2021学年第二章 海水中的重要元素——钠和氯综合与测试导学案及答案

这是一份2021学年第二章 海水中的重要元素——钠和氯综合与测试导学案及答案，共6页。学案主要包含了研究目的，材料阅读，分析讨论，结果与讨论等内容，欢迎下载使用。

纯碱是一种重要的化工原料，具有广泛的用途。通过查阅资料，了解纯碱的生产历史，感受化学工业发展过程中技术进步的重要性，以及建设生态文明的意义。
【材料阅读】
1．路布兰制碱法
1791年法国医生路布兰首先取得专利，以食盐为原料，制得了纯碱，称为路布兰制碱法。
制取原理与步骤
(1)先使氯化钠与硫酸反应，生成硫酸钠：
2NaCl＋H2SO4eq \(=====,\s\up7(△))Na2SO4＋2HCl↑。
(2)然后用焦炭还原硫酸钠得硫化钠：
Na2SO4＋4Ceq \(=====,\s\up7(高温))Na2S＋4CO↑。
(3)最后利用硫化钠与石灰石的反应生产碳酸钠：
Na2S＋CaCO3===Na2CO3＋CaS。
2．索尔维制碱法
1861年比利时工程师索尔维发明的纯碱制法，是以食盐(氯化钠)、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)、氨气为原料来制取纯碱。
制取原理与步骤
(1)在饱和食盐水中先通入氨气，再通入二氧化碳，析出碳酸氢钠：
NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。
(2)过滤、洗涤、煅烧碳酸氢钠晶体，得到纯碱产品：
2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O，反应产生的二氧化碳循环使用。
(3)氯化铵滤液与石灰乳混合加热：
2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O，反应产生的氨气循环使用。
3．侯氏制碱法
1943年我国化学工程专家侯德榜发明创建了联合制碱法，即将氨碱法(又称索尔维制碱法)和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。原料是食盐、氨和二氧化碳，二氧化碳为合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。
制取原理与步骤
侯氏制碱法，低温下先向饱和食盐水中通入氨气，再通入二氧化碳可析出碳酸氢钠，再加入细盐末，因氯离子存在及低温条件使氯化铵溶解度突然降低，而食盐的溶解度变化不大，所以氯化铵析出而食盐不析出；再用氨饱和后通二氧化碳，结果相继析出NaHCO3和NH4Cl，该法生产的纯碱质量优良，纯白如雪。
【分析讨论】
1．根据所阅读资料，分析后一种制碱法与前一种制碱法相比所具有的优势是什么？
提示 氨碱法(索尔维制碱法)相比于路布兰制碱法的优点是：原料(食盐和石灰石)便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。
侯氏制碱法与氨碱法相比较，其优点是食盐的利用率大大提高，用等量的食盐可生产更多的纯碱，同时得到氮肥氯化铵，不再产生废渣氯化钙，减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生产的优越性。
2．从生态文明建设的角度，思考侯氏制碱法的意义。
提示 减少了对环境的污染，有助于环境保护和生态文明建设，利用率高，产率高，降低了成本，减少了资源的浪费和能源的消耗。
【结果与讨论】
1．侯氏制碱法的原理反应能发生的原因是什么？
提示 碳酸氢钠溶解度小，在此条件下可以生成沉淀，从而使反应发生。
2．从原材料的角度综合考虑，你认为制碱工厂可以与哪些工厂就近建设。
提示 合成氨、石灰、水泥厂等。
3．侯氏制碱法中先通氨气至饱和再通二氧化碳的优点是什么？
提示 氨气易溶于水，且溶于水后显碱性，有助于吸收二氧化碳，从而析出更多的碳酸氢钠。
1．“NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl”是著名的“侯氏制碱法”的重要反应。下面是4位同学对该反应涉及的有关知识发表的部分见解。其中不正确的是( )
答案 C
解析 侯氏制碱法的实质就是利用NaHCO3溶解度比其他物质小的原理，则A说法正确；析出晶体后的溶液一定为该物质的饱和溶液，则C说法错误；纯碱是Na2CO3的俗名，而NaHCO3的俗名是小苏打，则B说法正确；NH4Cl是一种可用作氮肥的副产品，D说法正确。
2．下图是侯氏制碱法在实验室进行模拟实验的生产流程示意图，则下列叙述正确的是( )
A．A气体是CO2，B气体是NH3
B．第Ⅲ步得到的晶体是Na2CO3·10H2O
C．侯氏制碱法的工艺过程中应用了物质溶解度的差异
D．第Ⅳ步操作的主要过程有溶解、蒸发、结晶
答案 C
解析 侯氏制碱法中应先在饱和食盐水中通入NH3再通入CO2。因为CO2在饱和食盐水中的溶解度很小，先通入NH3使食盐水显碱性，能够吸收大量CO2气体，产生高浓度的HCOeq \\al(－,3)，才能析出NaHCO3晶体。
3．已知碳酸氢钠的溶解度较小。在饱和的氨和氯化钠的混合溶液中通入二氧化碳，可析出碳酸氢钠固体：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。据此，我国杰出的化学家侯德榜设计出了生产纯碱的方法：
饱和NaCl溶液eq \(―――→,\s\up7(①通NH3),\s\d5(②通CO2))NaHCO3eq \(――→,\s\up7(加热))Na2CO3，
这种方法被人们称为侯氏制碱法。
试回答下列问题：
(1)写出由碳酸氢钠固体制碳酸钠的化学方程式：______________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)如果碳酸钠固体中混有碳酸氢钠固体，应如何除去？________________________________
_____________________________________________________________________(写出方法)；如果碳酸氢钠溶液中混有碳酸钠溶液，应如何除去？___________________________________
_______________________________________________________________(写出化学方程式)。
答案 (1)2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑
(2)加热 Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3↓
解析 (1)NaHCO3固体受热容易分解生成Na2CO3，反应的化学方程式为2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑。(2)NaHCO3固体受热容易分解生成Na2CO3，Na2CO3固体中混有NaHCO3固体可以通过加热的方法除去；如果NaHCO3溶液中混有Na2CO3溶液，可以在溶液中通入过量二氧化碳气体。
4．侯氏制碱法的步骤如下图：
试回答下列问题：
(1)若上述的悬浊液是碳酸氢钠和氯化铵的混合液，则Ⅰ和Ⅱ的总反应化学方程式为________
______________________________________________________________________________。
由这一反应可知氯化钠比碳酸氢钠的溶解度________________________________________。
(2)Ⅲ的操作叫__________________________________________________________________。
(3)Ⅳ的操作叫__________________________________________________________________。
答案 (1)NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl 大 (2)过滤 (3)灼烧
解析 (1)从生成物是NaHCO3和NH4Cl两种物质不难写出Ⅰ、Ⅱ的总反应化学方程式：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。显然溶解度：NaCl>NaHCO3，所以在NaCl的饱和溶液中才会析出NaHCO3。(2)把不溶晶体与液体分离的方法称为过滤。(3)Ⅳ的操作是对NaHCO3进行加热，使其分解，同时使挥发性物质气化而除去，该操作为灼烧。
5．“索尔维制碱法”工艺流程如图所示，请回答下列问题：
(1)向饱和氯化钠溶液中先通入__________，效果更好。反应制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化学方程式为________________________________________________________________。
(2)索尔维制碱法除了得到纯碱外，还会产生一种废渣________。侯氏制碱法在此工艺上改进，不再使用碳酸钙制备CO2，而是在制备NH3的过程中制得CO2，则侯氏制碱法在得到纯碱的同时还制得了________，此物质在农业上的用途是________。
答案 (1)NH3 NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl
(2)CaCl2 NH4Cl 作氮肥
解析 (1)由于氨气极易溶于水，所以向饱和NaCl溶液中先通入氨气，效果更好。反应制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化学方程式为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。(2)根据原子守恒可知反应后还有氯化钙生成。根据化学方程式NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl可知侯氏制碱法在得到纯碱的同时还制得氯化铵。铵盐在农业上可作氮肥。
6.(2020·北京101中学高一质检)某化学兴趣小组模拟“侯氏制碱法”制纯碱并进行后续实验。
Ⅰ.制备纯碱：先以NaCl、NH3、CO2和水等为原料，用下图所示装置制取NaHCO3，然后再将NaHCO3制备成Na2CO3。
(1)装置甲中反应的离子方程式为__________________________________________________；装置乙的作用是______________________，反应的化学方程式为_________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)反应进行一段时间后，观察到装置丙中试剂瓶内溶液中有白色固体析出，经检验该白色固体是NaHCO3。装置丙中可得两种产物，分别是NaHCO3和另一种盐，装置丙中反应的化学方程式为_______________________________________________________________________。
(3)用装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时，需要进行的实验操作有________、洗涤固体、________，最后一步发生反应的化学方程式为________________________________________。
Ⅱ.测定所得产品的组成和纯度
(4)检验纯碱样品中是否混有NaHCO3，请选择下列装置设计实验，并完成下表：
(5)测定该纯碱样品的纯度：称取m1 g样品，置于小烧杯中，加水溶解，滴加足量CaCl2溶液。将反应混合物过滤、洗涤、干燥、称量，得到固体的质量为m2 g。则该纯碱样品的纯度为______________________________________________________________________________。
答案 (1)CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O 除去CO2中的HCl气体 NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑ (2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl (3)过滤 灼烧 2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑ (4)A、B B中澄清石灰水变浑浊(或A、C C中物质变蓝 或A、C、B C中物质变蓝，B中澄清石灰水变浑浊) (5) eq \f(106m2,m1)%
解析 (1)装置甲中碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、二氧化碳和水，反应的离子方程式是CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O；装置乙中碳酸氢钠与氯化氢反应放出二氧化碳，装置乙的作用是用碳酸氢钠除去二氧化碳中的氯化氢，反应的化学方程式为为NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑。
(2)装置丙中氯化钠、二氧化碳、氨气反应可得两种产物，分别是NaHCO3和另一种盐，根据元素守恒，另一种盐是氯化铵，反应的化学方程式是NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl。
(3)用装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时，需要进行的实验操作有过滤、洗涤固体、灼烧生成碳酸钠，灼烧碳酸氢钠发生反应的化学方程式为2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑。
(4)用装置A加热分解 NaHCO3，用澄清石灰水检验是否有二氧化碳气体放出，选择装置B，若澄清石灰水变浑浊，则含有NaHCO3。
(5)设样品中Na2CO3的质量为x g，CaCl2与Na2CO3反应生成碳酸钙和氯化钠；
CaCl2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaCl
106 100
x g m2 g
eq \f(106,x g)＝eq \f(100,m2 g)
x＝eq \f(106m2,100)
样品纯度为eq \f(\f(106m2,100),m1)×100%＝eq \f(106m2,m1)%。选择的装置(填编号)
实验现象
实验结论
样品中含NaHCO3