1、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（Hous 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
2、立性差。3.碳酸钠与碳酸氢钠性质比较（1）俗名：Na 2CO3：纯碱、苏打（ Soda）；NaHCO 3：小苏打。（2）色态：Na 2CO3：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Na 2CO3 和 NaHCO3 都能和盐酸反应放出 CO2 气体。_的反应要比_的反应剧烈得多。Na 2CO3 和盐酸反应分两步进行：+H+= ； +H+=H2O+CO2CO3H3CO（5）热稳定性_受热不分解。_受热易分解。热稳定性规律：_难溶性正盐_碳酸。如：Na2CO3CaCO 3NaHCO 3H 2CO3。（6）Na 2CO3 与 NaHCO3 性质的差异性与某
3、些盐（如：CaCO 3、BaCO 3）的反应：Na2CO3+BaCl2=BaCO3+2NaCl，而 NaHCO3 与之不反应。与碱的反应：Na2CO3+ Ca（OH） 2=CaCO3+ 2NaOHNaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O2NaHCO3+ Ca（OH） 2=CaCO3+Na2CO3+2H2ONaHCO3+Ca （OH） 2（过量）=CaCO 3+ NaOH +H2O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）Na 2CO3 与 NaHCO3 的制取NaHCO 3 的制取方法：
4、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。Na 2CO3 的制取方法：2NaHCO3 Na2CO3+ H2O+ CO2NaHCO3+ NaOH=Na2CO3+ H2O（8）Na 2CO3 与 NaHCO3 的水解是二元弱酸根离子，在溶液中分两步水解：3CO+H2O +OH-； +H2 H2CO3+OH-3C3（9）Na 2CO3 与 NaHCO3 的鉴别晶体受热：_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。加 CaCl2 溶液：Na 2CO3+CaCl2=CaCO3+2NaCl，而 NaHCO3_无此性质。用稀盐酸：_溶液
5、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。pH：_的 pH_（同浓度、同温度）。（10）Na 2CO3 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
6、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： +H+= ；23CO3H第二步： +H+=H2
7、O+CO2（2）注意的几个题型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。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。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。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，
8、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：通入过量的 CO2。减压低温蒸发溶液。鉴别的 Na2CO3 与 NaHCO3 主要根据：和 的性质不同，鉴别时应选用不同的方法。Na 2CO3 比 NaHCO3 稳定，可3COH用是否生成 CO2 来鉴别。在水溶液中 Na2CO3 和 NaHCO3 分别以 和 式存在，COH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
9、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+H2SO4 120 NaHSO 4+HClNaCl+NaHSO4 Na2SO4+HClNa2SO4+2C 1 000 Na
10、 2S+2CO2Na2S+CaCO3 CaS+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
11、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
12、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
13、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
14、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 + NaHCO3（s）3HCO电离平衡：H 2O+CO2 H2CO3 H+ CO向以上平衡体系中加入氨，消耗 H+使电离平衡向右移动，增大了溶液中的 ，3HCO则沉淀平衡向右移动。问题 2：向饱和碳酸钠溶液中通入二氧化碳气体，会有什么现象产生？为什么？探究：CO 2 将与 Na2CO3、H 2O 反应生成 NaHCO3；Na 2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3，由方程式知：充分反应后生成的 NaHCO3 质量肯定大于原溶液中的 Na2CO3 质量，而 Na2CO3
15、 的溶解度又大于 NaHCO3，故生成的 NaHCO3 不能完全溶解，出现了白色沉淀。由于 Na2CO3 的溶解度大于 NaHCO3，CO 2 将与 Na2CO3、H 2O 充分反应，且生成的NaHCO3 质量肯定大于原溶液中的 Na2CO3 质量，而水的质量有所减少，故出现了白色沉淀。问题导思关键弄清索尔维法中存在两个平衡就是碳酸的电离平衡与碳酸氢钠在溶液中的沉淀溶解平衡，根据平衡移动的原理，加入氨水的目的是中和溶液中的氢离子，促进碳酸的电离平衡向右移动，产生更多碳酸氢根，从而促进碳酸氢钠的沉淀，使溶解平衡向沉淀的方向移动。首先熟记碳酸钠和碳酸氢钠的物理性质和化学性质。一条思路是我们可以从反
16、应现象来解释。另一条思路是我们可以从化学方程式中参加反应的物质的质量变化来分析。根据反应：Na 2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3 可知，每 106 g 碳酸钠生成 168 g 碳酸氢钠，溶质的质量增加了，同时消耗了 18 g 溶剂水；另一方面，碳酸氢钠的溶解度比碳酸钠更小，所以析出碳酸氢钠晶体是必然的。典题精讲【例 1】 我国著名化学家侯德榜先生根据物质的溶解度发明了侯氏制碱法，从而打破了比利时人索尔维发明的索尔维制碱法的垄断。他是以合成氨厂产品 NH3、废气 CO2，外加饱和食盐水为原料制取 NaHCO3，再进一步制取 Na2CO3，有关方程式为_。思路解析：二氧化碳溶于水形成碳酸，
17、碳酸是二元弱酸，其第一级电离产生有 H+，即：H2O+CO2 H2CO3 H+ 3CO如果向溶液中加入氨水，消耗 H+，使平衡向右移，增大了溶液中的 ，而产生碳酸3CO氢铵，再根据碳酸氢钠的溶解度比碳酸氢铵小，向碳酸氢铵溶液中加入氯化钠，则析出的晶体必是碳酸氢钠。答案：NH 3+ H2O+ CO2=NH4HCO3NH4HCO3+ NaCl=NH4Cl+ NaHCO32NaHCO3 Na2CO3+ H2O+ CO2【例 2】 将一定量的 CO2 气体通入 500 mL 某 NaOH 溶液中，充分反应后，将溶液在低温下蒸发，得到不含结晶水的白色固体 A。取三份质量不同的 A 样品分别与 50 mL
18、 相同浓度的盐酸反应，得到气体的体积（标准状况）与固体 A 的质量关系如下表所示：组别 1 2 3盐酸体积（Ml） 50 50 50A 的质量（g） 3.80 6.20 7.20气体体积（ mL） 896 1 344 1 344（1）上表中第_组数据表明加入的 50 mL 盐酸反应后有剩余，理由是_。（2）试通过计算，推断 A 的成分及各成分的质量分数。思路解析：CO 2 和 NaOH 反应的生成物取决 CO2 量的多少，本题的生成物是 Na2CO3 或NaHCO3 还可能是 NaHCO3 和 Na2CO3 的混合物。可由上表中产生 CO2 物质的量入手，列方程组解答本题。三组实验中所加盐酸一
19、样多，只有第一组产气少，所以过量的话只能是第一组。答案：（1）1 同样 50 mL 盐酸，第 1 组产生 CO2 气体最少（2）解：生成 A 的反应可能有2NaOH + CO2=Na2CO3+ H2ONaOH + CO2=NaHCO3据第 1 组生成 CO2 的物质的量= =0.04 mol，判断出 A 为 Na2CO3 与140896molLNaHCO3 的混合物。设 A 含 Na2CO3、NaHCO 3 的物质的量分别为 x、ymol，得方程组： )2(04. 8.8611molyx glygg解得：x=0.02mol，y=0.02 molm（Na 2CO3）=0.02 mol106 gm
20、ol-1=2.12 gm（ NaHCO3） =0.02 mol84 gmol-1=1.68 g(Na2CO3)%= =55.8%g8.1(NaHCO3)%= =44.2%0.6【例 3】 将 16.8 g NaHCO3 充分加热，固体质量将减少多少？思路解析：NaHCO 3 受热分解为 Na2CO3、H 2O 和 CO2，所得固体为 Na2CO3，减少的是H2O 和 CO2 质量之和。解：设固体减少的质量为 x g。2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2 m168 g 62 g1.68 g x g16816.8=62xx=6.2 （g）答：固体的质量减少 6.2 g。答案：6.2 g.【
21、例 4】 38 g Na2CO3 和 NaHCO3 的混合物，可与 300 g HCl 所占质量分数为 7.3%的盐酸恰好完全反应。求原混合物中 Na2CO3 的质量。思路解析：混合物中 Na2CO3 和 NaHCO3 都将与 HCl 发生反应，可利用两个已知量列方程组解该题。解：反应中消耗的 HCl 质量为 300 g7.3%=21.9 g，因此可设混合物中含 Na2CO3 的质量为x，NaHCO 3 的质量为 y。则有：Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2+H2O106 g 73 gx 1067NaHCO3+2HCl=2NaCl+CO2+H2O84 g 36.5 gy 845.y9.
22、21.36107x解得：x=21.2 g （Na 2CO3），y=16.8 g（NaHCO 3）。答案：21.2 g Na 2CO3，16.8 g NaHCO3。典题导考绿色通道：本题考查的知识点是两种钠盐 NaHCO3 和 Na2CO3 的性质。解题的关键是抓住二者溶解度的不同，理清题目中提示的思路。【典题变式 1】 在天平的托盘上分别放置等质量的两只烧杯，烧杯内分别盛有同体积、同浓度的稀硫酸，使天平平衡，然后分别向烧杯中加入等质量的碳酸钠和碳酸氢钠，充分反应后（酸有剩余），结果天平指针偏向盛_的烧杯，其原因_；在反应过程中观察到的明显现象是_，上述现象的显著差别是_。绿色通道：对于化学计算
23、题中所出现的图表一定要作对比分析，往往题给信息隐藏在图表中需要我们去挖掘。主要从表格中的不同条件及结论入手分析问题。【典题变式 2】1.将 Na2CO3 和 NaHCO3 的混合物 5.48 g 加热到质量不再改变为止，剩余物质为 4.24 g。再取样品若干克，加入 40 g 某浓度的盐酸恰好完全反应，生成 1.32 g CO2。求：（1）原混合物中 NaHCO3 的质量分数。（2）盐酸溶液中 HCl 所占的质量分数。2.制取相同质量的 CO2，若要节省酸，可选用下列哪种物质（ ）A.NaHCO3 B.Na2CO3 C.CaCO3 D.K2CO33.下列有关 Na2CO3 和 NaHCO3 的
24、比较中，正确的是（ ）A.在水中的溶解性：Na 2CO3NaHCO 3B.热稳定性：Na 2CO3NaHCO 3C.等质量的 Na2CO3 和 NaHCO3 分别与足量酸反应，前者产生的二氧化碳多D.等质量、同浓度的盐酸分别与足量的 Na2CO3 和 NaHCO3 反应，两者产生的二氧化碳一样多黑色陷阱：解该题常见的错误是认为固体减少的质量是生成的 CO2 的质量。根据NaHCO3 受热分解的方程式，水以水蒸气的形式蒸发出，所以减少的是 H2O 和 CO2 质量之和。【典题变式 3】 过量的 NaHCO3 与 Na2O2 在密闭容器中充分加热，最后排出气体物质，残留物是（ ）A.Na2O2、N
25、a 2O B.Na2O2、Na 2CO3 C.Na2CO3 D.Na2CO3、NaOH绿色通道：首先根据碳酸钠碳酸氢钠与盐酸反应的特点，找出共同点，然后根据题意列方程式。碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸恰好反应生成的最终产物都是氯化钠，即钠原子与氯原子相等。【典题变式 4】1.NaHCO3 和 Na2CO3 分别与盐酸反应，相同条件下放出等体积的 CO2，则消耗 HCl（ ）A.一样多 B.无法判断 C.后者多 D.前者多2.将 m g 固体 NaHCO3 加热分解一段时间后，质量为 n g。试求：（1）尚未分解的 NaHCO3 的质量。（2）生成的 Na2CO3 的质量。（3）NaHCO 3 完全分解时的 n 值。典题变式答案【典题变式 1】 Na2CO3 加碳酸氢钠的烧杯放出的二氧化碳多 两个烧杯均放出二氧化碳气体 碳酸氢钠反应比碳酸钠强烈。【典题变式 2】 1.（1）61.3%；（2）3.65% 。2.0.00 25 mol、0.002 5 mol。3.A【典题变式 3】 C【典题变式 4】 1.C 2.89.6 或 44.8 CO2+OH-= 或 CO2+ 2OH-= + H2O 3HCO3C0.234 g
