课题3　纯碱的生产主要内容及教案内容

教学目的：

1.了解我国纯碱工业的现状，掌握相关的化学原理；

2.结合侯氏制碱法，对学生进行爱国主义教育；

3.了解我国基本化工的生产资源、基本化工产品的主要种类和发展概况。

教学重点、难点：掌握与纯碱工业相关的化学原理；

探究建议：

1、实验：用碳酸氢铵和氯化钠制取碳酸钠，对产品进行检验；

2、查阅资料：侯德榜制碱法。

课时划分：一课时

教学过程：

[课堂练习] 1、盛放NaOH溶液的试剂瓶口部，时间长了会有白色固体附着，这固体的成分是 B A.NaOH B.Na2CO3 C.NaHCO3 D.Na2CO3·10H2O 2.下列实验中，没有白色沉淀或晶体析出的是CD A.饱和石灰水中加入少量NaOH固体 B.饱和碳酸钠溶液中通入足量的CO2 C.氯化钙溶液中通入少量CO2 D.碳酸氢钠溶液中加入氯化钡溶液

3.下列关于NaHCO3的叙述，不正确的是AD A．它是一种白色粉末，溶解度大于Na2CO3

B．加热至200℃左右，可完全分解，利用这种性质，可由NaHCO3制取纯碱

C．与Na2CO3相似，当质量相同，分别跟足量盐酸反应后，NaHCO3可得到较多的二氧化碳

D．其分子为NaHCO3·10H2O在空气中会风化

4.下列物质中，可用于治疗胃酸过多的是A A.碳酸钠 B.氢氧化钠 C.氧化钠 D.碳酸钡

5.纯碱和小苏打是厨房中两种常见的用品，它们都是白色固体，下列区分这两种物质的说法正确的是C A.分别用炒锅加热两种样品，全部分解挥发，没有残留物的是小苏打

B.用洁净铁丝蘸取两种样品在煤气火焰上灼烧，使火焰颜色发生明显变化的是小苏打

C.用两只小玻璃杯，分别加入少量的两种样品，再加入等量的食醋，产生气泡快的是小

苏打

D.先将两样品配成溶液，分别加入石灰水，无白色沉淀生成的是小苏打

6.某学生拟用NaOH溶液吸收CO2气体，制备Na2CO3溶液，为了防止通入的CO2

气

体过量生成NaHCO3，他设计了如下的实验步骤：

用25mLNaOH溶液吸收过量的CO2气体，至CO2气体不再溶解；

小心煮沸溶液1～2分钟；

在得到的溶液中加入25mL相同的

NaOH溶液，使溶液充分混合。

按他的设计，第步实验装置如下图：

A B C （1）他能否制得较纯净的Na2CO3 ，理由是 （2）装置A使用的试剂是石灰石和稀盐酸，可否用纯碱代替石灰石 原因是 （3）装置B使用的试剂是 作用是 （4）有人认为实验步骤②③的顺序对调，即先混合，再煮沸，更合理，你认为对吗？为什么？_________________________________________________。

答案：（1）能 理由是：实验①生成在实验③NaHCO3，其中溶解的CO2气体煮沸时除去，NaHCO3恰好被NaOH中和完全，转化生成Na2CO3（2）不能 原因是：实验Na2CO3是粉末状固体，反应中使用的CO2气体发生器，只适用于块状固体和液体反应，过于剧烈（3）NaHCO3饱和溶液 除去CO2中的HCl气体（4）不合理若不先驱除溶液NaHCO3中溶解的CO2气体，实验③加入NaOH将有一部分消耗于与CO2气体的反应，使23

不能完全转化为7．化学活动课上，三组学生分别用图示甲、乙两装置探究“NaHCO3和Na2CO3与稀盐酸的反应”，按表中的试剂用量，在相同条件下，将两个气球中的固体粉末同时倒入试管中(装置的气密性已检查)。

NaCO

请回答：

⑴

各组反应开始时，____装置中的气球体积先变大，该装置中反应的离子方程

式是________________________________________。

⑵

当试管中不再有气体生成时，三组实验出现不同现象，填写下表的空格。

组试剂用量

实验现象

分析原因

数

(气球体积变化)

0.42 g NaHCO3

甲中气球与乙中

甲、乙盐酸均过量

①

0.53g Na2CO3

气球的体积相等

n(NaHCO3)=n(Na2CO3) －1

3mL 4 mol·L盐酸

ν甲(CO2)=ν乙(CO2)

0.3 g NaHCO3

②

0.3 g Na2CO3

3mL4 mol·L－1盐酸

0.6 g NaHCO3

0.6 g Na2CO3

－1③

3mL2 mol·L盐酸

甲中气球比乙中

气球的体积大

甲中气球比乙中

气球的体积大

片刻后，乙中气球

又缩小，甲中气球

的体积基本不变

＋

(用离子方程式表示)

答案：⑴

甲

HCO3+H=CO2

↑+H2O

⑵

②甲、乙盐酸均过量 n(NaHCO3) >n(Na2CO3)

V甲(CO2)> V乙

(CO2)

③

甲、乙盐酸均不足量

消耗的2－－n(NaHCO3) >n(NaCO3) V甲(CO2) > V乙(CO2)；CO2+ CO3+H2O=2HCO3

解析：⑵根据化学方程式计算可知第①组中NaHCO3和Na2CO3都已完全反应。对比第①组数据知第②组中盐酸一定过量，NaHCO3和Na2CO3一定完全反应，且NaHCO3产生的CO2比Na2CO3的多。第③组中，n(Na2CO3)=0.0057mol，n(NaHCO3)=0.0071mol，n(HCI)=0.006mol。把Na2CO3缓慢加入到盐酸中，在盐酸反应完以前，盐酸是过量的而Na2CO3是少量的。因此开始发生的反应是：

Na2CO3+2HCI =2NaCI+CO2↑+H2O，根据化学方程式，有：

Na2CO3 + 2HCI == 2NaCI + CO2↑+H2O 0.003mol 0.006mol 0.003mol NaHCO3 + HCI == NaCI + CO2↑+H2O 0.006mol 0.006mol 0.006mol 说明Na2CO3、NaHCO3都过量，NaHCO3产生的CO2较Na2CO3的多。因为气体收集于气球中，乙中CO2又与过量的Na2CO3溶液反应。

8、根据侯德榜制碱法原理并参考下表的数据，实验室制备纯碱Na2CO3的主要步骤是：将配制好的饱和NaCl溶液倒入烧杯中加热，控制温度在30℃～35℃，搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体，加料完毕后，继续保温30分钟，静置、过滤得NaHCO3晶体。用少量蒸馏水洗涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧2小时，制得Na2CO3固体。

四种盐在不同温度下的溶解度（g / 100 g水）表

温度

盐

溶解度

－0℃

35.7 11.9 6.9 29.4 10℃

35.8 15.8 8.1 33.3 20℃

36.0 21.0 9.6 37.2 30℃

36.3 27.0 11.1 41.4 40℃

36.6 －①

12.7 45.8 50℃

37.0 －

14.5 50.4 60℃

37.3 －

16.4 55.3 100℃

39.8 －

－

77.3 NaCl NH4HCO3

NaHCO3

NH4Cl ①＞35℃NH4HCO3会有分解

请回答：

（1）反应温度控制在30℃～35℃，是因为若高于35℃，则 ，若低于30℃，则 ；为控制此温度范围，采取的加热方法为 。

（2）加料完毕后，继续保温30分钟，目的是 。静置后只析出NaHCO3晶体的原因是 。用蒸馏水洗涤NaHCO3晶体的目的是除去 杂质（以化学式表示）。

（3）过滤所得的母液中含有 （以化学式表示），需加入 ，并作进一步处理，使NaCl溶液循环使用，同时可回收NH4Cl。

（4）测试纯碱产品中NaHCO3含量的方法是：准确称取纯碱样品W g，放入锥形瓶中加蒸馏水溶解，加1滴～2滴酚酞指示剂，用物质的量浓度为c(mol / L)的HCl溶液滴定至溶

2液由红色到无色（指示CO3＋H＝HCO3反应的终点），所用HCl溶液体积为V1 mL，再加1＋滴～2滴甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至溶液由黄变橙，所用HCl溶液总体积为V2

mL。写出纯碱样品中NaHCO3质量分数的计算式：NaHCO3（％）＝ 答案：（1）NH4HCO3分解；

反应速率降低；

水浴加热

（2）使反应充分进行； NaHCO3的溶解度最小； NaCl、NH4Cl、NH4HCO3 （3）NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3； HCl Mc(v2v1)1000100%

（4）W侯氏制碱法

碳酸钠用途非常广泛。虽然人们曾先后从盐碱地和盐湖中获得碳酸钠，但仍不能满足工业生产的需要。

1862年，比利时人索尔维（Ernest Solvay 1838—1922）发明了以食盐、氨、二氧化碳为原料制取碳酸钠的“索尔维制碱法”（又称氨碱法）。此后，英、法、德、美等国相继建立了大规模生产纯碱的工厂，并组织了索尔维公会，对会员以外的国家实行技术封锁。

第一次世界大战期间，欧亚交通梗塞。由于我国所需纯碱都是从英国进口的，一时间，纯碱非常缺乏，一些以纯碱为原料的民族工业难以生存。1917年，爱国实业家范旭东在天津塘沽创办了永利碱业公司,决心打破洋人的垄断，生产出中国的纯碱。他聘请正在美国留学的侯德榜先生出任总工程师。

1920年，侯德榜先生毅然回国任职。他全身心地投入制碱工艺和设备的改进上，终于摸索出了索尔维法的各项生产技术。1924年8月,塘沽碱厂正式投产。1926年，中国生产的“红三角”牌纯碱在美国费城的万国博览会上获得金质奖章。产品不但畅销国内，而且远销日本和东南亚。

针对索尔维法生产纯碱时食盐利用率低，制碱成本高，废液、废渣污染环境和难以处理等不足，侯德榜先生经过上千次试验，在1943年研究成功了联合制碱法。这种方法把合成氨和纯碱两种产品联合生产，提高了食盐利用率，缩短了生产流程，减少了对环境的污染，降低了纯碱的成本。联合制碱法很快为世界所采用。

由于侯德榜对制碱技术做出了重大贡献，所以人们把他所发明的联合制碱法称做“侯氏制碱法”。他本人也荣获“中国工程学会化工贡献最大者奖”，并被聘为英国化学工业学会名誉会员，以及英国皇家学会和美国化学工程学会荣誉会员。

侯德榜先生对英、法、德、美等国垄断技术十分愤慨，将自己多年来研究制碱技术的心得写成《纯碱制造》一书，于1933年在美国出版，将保密达70年之久的索尔维法公诸于世，为中外学者所钦佩。该书被誉为首创的制碱名著，为祖国争得了荣誉

附：“索尔维法”和“侯氏制碱法”

十九世纪六十年代，比利时人苏尔维，发明用氨、二氧化碳和食盐饱和液共同作用，制得碳酸氢钠。经分滤并煅烧分解，得到高纯度的碳酸钠，这就是有名的氨碱法，又称为苏尔维法。氨碱法产出的碳酸钠的质量，比天然碱和路布兰法产的碱都好得多，因此，人们把它叫作“纯碱”。

苏尔维法比过去的路布兰法有明显的优点。但是，它对原料氯化钠的利用率却比较低（仅28%左右），氯化钠中的氯完全没有被利用，全变为废物氯化钙无法处理，占用土地，污染环境。我国著名的化学家侯德榜，1938年发明了“联合制碱法”，较好地解决了这个问题。它是联合氨碱法与合成氨法，同时制造纯碱和氯化氨的方法。它以食盐和二氧化碳（合成氨工业的副产品）为原料，将氨与二氧化碳先后通人饱和的食盐溶液中，生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、煅烧等工序而得产品纯碱。在滤液中，再通入氨，并加食盐，将它所含的氯化氨析出，经过滤、干燥，就得到氯化铵。采用这种方法，盐的饱和溶液可循环使用。同氨碱法比较，它的优点是能充分利用食盐中的钠和氯，避免产生大量的氯化钙的废液和废渣，并可节省一些设备。