人教版选修2第一单元课题3纯碱的生产作业

课题 3 纯碱的生产 1．在下列科学家中，为我国的化学工业做出重大贡献的是( ) A．邓稼先 B．李四光 C．华罗庚 D．侯德榜 解析：邓稼先是核物理学家，李四光为地质学家，华罗庚为数学家，只有侯德榜 为化学家，是侯氏制碱法的创始人。 答案：D 2．工业上常用氨碱法制取碳酸钠(将氨和二氧化碳先后通入饱和食盐水而析出小苏 打，再经过滤、焙烧而得到纯碱)，但却不能用氨碱法制碳酸钾，这是因为在溶液 中( ) A．KHCO3 溶解度较大 B．KHCO3 溶解度较小 C．K2CO3 溶解度较大 D．K2CO3 溶解度较小 解析：氨碱法制取 Na2CO3 的原理是：在精制的食盐水中分别通入 NH3、CO2，由 于 NaHCO3 溶解度不大，当 Na＋、HCO － 3 浓度较大时便析出 NaHCO3 晶体，将过滤 得到的 NaHCO3 煅烧得 Na2CO3。由于 KHCO3 溶解度较大，无法从溶液中析出， 故无法利用其分解制取 K2CO3。 答案：A 3．向饱和 Na2CO3 溶液中通入足量 CO2，结果有晶体析出，对析出晶体的原因分 析不正确的是( ) A．相同温度下，Na2CO3 的溶解度大于 NaHCO3 B．溶液中溶剂减少了 C．溶质质量增加了 D．反应过程放热 解析：本题考查的是 Na2CO3 与 CO2 反应的知识，根据反应方程式 Na2CO3＋CO2 ＋H2O===2NaHCO3↓可以得出：通过反应，溶剂质量减少，溶质质量增加，由于 Na2CO3 的溶解度大于 NaHCO3，因此有 NaHCO3 晶体析出。 答案：D 4．联合制碱法中关键的一步是把 NH4Cl 从几乎饱和的 NaHCO3 溶液里分离出来， 为此根据 NaCl 和 NH4Cl 溶解度的差异，向混合溶液中通入某种气体，同时加入磨 细的食盐，可析出不夹带 NaHCO3 的 NH4C1。NaCl 和 NH4Cl 共同存在时的溶解度 曲线如下图所示，以下操作正确的是( ) 通入气体 温度控制 A. CO2 30～40 ℃ B. CO2 0～10 ℃ C. NH3 30～40 ℃ D. NH3 0～10 ℃ 解析：由题图可知，溶液的温度在 0～10 ℃的范围内有利于 NaCl 的溶解和 NH4Cl 的析出。向溶液中加 NaCl 就是加 Na＋和 Cl－，向溶液中加 NH3 就是加 OH－和 NH＋ 4 ， 这些都有利于 NH4Cl 的析出和 NaHCO3 的溶解。 答案：D 5．下列关于工业生产说法错误的是( ) A．在侯氏制碱工业中，向饱和氯化钠溶液中先通氨气，后通二氧化碳 B．在硫酸工业、合成氨工业、硝酸工业中，皆采用循环操作提高原料利用率 C．在侯氏制碱工业中，二氧化碳可以循环利用 D．硫酸工业中，用水来吸收三氧化硫 解析：硫酸工业中，是用 98.3%的浓硫酸来吸收三氧化硫，如果用水来吸收，则会 产生酸雾，影响产率，D 选项错误。 答案：D 6．纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱 法”两种工艺。下列说法不正确的是( ) A．“联合制碱法”和“氨碱法”的化学反应原理中都有下列化学反应 NH3＋CO2＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl 2NaHCO3===== △ Na2CO3＋H2O＋CO2↑ B．“联合制碱法”生产中有氨的循环利用工艺 C．“氨碱法”生产中有氨的循环利用工艺 D．“联合制碱法”和“氨碱法”都有一定的局限性 解析：“氨碱法”将 NH4Cl 和 Ca(OH)2 再反应，使 NH3 循环利用；“联合制碱法” 是制得纯碱和副产品氯化铵。 答案：B 7．我国化学家侯德榜根据 NaHCO3 溶解度比 NaCl、Na2CO3、NH4HCO3、NH4Cl 都小的性质，运用 CO2＋NH3＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl 的反应原理制备 纯碱。下面是在实验室进行模拟实验的生产流程示意图： 气体 A 的饱和溶液 ――→ 加入食盐 Ⅰ A 和食盐的饱和溶液 ――→ 通入足量气体 B Ⅱ 悬浊液――→ 过滤 Ⅲ 晶 体,Ⅳ纯碱 则下列叙述错误的是( ) A．A 气体是 NH3，B 气体是 CO2 B．第Ⅲ步得到的晶体是发酵粉的主要成分 C．第Ⅲ步操作用到的主要玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒 D．第Ⅳ步操作的主要过程有溶解、蒸发、结晶 解析：“侯氏制碱法”是中学阶段常研究的四大工业生产知识之一，主要应注重 对其反应原理的理解。它是先制得氨化的饱和食盐水，再往其中通入 CO2(即往饱 和食盐水中依次通入足量的 NH3、CO2，不能依次通入 CO2、NH3，因为 NH3 在水 中的溶解度远远大于 CO2，先将溶液氨化后，吸收 CO2 的效果更好)，第Ⅱ步即得 到 NaHCO3 悬浊液，第Ⅳ步应将 NaHCO3 加热分解，以得到 Na2CO3。 答案：D 8．1892 年，比利时人索尔维以 NaCl、CO2、H2O、NH3 为原料生产 Na2CO3，叫 索尔维法。其主要步骤是：(1)在 NH3 饱和的 NaCl 溶液中通入 CO2 制得 NaHCO3； (2)再将 NaHCO3 焙烧制得纯碱，CO2 循环使用；(3)在析出小苏打的母液中加入生 石灰，生成的 NH3 循环使用。1940 年，我国著名化工专家侯德榜先生，冲破了“索 尔维”法的技术封锁，并加以改进，用 NaCl 固体代替生石灰，加入母液使 NH4Cl 晶体析出，生产出纯碱和氯化铵。这便是举世闻名的“侯氏制碱法” 。 试回答： (1)在氨饱和 NaCl 溶液中通入 CO2 的两步反应方程式为 _____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (2)不能在 NaCl 溶液中通入 CO2 制 NaHCO3 的原因是 _____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (3)析出小苏打的母液中加入生石灰的反应方程式是_______________________ ___________________________________________________________________。 (4)“侯氏制碱法”与“索尔维法”相比，其优点是________________________ _____________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 解析：通入氨气后，氨气在水溶液中发生反应：NH3＋H2O NH3·H2O NH＋ 4 ＋ OH－；再通入 CO2 后发生反应 CO2＋OH－ HCO－ 3 ，可以使溶液中 HCO － 3 的浓度 变大，由于 NaHCO3 溶解度较小，所以可析出 NaHCO3 晶体；母液中含有 NH4Cl， 加入生石灰可生成 NH3 和 CaCl2。副产品 NH4Cl 可用作肥料；析出 NH4Cl 的母液 循环使用，提高 NaCl 利用率；不生成 CaCl2。 答案：(1)NH3＋H2O＋CO2===NH4HCO3， NH4HCO3＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓ (2)H2CO3 酸性比盐酸弱，CO2 与 NaCl 不反应 (3)2NH4Cl＋CaO===CaCl2＋H2O＋2NH3↑ (4)使 NH4Cl 析出，可作氮肥；不生成 CaCl2；原料 NaCl 充分利用 9．纯碱是一种重要的化工原料，目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱 法”两种工艺。请按要求回答问题： (1)“氨碱法”产生大量 CaCl2 废弃物，请写出该工艺中产生 CaCl2 的化学方程式： ________________________________________________________________。 (2)写出“联合制碱法”有关反应的化学方程式：________________________； ________________________。 (3)CO2 是制碱工业的重要原料，“联合制碱法”与“氨碱法”中 CO2 的来源有何 不同？_______________________________________________________。 (4)绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。根据“联合制碱法”总反 应 ， 列 出 计 算 原 子 利 用 率 的 表 达 式 ： 原 子 利 用 率 (%) ＝ ________________________________________________。 解析：(4)小题，联合制碱法的反应式为 NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋ NH4Cl,2NaHCO3===== △ Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑，总反应可看作是：2NH3＋2NaCl ＋CO2＋H2O===Na2CO3＋2NH4Cl，所以，原子利用率(%)＝目标产物总质量 反应物总质量 ×100% ＝ mNa2CO3＋mNH4Cl mNaCl＋mNH3＋mCO2＋mH2O ×100% 答案：(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2===== △ 2NH3↑＋CaCl2＋2H2O (2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl(饱和)===NaHCO3↓＋NH4Cl 2NaHCO3===== △ Na2CO3 ＋CO2↑＋H2O↑ (3)“氨碱法”的 CO2 来源于石灰石煅烧，“联合制碱法”的 CO2 来源于合成氨工 业的废气 (4) mNa2CO3＋mNH4Cl mNaCl＋mNH3＋mCO2＋mH2O ×100% 10．工业生产纯碱的工艺流程示意图如下： 完成下列填空： (1)粗盐水加入沉淀剂 A、B 除杂质(沉淀剂 A 来源于石灰窑厂)，写出 A、B 的化学 式。 A__________________，B__________________。 (2)实验室提纯粗盐的实验操作依次为： 取样、________、沉淀、________、________、冷却结晶、________、烘干。 (3)工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是____________。碳酸化时没 有析出碳酸钠晶体。其原因是_______________________________。 (4)碳酸化后过滤，滤液 D 最主要的成分是________(填写化学式)，检验这一成分 的阴离子的具体方法是：_____________________________________。 (5)氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液 D 加入石灰水产生氨。加石灰水后 所发生的反应的离子方程式为：___________________________。 滤液 D 加石灰水前先要加热，原因是________。 (6)产品纯碱中含有碳酸氢钠。如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量 分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为：_______________________。 解析：(1)粗盐中含 Ca2＋、Mg2＋，加入石灰乳或 CaO 可除去 Mg2＋，再加入 Na2CO3 除出 Ca2＋，因此 A 为 Ca(OH)2 或 CaO，B 为 Na2CO3。 (3)碳酸化即向氨的饱和 NaCl 溶液中通入过量 CO2，可析出 NaHCO3 晶体。反应 中由于 Na2CO3 的溶解度大于 NaHCO3 的溶解度，因此不会析出 Na2CO3 晶体。 (4)过滤除去 NaHCO3，滤液 D 的主要成分为 NH4Cl，要检验 Cl－应选用 AgNO3 溶液和稀硝酸。 (5)NH4Cl 溶液与石灰水的反应为：NH＋ 4 ＋OH－―→NH3↑＋H2O 答案：(1)Ca(OH)2 或 CaO Na2CO3 (2)溶解 过滤 蒸发 过滤 (3)有晶体析出(或出现浑浊) 碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大 (4)NH4Cl 取样，加硝 酸酸化，加硝酸银，有白色沉淀，该阴离子是氯离子 (5)NH＋ 4 ＋OH－===NH3↑＋ H2O 防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀 (6)w(NaHCO3)＝84m1－m2 31m1