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候氏制碱追踪_侯氏制碱法

时间:2019-01-20 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  教材是教师教学、学生学习的工具,也是命题者的依据。课本中的许多例习题是我们解决一些疑难问题的“原型”。因此,在化学教学中,我们不能就题论题,而要对它们作深入的研究,将它们挖掘出来,培养学生举一反三、触类旁通的能力,同时可贵的深刻性、广阔性、灵活性、创造性等思维品质的培养,自然也就彰显出来了。基于此,本文以苏教版化学选修二《化学与技术》25页练习与实践3为例加以说明,以激发大家研究课本的兴趣。
  题目:使用食盐、石灰石、氨可以制得纯碱。其主要工艺过程是:
  将饱和的食盐溶液在冷却后通入足量的氨,然后再通入(加压)二氧化碳,发生如下反应:NH3+CO2+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl
  将析出的碳酸氢钠晶体锻烧,分解得到碳酸钠,写出反应的化学方程式。
  在滤出碳酸氢钠后的母液中加入石灰水,生成的氨可以重新利用,写出发生反应的化学方程式。反应的另一产物氯化钙被弃掉,母液中食盐的利用率只有70%。候德榜先生经过多年的摸索和实践,在过滤出碳酸氢钠后的母液中,不加石灰水,而是在降温到t℃后加食盐,利用低温下氯化铵比氯化钠溶解度更小的特点,加入的食盐在连续循环操作中不断被利用,使食盐的利用率提高到96%。同时,析出的氯化铵又可作为化学肥料。请查阅有关溶解度数据,推测t的数值应在什么范围。
  原题不难作答,透过此题,可引申出如下知识:
  一、绿色化学思想
  本题所述内容是历史上两种有名的制碱法,前者是索尔维法,后者是候氏制碱法。
  索尔维法涉及的反应:
  CaCO3CaO+CO2↑
  CaO+H2O=Ca(OH)2
  NH3+CO2+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl
  2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑
  Ca(OH)2+2NH4Cl=CaCl2+2NH3↑+2H2O
  将五个反应相加,消去CaO、Ca(OH)2、NaHCO3、NH4Cl、CO2、H2O,得到总反应:
  CaCO3+2NaCl=Na2CO3+CaCl2
  氯化钙最终作为废物排放,原子利用率为×100%=48.8%
  候氏制碱法涉及的反应:
  NH3+CO2+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl
  2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑
  总反应为:2NaCl+2NH3+CO2+H2O=Na2CO3+2NH4Cl
  该法中碳酸钠和氯化铵都是期望产物,原子利用率为100%。候氏制碱真正实现了零排放,是理想的原子经济反应,符合绿色化学思想。
  二、平衡移动原理
  滤出碳酸氢钠后的母液中主要成分是氯化铵,当然还有碳酸氢钠。候德榜先生在析出晶体后的母液中加食盐,增大c(Cl-),使沉淀溶解平衡NH4Cl(s)NH4+(aq)+Cl-(aq)向左移动,利于氯化铵析出。其实,此时还应通氨气,增大c(NH4+),使氯化铵析出。而且通氨气还有一个作用就是利用氨气的碱性使溶液中的碳酸氢钠转化为溶解度大的碳酸钠(HCO3-+NH3=NH4++CO32-),提高析出的氯化铵晶体的纯度。事实上工业制硫酸用氨水处理尾气SO2生成亚硫酸铵和亚硫酸氢铵后,再用液氨将亚硫酸氢铵转化为亚硫酸铵也是利用了氨的碱性(HSO3-+NH3=SO32-+NH4+)。
  三、结晶的方法
  获得晶体大致有以下几种方法,总结如下:
  1、熔融态物质凝固。如岩浆晶出。
  2、凝华。
  3、蒸发溶剂。适用于溶解度随温度变化不大的物质,如提纯混有少量硝酸钾的氯化钠的步骤:加水溶解,蒸发溶剂,趁热过滤,用冰水洗涤。
  4、冷却热的饱和溶液。适用于溶解度随温度变化较大的物质,如提纯混有少量氯化钠的硝酸钾的步骤:用热水溶解制成饱和溶液,降温,过滤,冰水洗涤。
  5、改变条件使沉淀溶解平衡移动。如候氏制碱。
  6、加入极性较小的溶剂。向硫酸铜溶液中加入过量的氨水,得到深蓝色溶液,再加极性较小的溶剂(如乙醇),可析出[Cu(NH3)4]SO4•H2O。

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