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化學(xué)純堿工業(yè)考點(diǎn)復(fù)習(xí)資料包純堿工業(yè)(氨堿法/聯(lián)合制堿法)是化學(xué)學(xué)科中物質(zhì)制備與工藝優(yōu)化的核心考點(diǎn),常結(jié)合化學(xué)反應(yīng)原理、物質(zhì)分離提純、綠色化學(xué)理念考查。本文從考點(diǎn)梳理、工藝細(xì)節(jié)、題型解析、易錯(cuò)辨析四維度,系統(tǒng)整合復(fù)習(xí)要點(diǎn),助力應(yīng)試突破。一、考點(diǎn)梳理:原料、原理與工藝對比純堿工業(yè)的核心是通過含鈉原料($\boldsymbol{\ce{NaCl}}$)與含碳、氮原料的反應(yīng),制備$\ce{NaHCO_{3}}$中間體,再經(jīng)煅燒制得$\ce{Na_{2}CO_{3}}$。兩類經(jīng)典工藝的原料與反應(yīng)邏輯如下:1.原料體系與反應(yīng)原理(1)索爾維制堿法(氨堿法)原料:食鹽($\ce{NaCl}$)、氨氣($\ce{NH_{3}}$)、石灰石($\ce{CaCO_{3}}$)。核心反應(yīng)(分階段):①石灰石煅燒(提供$\ce{CO_{2}}$):$\boldsymbol{\ce{CaCO_{3}\xlongequal{高溫}CaO+CO_{2}↑}}$;②氨堿反應(yīng)(制備$\ce{NaHCO_{3}}$):$\boldsymbol{\ce{NH_{3}+H_{2}O+CO_{2}=NH_{4}HCO_{3}}}$;$\boldsymbol{\ce{NH_{4}HCO_{3}+NaCl=NaHCO_{3}↓+NH_{4}Cl}}$(利用$\ce{NaHCO_{3}}$溶解度小析出);③煅燒制堿:$\boldsymbol{\ce{2NaHCO_{3}\xlongequal{\Delta}Na_{2}CO_{3}+CO_{2}↑+H_{2}O}}$;④氨回收(副反應(yīng)):$\boldsymbol{\ce{2NH_{4}Cl+Ca(OH)_{2}\xlongequal{\Delta}CaCl_{2}+2NH_{3}↑+2H_{2}O}}$(副產(chǎn)物$\ce{CaCl_{2}}$利用率低,易污染)。(2)侯氏制堿法(聯(lián)合制堿法)原料:食鹽($\ce{NaCl}$)、合成氨廠的$\ce{NH_{3}}$、$\ce{CO_{2}}$(結(jié)合合成氨工業(yè),資源共享)。核心反應(yīng)(與索爾維法前兩步類似,后續(xù)處理創(chuàng)新):①氨堿反應(yīng):$\boldsymbol{\ce{NaCl+NH_{3}+CO_{2}+H_{2}O=NaHCO_{3}↓+NH_{4}Cl}}$;②煅燒制堿:$\boldsymbol{\ce{2NaHCO_{3}\xlongequal{\Delta}Na_{2}CO_{3}+CO_{2}↑+H_{2}O}}$;③銨鹽利用($\ce{NH_{3}}$循環(huán)):$\boldsymbol{\ce{NH_{4}Cl+NaOH\xlongequal{\Delta}NaCl+NH_{3}↑+H_{2}O}}$(或與$\ce{MgO}$反應(yīng)制鎂肥),副產(chǎn)物$\ce{NH_{4}Cl}$可作化肥,原子利用率顯著提升。2.工藝對比:優(yōu)劣與創(chuàng)新邏輯對比維度索爾維法侯氏制堿法----------------------------------------------------------------------原料利用率$\ce{NaCl}$利用率~70%($\ce{Cl^{-}}$隨$\ce{CaCl_{2}}$浪費(fèi))$\ce{NaCl}$利用率>95%($\ce{Cl^{-}}$隨$\ce{NH_{4}Cl}$回收)副產(chǎn)物價(jià)值$\ce{CaCl_{2}}$(工業(yè)價(jià)值低,易污染)$\ce{NH_{4}Cl}$(化肥,或制$\ce{NH_{3}}$循環(huán))能源與環(huán)保需煅燒$\ce{CaCO_{3}}$,能耗高結(jié)合合成氨,共享$\ce{NH_{3}/CO_{2}}$,能耗低適用場景氨資源獨(dú)立供應(yīng)的傳統(tǒng)工藝合成氨-純堿聯(lián)合生產(chǎn),資源整合二、核心反應(yīng)與工藝細(xì)節(jié):應(yīng)試必?fù)傅摹半[藏考點(diǎn)”1.反應(yīng)順序的化學(xué)邏輯:為何先通$\boldsymbol{\ce{NH_{3}}}$,后通$\boldsymbol{\ce{CO_{2}}}$?在飽和$\ce{NaCl}$溶液中,$\ce{CO_{2}}$的溶解度遠(yuǎn)小于$\ce{NH_{3}}$($\ce{NH_{3}}$極易溶于水,1:700體積比;$\ce{CO_{2}}$僅1:1)。若先通$\ce{CO_{2}}$,溶液呈弱酸性,$\ce{CO_{2}}$溶解量少,無法提供足夠$\ce{HCO^{-}_{3}}$;先通$\ce{NH_{3}}$使溶液呈堿性($\ce{NH_{3}+H_{2}O\rightleftharpoonsNH_{3}·H_{2}O\rightleftharpoonsNH^{+}_{4}+OH^{-}}$),可大幅促進(jìn)$\ce{CO_{2}}$的吸收($\ce{CO_{2}+OH^{-}=HCO^{-}_{3}}$),從而提高$\ce{HCO^{-}_{3}}$濃度,結(jié)合$\ce{Na^{+}}$形成$\ce{NaHCO_{3}}$沉淀($\ce{Na^{+}+HCO^{-}_{3}=NaHCO_{3}↓}$,因$\ce{NaHCO_{3}}$在飽和$\ce{NaCl}$中溶解度最小)。2.母液處理的工藝智慧索爾維法母液(含$\ce{NH_{4}Cl}$、未反應(yīng)的$\ce{NaCl}$):加石灰乳($\ce{Ca(OH)_{2}}$)回收$\ce{NH_{3}}$,但$\ce{Cl^{-}}$以$\ce{CaCl_{2}}$形式流失。侯氏制堿法母液(含$\ce{NH_{4}Cl}$、少量$\ce{NaCl}$):若溫度較低,$\ce{NH_{4}Cl}$溶解度小,可直接結(jié)晶析出(作化肥);若溫度較高,加$\ce{NaCl}$固體并通$\ce{NH_{3}}$,利用同離子效應(yīng)降低$\ce{NH_{4}Cl}$溶解度,促進(jìn)其結(jié)晶,同時(shí)$\ce{NH_{3}}$可循環(huán)用于氨堿反應(yīng)。三、典型題型解析:從“知識記憶”到“邏輯應(yīng)用”1.工藝流程題:步驟目的與物質(zhì)轉(zhuǎn)化例題:某純堿廠采用侯氏制堿法,工藝流程如下:$\ce{NaCl}$飽和溶液$\xrightarrow{通\ce{NH_{3}}}$溶液A$\xrightarrow{通\ce{CO_{2}}}$懸濁液B$\xrightarrow{過濾}$$\ce{NaHCO_{3}}$固體$\xrightarrow{煅燒}$$\ce{Na_{2}CO_{3}}$(1)“通$\ce{NH_{3}}$”后溶液A的pH____7(填“>”“<”或“=”),原因是________________;(2)懸濁液B過濾后,母液中主要溶質(zhì)為____,若要循環(huán)利用,需補(bǔ)充的物質(zhì)是____。解析:(1)$\ce{NH_{3}}$溶于水生成$\ce{NH_{3}·H_{2}O}$,電離出$\ce{OH^{-}}$($\ce{NH_{3}·H_{2}O\rightleftharpoonsNH^{+}_{4}+OH^{-}}$),故pH$\boldsymbol{>}$7;(2)母液主要含$\boldsymbol{\ce{NH_{4}Cl}}$(及少量$\ce{NaCl}$)。循環(huán)利用時(shí),需補(bǔ)充$\boldsymbol{\ce{NaCl}}$(提高$\ce{Na^{+}}$濃度)和$\boldsymbol{\ce{NH_{3}}}$(或$\ce{NH_{3}·H_{2}O}$,維持堿性環(huán)境,促進(jìn)后續(xù)$\ce{CO_{2}}$吸收)。2.方程式書寫:總反應(yīng)與副反應(yīng)的整合例題:寫出侯氏制堿法的總反應(yīng)方程式(含$\ce{NH_{3}}$循環(huán))。解析:需整合“氨堿反應(yīng)”與“$\ce{NH_{4}Cl}$制$\ce{NH_{3}}$”的過程:①$\ce{NaCl+NH_{3}+CO_{2}+H_{2}O=NaHCO_{3}↓+NH_{4}Cl}$(氨堿反應(yīng));②$\ce{2NaHCO_{3}\xlongequal{\Delta}Na_{2}CO_{3}+CO_{2}↑+H_{2}O}$(煅燒制堿,$\ce{CO_{2}}$循環(huán));③$\ce{NH_{4}Cl+NaOH\xlongequal{\Delta}NaCl+NH_{3}↑+H_{2}O}$($\ce{NH_{3}}$循環(huán))。將①×2+②+③×2(消去中間產(chǎn)物),最終總反應(yīng)為:$\boldsymbol{\ce{2NaCl+H_{2}O+2NH_{3}+CO_{2}=Na_{2}CO_{3}+2NH_{4}Cl}}$(實(shí)際生產(chǎn)中,$\ce{CO_{2}}$來自煅燒和合成氨,實(shí)現(xiàn)循環(huán))。四、易錯(cuò)點(diǎn)辨析:避開“命題陷阱”1.溶解度誤區(qū):$\boldsymbol{\ce{NaHCO_{3}}}$析出的本質(zhì)誤區(qū):認(rèn)為$\ce{NaHCO_{3}}$溶解度比$\ce{Na_{2}CO_{3}}$小,所以析出。正解:$\ce{NaHCO_{3}}$的溶解度(20℃約9.6g)確實(shí)小于$\ce{Na_{2}CO_{3}}$(20℃約21.5g),但在飽和$\ce{NaCl}$溶液中,$\ce{NaHCO_{3}}$的溶解度進(jìn)一步降低(同離子效應(yīng):$\ce{Cl^{-}}$抑制$\ce{NaHCO_{3}}$解離,$\ce{Na^{+}}$抑制$\ce{NaHCO_{3}}$溶解),因此優(yōu)先析出。2.工藝混淆:索爾維法與侯氏法的原料差異誤區(qū):認(rèn)為兩者原料均為$\ce{NaCl}$、$\ce{NH_{3}}$、$\ce{CO_{2}}$、$\ce{CaCO_{3}}$。正解:索爾維法需$\ce{CaCO_{3}}$(提供$\ce{CO_{2}}$和$\ce{Ca(OH)_{2}}$),而侯氏法不依賴$\ce{CaCO_{3}}$,其$\ce{CO_{2}}$和$\ce{NH_{3}}$來自合成氨工業(yè)(合成氨的原料是$\ce{N_{2}}$、$\ce{H_{2}}$,產(chǎn)物$\ce{NH_{3}}$,同時(shí)產(chǎn)生$\ce{CO_{2}}$),實(shí)現(xiàn)了“氨-堿”聯(lián)合生產(chǎn),無需額外煅燒$\ce{CaCO_{3}}$。3.反應(yīng)順序的逆推錯(cuò)誤誤區(qū):認(rèn)為先通$\ce{CO_{2}}$也能析出$\ce{NaHCO_{3}}$。正解:若先通$\ce{CO_{2}}$,飽和$\ce{NaCl}$溶液呈弱酸性,$\ce{CO_{2}}$溶解量極少($\ce{CO_{2}+H_{2}O\rightleftharpoonsH_{2}CO_{3}\rightleftharpoonsH^{+}+HCO^{-}_{3}}$,酸性條件下$
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