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2019-2020年高中化學(xué)第1單元走進(jìn)化學(xué)工業(yè)課題3純堿的生產(chǎn)作業(yè)新人教版 一、Na2CO3、NaHCO3性質(zhì)的比較 1.下列關(guān)于NaHCO3的敘述,不正確的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　 A.它是一種白色粉末,相同溫度下溶解度小于Na2CO3 B.加熱至200 ℃左右,可完全分解,利用這種性質(zhì),可由NaHCO3制取純堿 C.與Na2CO3相比,當(dāng)質(zhì)量相同時(shí),分別跟足量鹽酸反應(yīng)后,NaHCO3可得到較多的二氧化碳 D.其晶體的化學(xué)式為NaHCO310H2O,在空氣中會(huì)風(fēng)化 解析:Na2CO310H2O在干燥的空氣中容易風(fēng)化,沒(méi)有NaHCO310H2O這種物質(zhì)。 答案:D 2.在制小蘇打(NaCl+CO2+NH3+H2ONaHCO3↓+NH4Cl)的操作中,應(yīng)在飽和食鹽水中(　　) A.先通入CO2,達(dá)到飽和后再通入NH3 B.先通入NH3,達(dá)到飽和后再通入CO2 C.CO2和NH3同時(shí)通入 D.以上三種方法都行 解析:CO2在NaCl溶液中溶解度小,先通入NH3后使溶液呈堿性,能溶解大量的CO2,生成大量的HC,從而有利于析出大量的NaHCO3晶體。 答案:B 3.向飽和Na2CO3溶液中通入足量CO2,結(jié)果有晶體析出,對(duì)析出晶體的原因分析不正確的是(　　) A.相同溫度下,Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的 B.溶液中溶劑減少了 C.溶質(zhì)質(zhì)量增加了 D.反應(yīng)過(guò)程放熱 解析:本題考查的是Na2CO3與CO2反應(yīng)的知識(shí),根據(jù)化學(xué)方程式Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3可以得出:通過(guò)反應(yīng),溶劑質(zhì)量減少,溶質(zhì)質(zhì)量增加,由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的,因此有NaHCO3晶體析出。 答案:D 4.為了確定小蘇打中是否含有純堿,下列實(shí)驗(yàn)操作及判斷正確的是(　　) A.將固體加熱,觀察是否有水生成 B.滴加鹽酸,觀察是否放出氣體 C.將固體溶于蒸餾水配成溶液,滴加少量BaCl2溶液,觀察是否有白色沉淀生成 D.將固體溶于蒸餾水配成溶液,滴加澄清石灰水,觀察是否有白色沉淀生成 解析:A中加熱有H2O生成是NaHCO3的性質(zhì);B中加鹽酸兩者都放出氣體;C中Na2CO3能與BaCl2發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成BaCO3沉淀而NaHCO3則不能;D中加澄清石灰水兩者都能生成白色沉淀,無(wú)法確定含Na2CO3。 答案:C 二、純堿的工業(yè)生產(chǎn) 5.純堿是一種重要的化工原料。目前制堿工業(yè)主要有氨堿法和聯(lián)合制堿法兩種工藝。請(qǐng)按要求回答問(wèn)題: (1)氨堿法產(chǎn)生大量CaCl2廢棄物,請(qǐng)寫(xiě)出該工藝中產(chǎn)生CaCl2的化學(xué)方程式: 　。 (2)寫(xiě)出聯(lián)合制堿法有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式: 　。 (3)CO2是制堿工業(yè)的重要原料,聯(lián)合制堿法與氨堿法中CO2的來(lái)源有何不同? 　。 (4)綠色化學(xué)的重要原則之一是提高反應(yīng)的原子利用率。根據(jù)聯(lián)合制堿法總反應(yīng),列出計(jì)算原子利用率的表達(dá)式為: 原子利用率(%)= 　。 解析:(1)2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O (2)NH3+CO2+H2O+NaClNaHCO3↓+NH4Cl;2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O↑ (3)聯(lián)合制堿法中CO2來(lái)源于合成氨工業(yè)的副產(chǎn)品,而氨堿法中CO2來(lái)源于石灰石的分解。 (4)聯(lián)合制堿法原子利用率的表達(dá)式: 原子利用率(%)=100%=100% 答案:(1)2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O (2)NH3+CO2+H2O+NaClNaHCO3↓+NH4Cl;2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O↑ (3)聯(lián)合制堿法中CO2來(lái)源于合成氨的副產(chǎn)品,氨堿法中CO2來(lái)源于CaCO3的分解 (4)100% (建議用時(shí):30分鐘) 1.下列工業(yè)生產(chǎn)所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)不涉及氧化還原反應(yīng)的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　 A.用侯氏制堿法生產(chǎn)純堿 B.用二氧化硫制硫酸 C.工業(yè)合成氨 D.從海水中提取單質(zhì)溴 解析:聯(lián)合制堿法利用生成溶解度更小的碳酸氫鈉,不屬于氧化還原反應(yīng);B、C、D中都有氧化還原反應(yīng)發(fā)生。 答案:A 2.(雙選)下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(　　) A.制純堿的原料只能是無(wú)機(jī)物 B.制純堿的原料可能包含有機(jī)物 C.NR3HCl+NH3NR3+NH4Cl是氧化還原反應(yīng) D.NR3HCl+NH3NR3+NH4Cl是非氧化還原反應(yīng) 解析:在侯氏制堿法制純堿的生產(chǎn)中,可以用甲烷等烴與水反應(yīng)制氫氣。用有機(jī)胺制堿法制純堿的生產(chǎn)中,所用的有機(jī)胺就屬于有機(jī)物。 答案:AC 3.一定溫度下,向飽和碳酸鈉溶液中通入足量的CO2氣體,忽略溶液體積的變化,下列有關(guān)說(shuō)法中正確的是(　　) A.c(Na+)不變 B.溶液的pH變大 C.溶液質(zhì)量增大 D.溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變小 解析:向飽和Na2CO3溶液中通入足量的CO2氣體時(shí),發(fā)生反應(yīng)Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3↓,該反應(yīng)為化合反應(yīng),生成溶質(zhì)NaHCO3的質(zhì)量大于原溶質(zhì)Na2CO3的質(zhì)量,因?yàn)橥粶囟认?NaHCO3的溶解度小于Na2CO3的溶解度,且反應(yīng)過(guò)程中溶劑的質(zhì)量也減少,因此析出NaHCO3晶體,c(Na+)減小,溶液的質(zhì)量減小,所以A、C選項(xiàng)錯(cuò)誤;溶液中的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小,所以D項(xiàng)正確;HC的水解程度小于C的水解程度,所以溶液的pH減小,B項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案:D 4.下列關(guān)于工業(yè)生產(chǎn)說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　) A.在侯氏制堿工業(yè)中,向飽和氯化鈉溶液中先通氨氣,后通二氧化碳 B.在硫酸工業(yè)、合成氨工業(yè)中,皆采用循環(huán)操作提高原料利用率 C.在侯氏制堿工業(yè)中,二氧化碳可以循環(huán)利用 D.硫酸工業(yè)中,用水來(lái)吸收三氧化硫 解析:硫酸工業(yè)中,是用98%的硫酸來(lái)吸收三氧化硫,如果用水來(lái)吸收,則會(huì)產(chǎn)生酸霧,影響產(chǎn)率,D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案:D 5.下列敘述中正確的是(　　) A.向含有CaCO3沉淀的水中通入CO2至沉淀恰好溶解,再向溶液中加入NaHCO3飽和溶液,又有CaCO3沉淀生成 B.向Na2CO3溶液中逐滴加入等物質(zhì)的量的稀鹽酸,生成的CO2與原Na2CO3的物質(zhì)的量之比為1∶2 C.等質(zhì)量的NaHCO3和Na2CO3分別與足量的稀鹽酸反應(yīng),在同溫同壓下,生成的CO2體積相同 D.向Na2CO3飽和溶液中通入足量CO2,有NaHCO3結(jié)晶析出 解析:選項(xiàng)A,Ca(HCO3)2和NaHCO3在水溶液中不發(fā)生反應(yīng);選項(xiàng)B,向Na2CO3溶液中滴加等物質(zhì)的量的稀鹽酸發(fā)生反應(yīng)Na2CO3+HClNaHCO3+NaCl,理論上沒(méi)有CO2生成;選項(xiàng)C,注意等質(zhì)量NaHCO3和Na2CO3與足量的稀鹽酸反應(yīng),NaHCO3的物質(zhì)的量大,生成CO2多;選項(xiàng)D,NaHCO3的溶解度比Na2CO3的小,若Na2CO3全反應(yīng)則生成NaHCO3的質(zhì)量比Na2CO3的大,反應(yīng)消耗水,則有大量晶體析出。 答案:D 6.工業(yè)上常用氨堿法制取碳酸鈉(將氨和二氧化碳先后通入飽和食鹽水而析出小蘇打,再經(jīng)過(guò)濾、煅燒而得到純堿),但卻不能用氨堿法制取碳酸鉀,這是因?yàn)樵谌芤褐?　　) A.KHCO3溶解度較大 B.KHCO3溶解度較小 C.K2CO3溶解度較大 D.K2CO3溶解度較小 解析:氨堿法制取Na2CO3的原理是,在精制的食鹽水中分別通入NH3、CO2,由于NaHCO3溶解度不大,當(dāng)Na+、HC濃度較大時(shí)便析出NaHCO3晶體,將過(guò)濾得到的NaHCO3煅燒得Na2CO3,反應(yīng)的化學(xué)方程式為:NH3+H2O+CO2N+HC,Na++HCNaHCO3↓,2NaHCO3Na2CO3+H2O↑+CO2↑。 由于KHCO3溶解度較大,無(wú)法從溶液中析出,故無(wú)法利用氨堿法制取K2CO3。 答案:A 7.純堿和小蘇打是廚房中兩種常見(jiàn)的用品,它們都是白色固體,下列區(qū)分這兩種物質(zhì)的說(shuō)法正確的是(　　) A.分別用炒鍋加熱兩種樣品,全部分解揮發(fā),沒(méi)有殘留物的是小蘇打 B.用潔凈鐵絲蘸取兩種樣品在煤氣火焰上灼燒,使火焰顏色發(fā)生明顯變化的是小蘇打 C.用兩只小玻璃杯,分別加入少量的兩種樣品,再加入等量的食醋,產(chǎn)生氣泡快的是小蘇打 D.先將兩樣品配成溶液,分別加入石灰水,無(wú)白色沉淀生成的是小蘇打 解析:2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O↑,剩余固體為Na2CO3,A錯(cuò)誤;純堿和小蘇打均含有鈉元素,焰色反應(yīng)無(wú)法區(qū)分;NaHCO3與石灰水也能產(chǎn)生沉淀:Ca2++2OH-+2HCCaCO3↓+C+2H2O。 答案:C 8.根據(jù)氨堿法的原理,首先配制氨化飽和食鹽水,即向飽和食鹽水中加入氨水(體積比1∶1)并充分?jǐn)嚢?再將二氧化碳通入氨化飽和食鹽水中,控制一定的溫度,直至有碳酸氫鈉析出。 請(qǐng)回答下列問(wèn)題: (1)用化學(xué)方程式分別表示出氨和二氧化碳在水中產(chǎn)生N、HC的原理 　。 (2)向飽和食鹽水中加入氨水和通入二氧化碳的先后順序是先加氨水后通二氧化碳。是否可以先通二氧化碳后加氨水?為什么? 　。 (3)寫(xiě)出氨堿法生成碳酸氫鈉的化學(xué)方程式: 　。 解析:在通常狀況下,氨在水中的溶解度近700體積,二氧化碳在水中的溶解度僅約1體積。 答案:(1)NH3+H2ONH3H2ON+OH-(或NH3+H2ON+OH-); CO2+H2OH2CO3HC+H+(或CO2+H2OHC+H+) (2)否。在常溫下,氨在飽和食鹽水中的溶解度很大,二氧化碳在飽和食鹽水中的溶解度較小。若先通二氧化碳后加氨水,溶液里只能產(chǎn)生很小濃度的HC,不利于生成NaHCO3沉淀 (3)NaCl+NH4HCO3NaHCO3↓+NH4Cl (或NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl) 9.純堿在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中用途廣泛,需求量很大,因此純堿的制備一直是科學(xué)家研究的一個(gè)重要方面。18世紀(jì)歐洲有個(gè)路布蘭制堿法,其主要反應(yīng)原理是: Na2SO4+2CNa2S+2CO2↑ Na2S+CaCO3CaS+Na2CO3 這種方法的最大缺點(diǎn)是:①此反應(yīng)是高溫固體反應(yīng),不能連續(xù)生產(chǎn);②浪費(fèi)原料,CO2不能回收利用;③污染環(huán)境,CaS沒(méi)有任何用處,只能拋至野外。由于這些缺點(diǎn)的存在和后來(lái)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,路布蘭法被索爾維法所代替。索爾維法的生產(chǎn)流程如下: 索爾維法能實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn),但其食鹽利用率只有70%,且所得副產(chǎn)品CaCl2沒(méi)有用處,污染環(huán)境。 侯德榜經(jīng)過(guò)幾年的努力,做了500多次循環(huán)實(shí)驗(yàn),終于設(shè)計(jì)出新的制堿工藝,于1943年11月在完成實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的流程實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,在工廠順利試產(chǎn),食鹽的利用率達(dá)96%以上,得到了純堿和氯化銨兩種重要產(chǎn)品。氯化銨主要用作氮肥。侯德榜制堿法的原理是: ①在30~50 ℃的飽和食鹽水中,先通入氨至飽和,再通入二氧化碳得到碳酸氫鈉沉淀; ②過(guò)濾,將濾渣加熱而得到產(chǎn)品; ③濾液中加入細(xì)食鹽粉末,在5~10 ℃使NH4Cl沉淀,過(guò)濾,濾液為飽和食鹽水。 據(jù)此回答下列問(wèn)題: (1)標(biāo)出反應(yīng)Na2SO4+2CNa2S+2CO2↑的電子轉(zhuǎn)移方向和數(shù)目。 (2)寫(xiě)出索爾維制堿法的各步反應(yīng)的化學(xué)方程式: ①　; ②　; ③　; ④　。 (3)寫(xiě)出侯德榜制堿法第①步反應(yīng)的化學(xué)方程式: 　。 (4)在索爾維制堿法中可循環(huán)利用的物質(zhì)是 　　　　　　　　。 (5)在侯德榜制堿法中可循環(huán)利用的物質(zhì)是 　　　　　　　　。 答案:(1) (2)①NH3+H2O+CO2NH4HCO3 ②NH4HCO3+NaClNaHCO3↓+NH4Cl ③2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O ④2NaHCO3Na2CO3+H2O↑+CO2↑ (3)NaCl+H2O+NH3+CO2NaHCO3↓+NH4Cl (4)NH3和CO2 (5)CO2和飽和食鹽水