b先通入NH3,然后a通入CO2,c中放碱石灰
C.a先通入NH3,然后b通入CO2,c中放蘸有稀硫酸的脱脂棉
D.b先通入CO2,然后a通入NH3,c中放蘸有稀硫酸的脱脂棉
6.某化学兴趣小组模拟“侯氏制碱法”制纯碱并进行后续实验。
Ⅰ.制备纯碱:先以NaCl、NH3、CO2和水等为原料,用如图所示装置制取NaHCO3,然后再将NaHCO3转化成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             。
(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                      
                       。
(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                       
                       。
Ⅱ.测定所得产品的组成和纯度
(4)检验纯碱样品中是否混有NaHCO3,请选择下列装置设计实验,并完成下表:
选择的装置(填编号) 实验现象 实验结论
样品中含NaHCO3
(5)测定该纯碱样品的纯度:称取m1 g样品置于小烧杯中,加水溶解,滴加足量CaCl2溶液,将反应混合物过滤、洗涤、干燥、称量,得到固体的质量为m2 g,则该纯碱样品的纯度为      。
研究与实践1 了解纯碱的生产历史
思考与讨论
1.提示:应先通NH3,再通CO2,这样操作可以使CO2与NH3·H2O反应生成碳酸氢铵,从而增大HC的浓度,利于析出更多的NaHCO3。
2.提示:低温下,NH4Cl的溶解度比NaCl的小,通入NH3并加入NaCl细粒,可生成更多的NH4Cl,促使该物质析出,也提高了NaCl的利用率。
3.提示:侯氏制碱法与索尔维制碱法相比较,其优点是食盐的利用率大大提高,用等量的食盐可生产更多的纯碱,同时得到氮肥氯化铵,不再产生废渣氯化钙,减少了对环境的污染,并且大大降低了纯碱和氮肥的成本,充分体现了大规模联合生产的优越性。
针对训练
1.C 侯德榜联合制碱法中涉及的反应有:NaCl+CO2+NH3+H2ONaHCO3↓+NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,该制碱法中“碱”的主要成分是Na2CO3,C符合题意。
2.C 长颈漏斗的末端没有伸入集气瓶的底部,生成的二氧化碳气体会从长颈漏斗中逸出,A错误;二氧化碳在水中溶解度不大,应向溶有氨气的饱和食盐水中通入二氧化碳,B错误;析出溶解度小的碳酸氢钠,可以通过过滤的方法分离出NaHCO3,操作合理,C正确;加热固体不能在烧杯中进行,应选坩埚或试管加热,D错误。
3.D A项,CO2在水中溶解度较小,氨气溶解度较大,故先通入氨气得碱性溶液,再向碱性溶液中通入CO2,可以达到实验目的,错误;B项,因为NaHCO3的溶解度比碳酸钠的小,故第Ⅲ步得到的晶体是NaHCO3,错误;C项,第Ⅳ步为NaHCO3晶体的受热分解,用到的主要仪器是酒精灯、坩埚、泥三角、三脚架,错误;D项,母液中含有氯化铵,即含有大量的N 和Cl-,正确。
4.A A项,①~③所涉及的操作方法中,包含过滤的是①③,错误;B项,CO2在反应中既消耗又生成,故可循环使用,正确;C项,溶液B为溶液A中加氯化钠析出氯化铵晶体后的母液,一定含有Na+、N、Cl-,正确;D项,制碱过程中都没有单质生成,正确。
5.C NH3的溶解度较大,为防止倒吸,b通入CO2,a通入NH3,要在饱和食盐水中先通入NH3然后再通入CO2,否则CO2通入后会从水中逸出,得到的产品也很少;尾气主要是CO2和NH3,其中NH3对环境影响较大,要吸收尾气,而NH3是碱性气体,所以在c装置中要装酸性物质,据此可知,A、B、D项错误,C项正确。
6.Ⅰ.(1)CaCO3+2H+Ca2++CO2↑+H2O 除去CO2中的HCl气体 NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2↑
(2)NH3+CO2+H2O+NaClNaHCO3↓+NH4Cl
(3)过滤 灼烧 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑
Ⅱ.(4)A、B B中澄清石灰水变浑浊(或A、C C中物质变蓝或A、C、B C中物质变蓝,B中澄清石灰水变浑浊) (5)%
解析:Ⅰ.(1)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;装置乙的作用是用饱和碳酸氢钠溶液除去二氧化碳中的氯化氢,反应的化学方程式为NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2↑。(2)装置丙中氯化钠与二氧化碳、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+NaClNaHCO3↓+NH4Cl。(3)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,灼烧碳酸氢钠发生反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑。Ⅱ.(4)用装置A加热分解NaHCO3,用澄清石灰水检验是否有二氧化碳气体放出,选择装置B,若澄清石灰水变浑浊,则样品中含有NaHCO3,或用无水CuSO4检验是否有水生成,选择装置C,若C中物质变蓝,则样品中含有NaHCO3。(5)设样品中Na2CO3的质量为x g,CaCl2与Na2CO3反应生成碳酸钙和氯化钠:
CaCl2+Na2CO3CaCO3↓+2NaCl
106 100
x g m2 g
=,解得x=,则样品纯度为×100%=%。
4 / 4(共29张PPT)
研究与实践1 了解纯碱的生产历史
【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。
【阅读材料】
1. 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)制取原理与步骤
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高温煅烧石灰石,生成的CO2通入饱和氨盐水中,CaO用
于制备石灰乳:
CaCO3 CaO+CO2↑、CaO+H2O Ca(OH)2。
③氯化铵滤液与石灰乳混合加热:
2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O,反应产生的
氨气循环使用。
④过滤、洗涤、煅烧碳酸氢钠晶体,得到纯碱产品:
2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O,反应产生的二氧化碳循
环使用。
总反应:CaCO3+2NaCl CaCl2+Na2CO3
(2)制取方法评价
此法食盐利用率比路布兰制碱法高,产品较纯净,成本低。
缺点:原料中一半成分未能转化为产品。
2. 侯氏制碱法
1943年我国科学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。
(1)制取原理与步骤
①低温下先向饱和食盐水中通入氨气,然后通入二氧化碳可
析出碳酸氢钠,再加入食盐细粉,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:NH3+H2O+CO2
NH4HCO3;NH4HCO3+NaCl NH4Cl+NaHCO3↓。
②加热使NaHCO3分解得到Na2CO3,生成的CO2可循环使
用:2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O。
(2)制取方法评价
①符合“绿色化学的要求”,提高了原料(NaCl)的利用
率,不产生无用的CaCl2。
②利用了大规模联合生产的优越性,利用一个厂的废料,
作为另一个厂的主要原料。如合成氨厂的废料CO2可以作
为碱厂的主要原料;碱厂无用的Cl-可以代替价格比较昂
贵的硫酸用来固定氨,制成氮肥,降低了成本,提高了综
合经济效益。
1. 侯氏制碱法中,向饱和食盐水中是先通NH3还是先通CO2?(已
知:氨气极易溶于水,并与水反应生成NH3·H2O)
提示:应先通NH3,再通CO2,这样操作可以使CO2与NH3·H2O反应
生成碳酸氢铵,从而增大HC 的浓度,利于析出更多的
NaHCO3。
2. 低温下,向母液中通入NH3并加入NaCl细粒,为什么可促使NH4Cl
析出?
提示:低温下,NH4Cl的溶解度比NaCl的小,通入NH3并加入NaCl
细粒,可生成更多的NH4Cl,促使该物质析出,也提高了NaCl的利
用率。
3. 侯氏制碱法与索尔维制碱法相比较,有哪些优点?
提示:侯氏制碱法与索尔维制碱法相比较,其优点是食盐的利用率
大大提高,用等量的食盐可生产更多的纯碱,同时得到氮肥氯化
铵,不再产生废渣氯化钙,减少了对环境的污染,并且大大降低了
纯碱和氮肥的成本,充分体现了大规模联合生产的优越性。
1. 侯德榜是我国近代化学工业奠基人之一,他经过数百次试验,改进
了原有的制碱方法,确定了新的工艺流程,这就是联合制碱法。该
制碱法中“碱”的主要成分是(  )
A. Na2O B. NaOH
C. Na2CO3 D. NaHCO3
解析:  侯德榜联合制碱法中涉及的反应有:NaCl+CO2+NH3
+H2O NaHCO3↓+NH4Cl,2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+
H2O,该制碱法中“碱”的主要成分是Na2CO3,C符合题意。
2. 侯氏制碱法以NaCl、CO2、NH3和H2O为原料,发生反应:NaCl+
NH3+CO2+H2O NaHCO3↓+NH4Cl。将析出的固体灼烧获取
纯碱,向析出固体后的母液中加入食盐可获得副产品NH4Cl。下列
有关模拟侯氏制碱法的实验原理和装置能达到实验目的的是( )
A. 制取CO2 B. 制取NaHCO3
C. 分离NaHCO3 D. 制取Na2CO3
解析:  长颈漏斗的末端没有伸入集气瓶的底部,生成的二氧化
碳气体会从长颈漏斗中逸出,A错误;二氧化碳在水中溶解度不
大,应向溶有氨气的饱和食盐水中通入二氧化碳,B错误;析出溶
解度小的碳酸氢钠,可以通过过滤的方法分离出NaHCO3,操作合
理,C正确;加热固体不能在烧杯中进行,应选坩埚或试管加热,
D错误。
3. “侯氏制碱法”是我国科学家侯德榜为世界制碱工业作出的突出贡
献。某实验小组模拟“侯氏制碱法”的工艺流程如图:
下列有关说法正确的是(  )
A. A气体是CO2,B气体是NH3
B. 第Ⅲ步得到晶体是Na2CO3·10H2O
C. 第Ⅳ步操作用到的主要仪器是酒精灯、蒸发皿、玻璃棒
D. 母液中含有大量的N 和Cl-
解析:  A项,CO2在水中溶解度较小,氨气溶解度较大,故先
通入氨气得碱性溶液,再向碱性溶液中通入CO2,可以达到实验目
的,错误;B项,因为NaHCO3的溶解度比碳酸钠的小,故第Ⅲ步
得到的晶体是NaHCO3,错误;C项,第Ⅳ步为NaHCO3晶体的受热
分解,用到的主要仪器是酒精灯、坩埚、泥三角、三脚架,错误;
D项,母液中含有氯化铵,即含有大量的N 和Cl-,正确。
4. 我国化学家侯德榜发明的联合制碱法,对世界制碱工业的发展起了
重要作用。联合制碱法的主要工艺流程如图所示。
下列说法错误的是(  )
A. ①、②、③涉及的操作中只有一次是过滤
B. 流程中产生的CO2 可循环使用
C. 溶液B中一定含有Na+、N 、Cl-
D. 整个制碱过程中都没有单质生成
解析:  A项,①~③所涉及的操作方法中,包含过滤的是①
③,错误;B项,CO2在反应中既消耗又生成,故可循环使用,正
确;C项,溶液B为溶液A中加氯化钠析出氯化铵晶体后的母液,
一定含有Na+、N 、Cl-,正确;D项,制碱过程中都没有单质
生成,正确。
5. 如图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。下列操作正
确的是(  )
A. a先通入CO2,然后b通入NH3,c中放碱石灰
B. b先通入NH3,然后a通入CO2,c中放碱石灰
C. a先通入NH3,然后b通入CO2,c中放蘸有稀硫酸
的脱脂棉
D. b先通入CO2,然后a通入NH3,c中放蘸有稀硫酸
的脱脂棉
解析:  NH3的溶解度较大,为防止倒吸,b通入CO2,a通入
NH3,要在饱和食盐水中先通入NH3然后再通入CO2,否则CO2通入
后会从水中逸出,得到的产品也很少;尾气主要是CO2和NH3,其
中NH3对环境影响较大,要吸收尾气,而NH3是碱性气体,所以在c
装置中要装酸性物质,据此可知,A、B、D项错误,C项正确。
6. 某化学兴趣小组模拟“侯氏制碱法”制纯碱并进行后续实验。
Ⅰ.制备纯碱:先以NaCl、NH3、CO2和水等为原料,用如图所示装置
制取NaHCO3,然后再将NaHCO3转化成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 。
CaCO3+2H+ Ca2++CO2↑
+H2O
除去CO2中的HCl气体 
NaHCO3+HCl NaCl+H2O+CO2↑ 
解析:Ⅰ. 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;装置乙的作用是用饱和碳酸氢钠溶液除去二氧化碳中的
氯化氢,反应的化学方程式为NaHCO3+HCl NaCl+H2O+
CO2↑。
(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 
解析:装置丙中氯化钠与二氧化碳、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。
(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 
2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑
解析: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,灼烧碳酸氢钠发生反应的化学方程式为2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑。
Ⅱ.测定所得产品的组成和纯度
(4)检验纯碱样品中是否混有NaHCO3,请选择下列装置设计实验,
并完成下表:
选择的装置(填编号) 实验现象 实验结论
样品中含NaHCO3
答案:Ⅱ.(4)A、B B中澄清石灰水变浑浊(或A、C C中物
质变蓝或A、C、B C中物质变蓝,B中澄清石灰水变浑浊
解析: 用装置A加热分解NaHCO3,用澄清石灰水检验是否有二氧化碳气体放出,选择装置B,若澄清石灰水变浑浊,则样品中含有NaHCO3,或用无水CuSO4检验是否有水生成,选择装置C,若C中物质变蓝,则样品中含有NaHCO3。
(5)测定该纯碱样品的纯度:称取 m1 g样品置于小烧杯中,加水溶
解,滴加足量CaCl2溶液,将反应混合物过滤、洗涤、干燥、称
量,得到固体的质量为 m2 g,则该纯碱样品的纯度为

% 
解析:设样品中Na2CO3的质量为 x g,CaCl2与Na2CO3反应生成碳
酸钙和氯化钠:
CaCl2+Na2CO3 CaCO3↓+2NaCl
106 100
x g m2 g
= ,解得 x = ,则样品纯度为 ×100%=
%。
感谢欣赏
THE END