【高中化学】化学人教版选修2学案：名师导航 第一单元课题3纯碱的生产

课题3 纯碱的生产

名师导航

知识梳理

1.索尔维法制碱原理

（1）生成碳酸氢钠和氯化铵

（2）制取碳酸钠

2NaHCO3 △

Na2CO3+__________↑+__________↑（可以循环使用）

2NH4Cl+__________ △

CaCl2+2H2O+2__________↑（可以循环使用）

索尔维法优点：

原料易得、产品__________高、__________和__________可循环、步骤__________；

索尔维法缺点：

副产物氯化钙难处理、氯化钠利用率只有70%左右。

2.联合（_________与_________）制碱法

——侯氏制碱法（Hou’s process for soda manufacture）

流程：_________________________________________________________________________。

联合制碱法优点：

原料易得、产品_________高、_________可循环、步骤简单；副产品_________是氮肥、氯化钠利用率大于______________，利用___________废料成本低。

联合制碱法缺点：必须与合成氨工业联合进行，独立性差。

3.碳酸钠与碳酸氢钠性质比较

（1）俗名：Na2CO3：纯碱、苏打（Soda）；NaHCO3：小苏打。

（2）色态：Na2CO3：白色固体；NaHCO3；白色晶体。

（3）溶解度

在水中的溶解度：____________＞___________。

（4）和盐酸反应

①Na2CO3和NaHCO3都能和盐酸反应放出CO2气体。

②__________的反应要比__________的反应剧烈得多。

③Na2CO3和盐酸反应分两步进行：

23CO+H+====3HCO；3HCO+H+====H2O+CO2↑

（5）热稳定性

①______________受热不分解。

②______________受热易分解。

③热稳定性规律：_____________＞难溶性正盐＞_____________＞碳酸。如：Na2CO3＞CaCO3＞NaHCO3＞H2CO3。

（6）Na2CO3与NaHCO3性质的差异性

①与某些盐（如：CaCO3、BaCO3）的反应：

Na2CO3+BaCl2====BaCO3+2NaCl，而NaHCO3与之不反应。

②与碱的反应：

Na2CO3+ Ca（OH）2====CaCO3↓+ 2NaOH

NaHCO3+NaOH====Na2CO3+H2O

2NaHCO3+ Ca（OH）2=CaCO3↓+Na2CO3+2H2O NaHCO3+Ca （OH）2（过量）====CaCO3↓+ NaOH +H2O

③与CO2的反应：

Na2CO3+CO2+H2O====2NaHCO3，而NaHCO3与CO2不反应。该反应可用来除去________溶液中溶有的_____________。

（7）Na2CO3与NaHCO3的制取

①NaHCO3的制取方法：饱和Na2CO3溶液中通入过量的CO2后过滤晶体；减压低温蒸发溶液，防止NaHCO3分解。

②Na2CO3的制取方法：

2NaHCO3 △

Na2CO3+ H2O+ CO2↑

NaHCO3+ NaOH====Na2CO3+ H2O

（8）Na2CO3与NaHCO3的水解

23CO是二元弱酸根离子，在溶液中分两步水解：

23CO+H2O

3HCO+OH-；3HCO+H2

H2CO3+OH-

（9）Na2CO3与NaHCO3的鉴别

①晶体受热：__________受热产生使澄清石灰水变浑浊的无色无气味气体。无此性质。

②加CaCl2溶液：Na2CO3+CaCl2====CaCO3↓+2NaCl，而NaHCO3__________无此性质。

③用稀盐酸：__________溶液中加入很稀的盐酸，开始无气体产生；__________溶液中加入稀盐酸即产生气体。

④pH：__________的pH＞__________（同浓度、同温度）。

（10）Na2CO3与NaHCO3的互相转化______________________________________________

知识导学

了解析出碳酸氢钠的原因，主要从三个方面理：a.二氧化碳溶于水形成的碳酸是二元弱酸，其第一级电离产生有碳酸氢根离子；b.加入氨水（弱碱性）可促使碳酸电离出更多的碳酸氢根离子，增大溶液中的碳酸氢根离子浓度，从而形成碳酸氢铵溶液；c.此时加入氯化钠，则由于碳酸氢钠的溶解度比碳酸氢铵更小，所以蒸发溶液结晶析出的是碳酸氢钠。

联合制碱法是分析了索尔维法的优点与缺点后在它的基础上进行改进的更为合理的制碱方法。

它与索尔维法相比具有以下优点：

（1）它使氯化钠的利用率从70%增大到96%以上。

（2）消灭了氯化钙废料，而副产品氯化铵则是一种较好的氮肥。

（3）同时它也继承了二氧化碳循环利用这一优点。

碳酸钠与碳酸氢钠物理性质和化学性质：

首先从组成上认识它们碳酸钠是正盐，碳酸氢钠是酸式盐，它们的性质既有相似的一面，又存在着较大的差异。

物理性质都是白色固态物质，都能溶于水，碳酸氢钠在水中的溶解度较小，受热分解为碳酸钠，这两大性质是工业制碱的性质基础。

化学性质是都能与酸反应。酸式盐具有两性，既能与酸反应，又能与碱反应，受热分解也是诸多酸式盐都有的性质。

碳酸钠与盐酸反应剖析：

（1）原理——分两步进行

第一步：23CO+H+====3HCO； 第二步：3HCO+H+====H2O+CO2↑

（2）注意的几个题型

①碳酸钠与盐酸相互滴加顺序不同，现象不同。

碳酸钠滴入盐酸中，一开始就有气体产生，而盐酸滴入碳酸钠中，一开始并没有气体产生，后来才有气体产生。因此可以利用此性质区别碳酸钠与盐酸。

②碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应速率不同，碳酸氢钠与盐酸反应速率大于碳酸钠与盐酸反应速率，原因是碳酸钠需转化成碳酸氢钠后才与盐酸产生气体，而碳酸氢钠直接与盐酸反应就立即产生气体。

③用于设计计算题，碳酸钠与碳酸氢钠的混合物与盐酸反应，根据钠原子与碳原子守恒列出二元一次方程组可以进行此类计算。

④设计图象题，以盐酸的用量为横坐标，气体的量为纵坐标，碳酸钠与盐酸反应没有气体产生，出现一段与横坐标相重合的水平线，它就是碳酸钠与盐酸的反应生成碳酸钠的阶段。

碳酸氢钠的制取应注意两点：

①通入过量的CO2。

②减压低温蒸发溶液。

鉴别的Na2CO3与NaHCO3主要根据：

23CO和3HCO的性质不同，鉴别时应选用不同的方法。Na2CO3比NaHCO3稳定，可用是否生成CO2来鉴别。在水溶液中Na2CO3和NaHCO3分别以23CO和3HCO式存在，因此可用CaCl2溶液来鉴别，看是否有沉淀产生。

疑难突破

1.最初的纯碱来自于天然盐湖析出的碱，也有从植物灰烬中提取的碱。图1-7是从我国最大的盐湖——青海察尔汗盐湖中析出的盐花。

（1）请说明盐湖中析出的是什么盐。它们为什么会析出？

（2）盐湖周围的植物中的含盐量与其他地区的植物有何不同？从盐湖周围植物灰烬中提取的盐又是什么盐？

图1-7

剖析：盐湖中析出的盐与其所处的地质条件有关，也不尽相同，但一般都是氯化钠（食盐）、氯化钾、氯化镁，及大量的硼、锂等微量元素。

盐湖中的水分经风吹日晒蒸发后，盐水的浓度越来越大，最终形成饱和溶液并析出晶体。

盐湖周围的地下水中同样比其他地区的盐度要大，所以盐湖周围的植物中也比其他地区的植物含盐量高，则其灰烬中的盐的含量也比其他地区要多一些。

2.最早的工业制纯碱方法是路布兰法，其原理如下：

NaCl+H2SO4120 ℃NaHSO4+HCl↑

NaCl+NaHSO4Na2SO4+HCl↑

Na2SO4+2C1 000 ℃Na2S+2CO2↑ Na2S+CaCO3CaS+Na2CO3

为什么最后一个反应不符合复分解反应发生的规律却能发生？其中在溶液中硫化钙与碳酸钠可以生成碳酸钙和硫化钠，为什么这里不是逆反应？

剖析：同学们熟悉的是溶液中的复分解反应规律，即物质间在溶液中互相交换成分时，只要有气体、沉淀或难电离物质生成，则此反应就可以顺利发生。固体间的反应规律与溶液中复分解反应规律存在着相当大的差异，所以不能拿溶液中的反应规律来考虑固体反应。这两个反应是在不同条件下的两个反应。所以不是逆反应。

3.联合制碱法与索尔维制碱法有何优缺点？

剖析：索尔维法的原料有氨水、食盐、二氧化碳及熟石灰等，其中的氨与二氧化碳可进行循环，但它产生的氯化钙固体废弃物难以处理，且氯化钠的利用率只有70%。

联合制碱法是在索尔维制碱法的基础上进行改进和创新的结果。首先在原料上它利用了合成氨工业中的氨水及废气二氧化碳，降低了生产成本，其次它没有固体废弃物，副产物氯化铵也是极好的氮肥，同时二氧化碳也实行了循环，提高了二氧化碳的利用率，其生产流程更短，所以氯化钠的转化率也大大提高，可达到96%左右。

联合制碱的缺点是必须与合成氨厂联合进行生产。

疑难导析

有人以为盐湖中的盐主要成分是纯碱，这其实是一个误解，虽然纯碱来自于天然盐湖，但盐湖中的盐并不主要是纯碱，盐湖中的主要成分是氯化钠、氯化钾和氯化镁。

关键正确理解质量守恒定律，无论反应（化学反应、生理反应等）多么复杂，反应物与生成物中的元素种类总是相同，不会凭空产生新的元素，也不会有任何一种元素会消失得无影无踪，盐湖附近植物吸收的养分受盐湖中盐的成分的影响，所形成的组织中的成分与盐湖的成分也大致相近，但由于植物的生理喜好不同，所以在体内的富集成分可能与湖水的成分产生差异，但可以确定的是，植物组织中的元素或组成成分肯定来自于湖水，湖水中没有的成分在植物中也肯定是找不到的。

首先充分认识可逆反应的概念，必须是在同一条件下既能向正反应方向移动，又能向逆反应方向进行的反应。显然题中的两个反应不是同一条件，因此不能说成逆反应。其次理解复分解反应发生的条件。即物质间在溶液中互相交换成分时，只要有气体、沉淀或难电离物质生成，则此反应就可以顺利发生。但如果反应不是在溶液中进行的，则复分解反应的规律就不一定能够继续适用。

此处固体反应物在高温下的反应就不符合溶液中的复分解反应条件。

主要从原料、二氧化碳的循环、固体废弃物以及副产物等几个方面考虑。联合制碱法是对索尔维制碱法的扬弃，是对索尔维法中的缺点的改正，所以，联合制碱法是更先进，效益更好的工业生产方法。

由于联合制碱法的独特优势，它是国际上少有的以中国人名字命名的化学工艺名称，所以联合制碱法也是我国科技工作者科技报国的突出贡献。

问题探究

问题1：索尔维法制碱为什么要向平衡体系中加入氨水？

探究：二氧化碳溶于水形成的碳酸可电离出碳酸氢根，碳酸氢根与钠离子结合成碳酸氢钠，然后受热分解为碳酸钠。加入氨水的目的是为了使碳酸电离出更多的碳酸氢根，促使碳酸氢钠的析出。

沉淀溶解平衡：Na++3HCO

NaHCO3（s）