《研究與實踐:了解純堿的生產歷史》鈉及其化合物PPT
第一部分內容：【材料閱讀】
材料一:路布蘭制堿法
1783年,法國科學院以1 200法郎高額獎金懸賞征求制造純堿的方法。1789年,法國奧爾良地區封建主公爵的侍從醫生路布蘭成功地創造了一種制堿的方法,1791年獲得專利,建立起日產250～300 kg的堿廠。路布蘭制堿法所用的原料除食鹽外,還有濃硫酸、木炭和石灰石。其生產工藝如下:
①第一步:利用濃硫酸將食鹽轉變為硫酸鈉:2NaCl+H2SO4(濃)====Na2SO4+2HCl↑。
②第二步:將硫酸鈉與木炭、石灰石在爐中共熱。爐中硫酸鈉與木炭作用后生成硫化鈉和一氧化碳:Na2SO4+4C====Na2S+4CO↑。
③第三步:硫化鈉與石灰石進行反應,生成碳酸鈉和硫化鈣:Na2S+CaCO3====Na2CO3+CaS。
材料二:索爾維制堿法
1861年,比利時人索爾維以食鹽、石灰石和氨為原料,
制得了碳酸鈉和氯化鈣,此為氨堿法。其反應步驟如下:
NaCl+NH3+CO2+H2O====NaHCO3+NH4Cl,CaCO3====CaO+CO2↑,2NH4Cl+CaO====2NH3↑+CaCl2+H2O,
2NaHCO3====Na2CO3+CO2 +H2O。
反應生成的CO2和NH3可重新作為原料使用。
總反應式為CaCO3+2NaCl ====CaCl2+Na2CO3
這種制堿法的原料利用率低,并產生大量使用價值不高的副產物CaCl2。
材料三:侯氏制堿法
聯合制堿法又稱侯氏制堿法,用于在工業上制取純堿(Na2CO3),由侯德榜于1943年發明,是世界上廣泛采用的制純堿法。具體過程為:在飽和氨鹽水中(氨氣、氯化鈉都達到飽和的溶液)通入二氧化碳從而發生如下反應:反應化學方程式為:
(1)NH3+H2O+CO2====NH4HCO3。
(2)NH4HCO3+NaCl====NH4Cl+NaHCO3↓。
(3)2NaHCO3====Na2CO3+H2O+CO2↑。
反應中的碳酸氫鈉由于溶解度低而析出,可以進一步煅燒分解為碳酸鈉、水和二氧化碳,其中二氧化碳可以再次進入反應重復利用。
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研究與實踐了解純堿的生產歷史PPT，第二部分內容：【思考提升】
1.路布蘭制堿法開創了歷史的先河,為人類做出突出貢獻,但也存在很多缺點,你認為其缺點有哪些?
提示:(1)主要生產過程在固相中進行,難以連續生產;(2)需濃硫酸作原料,設備腐蝕嚴重;(3)產品質量不純,硫化鈣不易溶于水,沉淀成渣子被棄掉,原料利用不充分,成本較高;(4)生成HCl、CO等氣體,造成環境污染。
2.索爾維制堿法相對路布蘭制堿法有哪些優點?還有什么需要改進的地方?
提示:(1)優點:氨堿法使生產實現了連續性生產,食鹽的利用率得到很大程度提高,產品較純凈,因而被稱為純堿,但最大的優點還在于成本低廉。
(2)缺點:原料利用率低,并產生大量使用價值不高的副產物CaCl2。
3.相對于索爾維制堿法,侯氏制堿法做了哪些改進?
提示:針對索爾維制堿法生產純堿時食鹽利用率低,制堿成本高,廢液、廢渣污染環境和難以處理等不足,侯德榜先生經過上千次試驗,在1943年成功研究出聯合制堿法。這個新工藝是把氨廠和堿廠建在一起,聯合生產。由氨廠提供堿廠需要的氨和二氧化碳。母液里的氯化銨用加入食鹽的辦法使它結晶出來,作為化工產品或化肥。食鹽溶液又可以循環使用。所謂“聯合制堿法”中的“聯合”,指該法將合成氨工業與制堿工業組合在一起,利用了生產氨時的副產品CO2,革除了用石灰石分解來生產,簡化了生產設備。此外,聯合制堿法也避免了生產氨堿法中用處不大的副產物氯化鈣,而用可作化肥的氯化銨來回收,提高了食鹽利用率,縮短了生產流程,減少了對環境的污染,降低了純堿的成本。
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研究與實踐了解純堿的生產歷史PPT，第三部分內容：【遷移應用】
侯氏制堿法是我國化學工程專家侯德榜于1943年獨立發明,它打破了當時外國的技術封鎖。某化學小組模擬侯氏制堿法,以NaCl、NH3、CO2和水等為原料以及如圖所示裝置制取NaHCO3,反應的化學方程式為
NH3+CO2+H2O+NaCl====NaHCO3+NH4Cl。然后再將NaHCO3制成Na2CO3。
(1)裝置乙的作用是__________。
(2)由裝置丙中產生的NaHCO3制取Na2CO3時,需要進行的實驗操作有________、洗滌、灼燒。NaHCO3制取Na2CO3的化學方程式為_________________。
(3)侯氏制堿法制取NaHCO3時,應先通NH3,后通CO2,目的是____________________。
【解析】(1)裝置甲是制備二氧化碳氣體的發生裝置,生成的二氧化碳氣體中含有氯化氫氣體,對制備碳酸氫鈉有影響,裝置乙的作用是吸收氯化氫氣體;最后的尾氣中含有氨氣,不能排放到空氣中,需要進行尾氣吸收;(2)由裝置丙中產生NaHCO3發生的反應為NH3+CO2+H2O+NaCl====NaHCO3↓+NH4Cl;制取Na2CO3時需要過濾得到晶體,洗滌后加熱灼燒得到碳酸鈉。(3)氨氣在水中溶解度大,先通氨氣可以吸收更多的CO2,提高HC的生成率。
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