课题3　纯碱的生产教学实录

课题3

纯碱的生产

[自读教材·夯基础] (1)氨碱法也称索尔维制碱法。

(2)原料：食盐、氨和二氧化碳。

(3)生产过程：

①生成碳酸氢钠和氯化铵：

将二氧化碳通入含氨的饱和食盐溶液中，反应的化学方程式为NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3，

NH4HCO3＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl。

②制取碳酸钠：

化学方程式为2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。

母液中的NH4Cl加石灰乳可回收氨，以便循环使用。化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2=====CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。

(4)优缺点：

①优点：原料便宜易得，产品纯度高，氨和部分二氧化碳可以循环使用，步骤简单。

②缺点：食盐利用率低，只有70%；产生了当时认为无用的氯化钙。

△△[跟随名师·解疑难] (1)氨碱法制纯碱时，应先向饱和食盐水中通氨气，后通二氧化碳气体。因为氨气在饱和食盐水中的溶解度很大，二氧化碳在饱和食盐水中的溶解度较小。

(2)氨的作用：

氨跟水发生反应使溶液显碱性：NH3＋H2O＋NH3·H2OH2CO3＋NH4＋OH，OH与H－＋＋－－＋反应生成H2O而减小了H的浓度，从而使CO2＋H2O－HCO3＋H的平衡状－态向右移动，增大了二氧化碳的溶解量和HCO3的浓度，因此Na可以与大量的HCO3结合生成NaHCO3沉淀。

[剖析典例·探技法] [例1]

根据氨碱法的原理，首先配制氨化饱和食盐水，即向饱和食盐水中加入氨水(体积比1∶1)并充分搅拌；再将二氧化碳通入氨化饱和食盐水中，控制一定的温度，直至有碳酸氢钠析出。

请回答下列问题：

(1)用化学方程式分别表示出氨和二氧化碳在水中产生NH4、HCO3的原理________________________________________________________________________ ＋－

________________________________________________________________________。

(2)向饱和食盐水中加入氨水和通入二氧化碳的先后顺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？为什么？___________________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)写出氨碱法生成碳酸氢钠的化学方程式：__________________________________ ________________________________________________________________________。

[名师解析]

在通常状况下，氨在水中的溶解度近700体积，二氧化碳在水中的溶解度仅约1体积。所以应先向饱和食盐水中通入NH3，然后再通CO2，这样会使溶液里HCO3的浓度增大。

[答案]

(1)NH3＋H2O＋H2OH2CO3－－NH3·H2O＋NH4＋OH或(NH3＋H2OHCO3＋H) －＋＋－NH4＋OH)；CO2＋－HCO3＋H(或CO2＋H2O(2)不可以。在常温下，氨在饱和食盐水中的溶解度很大，二氧化碳在饱和食盐水中的溶解度较小。若先通二氧化碳后加氨水，溶液里只能产生很小浓度的HCO3，不利于生成NaHCO3沉淀

(3)NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl [名师点睛]

氨碱法生产纯碱的主要过程

(1)食盐水的精制：

①高温锻烧CaCO3：CaCO3=====CaO＋CO2↑。

②CaO溶于水得石灰乳：CaO＋H2O===Ca(OH)2。

③在配制的饱和食盐水中加入石灰乳和纯碱，以除去食盐水中的Mg2和Ca2。

＋＋－高温(2)食盐水氨化：

在精制食盐水中通入氨气制成氨盐水。

(3)氨盐水碳酸化：

使氨盐水吸收CO2，生成NaHCO3和NH4Cl。

(4)碳酸氢钠的转化：

滤出碳酸氢钠后煅烧得纯碱，同时回收近一半的CO2再利用。

(5)氨的循环：

将NH4Cl加石灰乳加热，回收氨循环利用。

联合制碱法

[自读教材·夯基础] 1．联合制碱法

将氨碱法与合成氨联合生产纯碱和氯化铵的方法，又称侯氏制碱法。

2．生产过程

(1)生成碳酸氢钠和氯化铵：

将原料Ⅰ(精制食盐水)与原料Ⅱ(来自合成氨的NH3和CO2)反应，化学方程式为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。

(2)制取碳酸钠，化学方程式为2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O。

3．优点

(1)生产过程中所需NH3和CO2由合成氨厂提供。

(2)从滤出NaHCO3的母液中可回收NH4Cl。

(3)NaCl的利用率提高到96%以上。

△[跟随名师·解疑难] 饱和NaCl溶液和NH4HCO3溶液混合产生沉淀的原因：NaCl溶于水电离出Na、Cl，NH4HCO3溶于水电离

出NH4、HCO3。在溶液中Na、Cl、NH4、HCO3有四种组合方式：NaCl、NH4Cl、NaHCO3、NH4HCO3，其中NaCl、NH4Cl和NH4HCO3的溶解度较大，而NaHCO3的溶解度较小，所以NaHCO3优先结晶析出。

＋－＋－＋－＋－[剖析典例·探技法] [例2]

侯氏制碱法的步骤如下：

饱和食盐水通入足量NH3通入足量CO2――→Ⅰ饱和氨化食盐水――→Ⅱ悬浊液

试回答下列问题：

(1)若上述的悬浊液是NaHCO3和NH4Cl的混合液，则Ⅰ和Ⅱ的总反应的化学方程式为________________________。

(2)由这一反应可知NaCl比NaHCO3溶解度________。

(3)Ⅲ的操作叫_________________________________________________________。

(4)Ⅳ的操作叫__________________________________________________________。

[名师解析]

(1)从生成物是NaHCO3和NH4Cl，反应物是食盐水、NH3和CO2可写出Ⅰ、Ⅱ的总反应的化学方程式：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。

(2)因为NaCl的溶解度比NaHCO3的大，所以在饱和NaCl溶液中才会析出NaHCO3。

(3)先将NaHCO3从悬浊液中过滤出来，然后再进行煅烧得到Na2CO3。

[答案]

(1)NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl (2)大

(3)过滤

(4)煅烧

[名师点睛]

联合制碱法利用合成氨生产中的氨和二氧化碳，生产过程中回收氯化铵，没有像氨碱法那样引入碳酸钙后产生氯化钙而无法合理地回收利用，侯氏制碱法的优点在于综合利用了合成氨生产中的物料，提高了氯化钠的利用率，减少了环境污染，从绿色化学角度看，更加符合现代化工生产的设计要求。

1．氨碱法生产原理示意图

2．联合制碱法生产原理示意图

多数金属碳酸盐的溶解度小于其碳酸氢盐的溶解度，如CaCO3难溶，而Ca(HCO3)2可溶等，而Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度是一个特例。