《研究与实践:了解纯碱的生产历史》钠及其化合物PPT
第一部分内容：【材料阅读】
材料一:路布兰制碱法
1783年,法国科学院以1 200法郎高额奖金悬赏征求制造纯碱的方法。1789年,法国奥尔良地区封建主公爵的侍从医生路布兰成功地创造了一种制碱的方法,1791年获得专利,建立起日产250～300 kg的碱厂。路布兰制碱法所用的原料除食盐外,还有浓硫酸、木炭和石灰石。其生产工艺如下:
①第一步:利用浓硫酸将食盐转变为硫酸钠:2NaCl+H2SO4(浓)====Na2SO4+2HCl↑。
②第二步:将硫酸钠与木炭、石灰石在炉中共热。炉中硫酸钠与木炭作用后生成硫化钠和一氧化碳:Na2SO4+4C====Na2S+4CO↑。
③第三步:硫化钠与石灰石进行反应,生成碳酸钠和硫化钙:Na2S+CaCO3====Na2CO3+CaS。
材料二:索尔维制碱法
1861年,比利时人索尔维以食盐、石灰石和氨为原料,
制得了碳酸钠和氯化钙,此为氨碱法。其反应步骤如下:
NaCl+NH3+CO2+H2O====NaHCO3+NH4Cl,CaCO3====CaO+CO2↑,2NH4Cl+CaO====2NH3↑+CaCl2+H2O,
2NaHCO3====Na2CO3+CO2 +H2O。
反应生成的CO2和NH3可重新作为原料使用。
总反应式为CaCO3+2NaCl ====CaCl2+Na2CO3
这种制碱法的原料利用率低,并产生大量使用价值不高的副产物CaCl2。
材料三:侯氏制碱法
联合制碱法又称侯氏制碱法,用于在工业上制取纯碱(Na2CO3),由侯德榜于1943年发明,是世界上广泛采用的制纯碱法。具体过程为:在饱和氨盐水中(氨气、氯化钠都达到饱和的溶液)通入二氧化碳从而发生如下反应:反应化学方程式为:
(1)NH3+H2O+CO2====NH4HCO3。
(2)NH4HCO3+NaCl====NH4Cl+NaHCO3↓。
(3)2NaHCO3====Na2CO3+H2O+CO2↑。
反应中的碳酸氢钠由于溶解度低而析出,可以进一步煅烧分解为碳酸钠、水和二氧化碳,其中二氧化碳可以再次进入反应重复利用。
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研究与实践了解纯碱的生产历史PPT，第二部分内容：【思考提升】
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。
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研究与实践了解纯碱的生产历史PPT，第三部分内容：【迁移应用】
侯氏制碱法是我国化学工程专家侯德榜于1943年独立发明,它打破了当时外国的技术封锁。某化学小组模拟侯氏制碱法,以NaCl、NH3、CO2和水等为原料以及如图所示装置制取NaHCO3,反应的化学方程式为
NH3+CO2+H2O+NaCl====NaHCO3+NH4Cl。然后再将NaHCO3制成Na2CO3。
(1)装置乙的作用是__________。
(2)由装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时,需要进行的实验操作有________、洗涤、灼烧。NaHCO3制取Na2CO3的化学方程式为_________________。
(3)侯氏制碱法制取NaHCO3时,应先通NH3,后通CO2,目的是____________________。
【解析】(1)装置甲是制备二氧化碳气体的发生装置,生成的二氧化碳气体中含有氯化氢气体,对制备碳酸氢钠有影响,装置乙的作用是吸收氯化氢气体;最后的尾气中含有氨气,不能排放到空气中,需要进行尾气吸收;(2)由装置丙中产生NaHCO3发生的反应为NH3+CO2+H2O+NaCl====NaHCO3↓+NH4Cl;制取Na2CO3时需要过滤得到晶体,洗涤后加热灼烧得到碳酸钠。(3)氨气在水中溶解度大,先通氨气可以吸收更多的CO2,提高HC的生成率。
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