课题3　纯碱的生产10分钟试讲教案

课题3

纯碱的生产

●

掌握氨碱法制取纯碱的原料、原理及工艺流程。

●

了解联合制碱法的原理。

●

了解氨碱法和联合制碱法的优缺点及侯德榜对氨碱法所做的改进。

〔知识梳理〕

1．氨碱法生产纯碱的原料是

、

。

2．氨碱法的生产过程为

①在精制的饱和食盐水中通入氨气，

②将二氧化碳通入氨的饱和食盐水中，写出反应的化学方程式

；

③过滤出碳酸氢钠后，煅烧得到纯碱。写出反应的化学方程式

。

3．在食盐精制过程中，加入熟石灰和纯碱，以除去食盐水的

、

（填离子符号），写出反应的离子方程式

、

。

4．氨碱法中在过滤出碳酸氢钠后的母液中，加石灰乳，以回收氨气进行循环利用。写出反应的化学方程式

。

5．氨碱法生产纯碱的主要优点：①

；②

；

③

；④

。

6．侯氏制碱法的原料是

、

、

；产品是

、

。

7．我国著名的化工专家侯德榜对氨碱法做了怎样的改进？这种改进有什么意义？

〔方法导引〕

氨碱法——工业制备纯碱的方法

工业上是先在冷却的条件下将氨气通入饱和的食盐水，制得氨化盐水，再在加压条件下通入CO2，得到NaHCO3晶体，最后将滤出的NaHCO3经焙烧得到纯碱。氨气极易溶于水，先第 1 页

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溶在食盐中，可在碱性条件下吸收更多CO2。

NH3＋H2O＋CO2＝NH4HCO3

NH4HCO3＋NaCl＝2NaHCO3↓＋NH4Cl〔用Ca(OH)2回收氨〕

2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O（CO2可回收利用）

我国著名化学化工专家侯德榜发明了侯氏制碱法，对氨碱法加以改进。他将析出NaHCO3的母液选在5℃～10℃加入食盐粉末，使不易结晶的NH4Cl结晶出来，这不仅使原料NaCl得到充分利用，又获得大量的化肥，也使氨碱法中用Ca(OH)2回收氨时所产生的大量用途不大的CaCl2的难题得以解决。侯德榜为制碱做出了卓越的贡献，是值得我们骄傲和敬佩的。

在加压通入CO2时温度选在200C～260C左右，因为此时NaHCO3的溶解度最小。

[例题1]在饱和Na2CO3溶液中通入CO2会有晶体析出。向饱和NaCl溶液中通入CO2并不发生化学反应，若在饱和NaCl溶液中先通入NH3后，再通入CO2则会有晶体析出。简述其原因，并写出相应的化学方程式。

[解析]本题要求学生具有相当的分析能力，思维也要求相当灵活，由于

Na2CO3＋CO2＋H2O＝2NaHCO3 106g

18g

168g 一方面，通入CO2时消耗了水，另一方面，生成NaHCO3质量比消耗的Na2CO3质量大，且Na2CO3的溶解度比NaHCO3还大，因此往Na2CO3饱和溶液中通入CO2会有晶体析出。

[答案]由于Na2CO3转化为成NaHCO3导致溶质质量增大，反应中消耗了部分水，减少了溶剂，相同温度下NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，故向Na2CO3饱和溶液中通入CO2可以析出NaHCO3晶体。Na2CO3＋CO＋H2O＝2NaHCO3↓；在饱和NaCl溶液中通入NH3后，由于NH3＋H2O

2

△

NH3·H2O

NH4＋OH，再通入CO2，

＋－

CO2＋H2O

H2CO3

H＋HCO3，因H和OH结合成水，使上述两种平衡都向右移动，c(HCO3)增大，而溶液中Na的浓度也很大，就使溶解度小的NaHCO3成为晶体而析出。NaCl＋NH3＋H2O＋CO2＝2NaHCO3↓＋NH4Cl [例题2]在饱和食盐水中先通入氨气进行氨化，再通入二氧化碳，可制得小苏打。在析出小苏打晶体滤掉的母液中加入生石灰，可将氨气回收利用。小苏打在2500C下焙烧可得纯碱，分解所得二氧化碳也可以回收利用。以上所述称为索尔维制碱法。

⑴饱和食盐水先氨化，再通CO2的原因是

；反应的化学方程式是

。

－＋＋－＋－第 2 页

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⑵在析出小苏打的母液中加入生石灰以回收氨气的化学方程式是

。

⑶我国著名化学家侯德榜在析出小苏打的母液里在一定条件下加入NaCl粉末，使母液中的NH4Cl结晶析出，可生产化肥NH4Cl。在析出NH4Cl的母液中再通入氨气氨化，又可通CO2制取小苏打。创立了举世闻名的“侯氏制碱法”。简答侯氏制碱法的主要优点。

。

[解析]在食盐溶液中通入氨得到NaCl与氨水的混合溶液，此时NaCl和NH3的浓度均达到很浓的程度，再通入CO2，则氨水大量吸收CO2生成浓度更大的NH4HCO3溶液。这时发生NH4HCO3与NaCl的反应，因NaHCO3此时溶解度比NH4Cl、NH4HCO3、NaCl都小而结晶析出。反之先通入CO2则CO2以1﹕1溶于水，再通氨气，得不到浓NH4HCO3溶液，而不能析出NaHCO3晶体，不能滤出NaHCO3去加热制Na2CO3。按反应：

△

2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O，有一半的CO2可以回收利用。上述母液中加CaO后生成Ca(OH)2与NH4Cl反应生成NH3得以全部（理论上）回收利用。但反应生成的CaCl2无多大用途，成为废渣难于处理。侯氏制碱法可多得到一种产品NH4Cl，将NaCl中Cl也充分利用，且无废料CaCl2，并少用原料CaO。

[答案]⑴

使溶液中NH4HCO3形成浓溶液，便于与NaCl生成小苏打。

NH3＋H2O＋CO2＝NH4HCO3

NH4HCO3＋NaCl＝NH4Cl＋NaHCO3↓（浓溶液中）

△

－－⑵

2NH4Cl＋CaO

CaCl2＋NH3↑＋H2O ⑶

①使NaCl中的Cl也以利用，②减少了原料CaO，不再生产废渣CaCl2，增加了新产品氯化铵，既免于废渣CaCl2对环境的污染，又使各原料得到充分利用。

〔基础训练〕

1．下列科学家中，为我国化学工业做出重大贡献的是（

）。

A．邓稼先

B．李四光

C．华罗庚

D．侯德榜

2．下列物质的名称和化学式、俗名一致的是（

）。

A．氯化钠（NaCl、食盐）

B．氢氧化钠（NaOH、纯碱）

C．碳酸钠（Na2CO3、小苏打）

D．碳酸氢钠（NaHCO3、苏打）

3．在蔬菜生长过程中，常喷洒农药防治病虫害。据有关专家介绍，有碱性溶液或清水浸泡，可使残留在蔬菜上有农药的毒性降低。因此，买来的蔬菜在食用前最好用稀碱水或清水浸泡一段时间。浸泡蔬菜时可加入适量（

）。

A．纯碱

B．白酒

C．白糖

D．食醋

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4．除去混在碳酸钠中的少量碳酸氢钠的方法是（

）。

A．加热

B．加NaOH溶液

C．加盐酸

D．加CaCl2溶液

5．工业上常用氨碱法制取碳酸钠，但却不能用氨碱法制取碳酸钾，这是因为在溶液中（

）。

A．KHCO3溶解度较大

B．KHCO3溶解度较小

C．K2CO3溶解度较大

D．K2CO3溶解度

6．右面是几种物质在指定温度下的溶解度，工业上将相同物质的量的NaCl、CO2、NH3在30℃时酿成溶液，此时溶液中无晶体。当降温至某温度时，开始析出晶体，此晶体是（

）。

A．NH4Cl

B．NH4HCO3

C．NaHCO3

D．NaCl 7．将等量的小苏打用下列方法制取CO2，甲法是加热，乙法是跟足量的盐酸反应。两种方法得到的CO2气体的量的关系为（

）。

A．甲法多

B．乙法多

C．一样多

D．无法比较

8．关于碳酸钠和碳酸氢钠的比较，下列说法正确的是（

）。

A．在相同条件下，碳酸钠与盐酸反应比碳酸氢钠与盐酸反应剧烈

B．在相同条件下，碳酸氢钠比碳酸钠更易溶于水

C．在碳酸钠和碳酸氢钠溶液中分别加入氢氧化钙溶液均有沉淀产生

D．碳酸钠、碳酸氢钠受热都可分解

根据以下叙述，回答9～11题。

NH4Cl 0℃

10℃

20℃

30℃

37.2 21.0 9.6 36 41.1 27 11.1 36.4 29.4 33.3 NH4HCO3

11.9 15.9 NaHCO3

NaCl 6.9 8.15 35.7 35.8

某工厂按如下步骤进行生产：⑴以煤为燃料煅烧石灰石 ⑵用饱和Na2CO3溶液充分吸收步骤⑴中产生的二氧化碳

⑶使步骤⑴中产生的氧化钙跟水反应

⑷消石灰跟Na2CO3反应。

9．该厂生产中涉及的物质有①石灰石

②纯碱

③小苏打

④烧碱

⑤二氧化碳

⑥消石灰。下列叙述正确的是（

）。

A．起始原料是①② B．起始原料是②⑥

C．最终产品是④⑤ D．最终产品是③④

10．该厂生产过程中的优点可能有：①排放的气体对大气无污染

②生产过程中的部分产品可作为起始原料使用

③无高温作业。其中正确的是（

）。

A．只有① B．只有② C．①和② D．②和④

11．生产过程中没有涉及的化学反应类型是（

）。

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A．分解反应

B．化合反应

C．置换反应

D．复分解反应

12．从Na2CO3、NaHCO3中选择下列各题中所使用的物质，并说明选择该物质的理由：

⑴洗涤碱

，理由

。

⑵发酵粉

，理由

。

⑶治胃酸过多

，理由

。

13．含有Na、Mg2、HCO3-、SO42-的稀溶液中离子的物质的量之比为

n（Na+）﹕n（Mg2+）＋＋﹕n（HCO3-）﹕n（SO42-）＝2﹕1﹕2﹕1。向此溶液中滴加酚酞数滴，溶液呈

色。充分加热此溶液，加热过程中观察到有气体放出，溶液变浑浊。有关的离子方程式或化学方程式是

。

14．侯氏制碱法的步骤如下：

饱和

通入足量NH

饱和

氨盐水

通入足量晶体

Na2CO3粉末

Ⅳ

悬浊夜

食盐水

I

ⅡCO

Ⅲ

液体

挥发性物质

试回答下列问题：

⑴若上述的悬浊液是NaHCO3和NH4Cl的混合液，则I和II的总反应式为

。

⑵由这一反应可知NaCl比NaHCO3的溶解度

。

⑶操作I、II不能颠倒的原因是

。

⑷III的操作叫

。

⑸IV的操作叫

。

15．碳酸氢钠受热容易分解为碳酸钠。现加热5.00g的碳酸钠和碳酸氢钠的混合物,使碳酸氢钠完全分解,混合物的质量减少了0.31g，则原混合物中碳酸钠的质量为多少g？

〔拓展提高〕

16．将Na2CO3·10H2O与NaHCO3的混合物m g溶解于水，配制成100mL溶液，测知

m(Na)＝0.92g，若将溶液蒸干灼烧直至质量不变，可得固体

g。

17．实验室里临时需要用NaOH溶液和CO2来制取纯Na2CO3溶液100mL。已知CO2气体在通入NaOH溶液过程中极易过量生成NaHCO3，且无明显现象。实验室有下列试剂：①未知＋第 5 页

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浓度的NaOH溶液

②37%的盐酸

③37%的硫酸

④14%的盐酸

⑤大理石

⑥K2CO3固体

⑦Cu2(OH)2CO3

实验室有下列仪器：铁架台、启普发生器、烧杯（100mL）、橡皮管、玻璃导管、分液漏斗、试剂瓶（200mL）、碱式滴定管（50mL）、烧瓶（250mL）。

下表列出各物质在常温时的溶解度（g/100g H2O)：

Na2CO3

15.9

⑴本实验应选用的仪器：除启普发生器、橡皮管、玻璃导管外，还需要

。

⑵为保证制得的Na2CO3溶液尽量纯，应选用的药品有

。

⑶叙述必要的实验步骤，直到制得较纯的Na2CO3溶液（仪器安装省略）。

⑷根据给出的溶解度表，求出当NaOH溶液中溶质的质量分数大于多少时，在配制过程中会有晶体析出（列出简要计算步骤和必要的文字说明）？

基础训练参考答案

1．D

2．A

3．A

4．A

5．A

6．C

7．B

8．C

9．AD

10．B

11．C

12．⑴Na2CO3

Na2CO3溶液的碱性比NaHCO3溶液的碱性强

⑵NaHCO3

与等量酸反应NaHCO3比Na2CO3产生的CO2多

⑶NaHCO3 NaHCO3溶液的碱性比

Na2CO3溶液的弱

13．粉红

Mg＋2HCO3

MgCO3↓＋CO2↑＋H2O

△

2＋－NaHCO3

8.4 NaCl 35 Na2SO4

35.5 NaHSO4

20 NaOH 40

△

MgCO3＋H2O

Mg(OH)2↓＋CO2↑

14．⑴NaCl＋CO2＋NH3＋H2O＝NaHCO3↓＋NH4Cl ⑵小

⑶若I、II颠倒，则得不到浓NH4HCO3溶液，而不能析出NaHCO3晶体。

⑷过滤

⑸加热

15．4.16g 16．2.12 g 第 6 页

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17．

⑴烧杯2个、碱式滴定管、试剂瓶

⑵①④⑤

⑶①有碱式滴定管各取50mL的两份NaOH溶液于2个烧杯中

②制取CO2并向其中一份NaOH溶液通入过量的CO2气体

③将两份溶液煮沸，冷却后倒入大试剂瓶混合摇匀

⑷从表中可知常温下NaHCO3溶解度8.4g，设常温下100g水中溶解NaOH质量x时可使生成的NaHCO3饱和，则

NaOH＋CO2＝NaHCO3 40g

84g x

8.4g x＝4.0g

所以NaOH质量分数大于4.0g/104.0g×100%＝3.85%时，在步骤②时将有NaHCO3析出。

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