课题3　纯碱的生产特级教师教学实录

《课题3 纯碱的生产》教学设计

教学目标

知识与技能：

1、识记制碱工艺的发展历程。

2、熟练掌握氨碱法的反应原理和化工流程，能正确写出每一步的反应方程式。

3、能利用实验室模拟氨碱法制碱的过程，正确选择仪器并进行组装，观察并记录实验现象。

过程与方法：

学会运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取信息，并运用比较、分类、归纳、概括等方法对知识进行加工分析，逐步培养独立思考的能力和提高自主学习化学的能力。

情感态度与价值观：

在讨论与交流中培养与别人合作的能力，培养团队精神，并且注意加强化学与生活的联系，激发学生学习化学的兴趣，从而提高学化学、爱化学的自觉性。

教学重点：

氨碱法的生产原理

教学难点：

复杂盐溶液体系中固体物质的析出结晶即离子反应的实质（纯碱产生的本质）.

教学工具：

多媒体课件

黑板

碳酸氢铵与氯化钠反应的实验器材

教学方法：

讲授法

讨论法

分析法

总结法

教学过程：

【引课】：我们在必修部分学过了碳酸钠及碳酸氢钠的性质，请同学们结合碳酸钠的性质，列举碳酸钠的用途有哪些？

【图片展示】：制松花蛋、玻璃、制肥皂、制药、纺织、造纸等等

【提问】：1、自然界中是否存在天然的碳酸钠？

2、我们如何能够获得这些天然的纯碱呢？

【学生回答】：

1、一些生长于盐碱地和海岸附近的植物中含有碳酸钠，可以从植物的灰烬中提取。

2、大量的碳酸钠主要来自一些地表碱湖，这些地区大多干旱、少雨，下图我国的内蒙古、吉林、黑龙江、青海和宁夏等地，当冬季到来时，湖水中所含的碳酸钠结晶析出，经简单的加工就得到天然碱。（图片展示我国的一些咸湖）

【过渡】：随着工业的发展，天然碱和从植物灰烬中提取的碱已经不能满足生产发展的需要，纯碱工业随之发展起来。

【板书】

课题3

纯碱的生产

【思考与交流】：1.从天然碱的形成推测碳酸钠在水中结晶析出主要受到哪些因素的影响？

温度、溶剂水的质量等因素

2.

根据天然碱的存在及其主要化学成分，请你设想工业生产碳酸钠的主要原料是什么？为什么？

碳酸钠中含有钠离子和碳酸根离子。自然界中含有钠离子的化合物很多，大量存在的、最常见的是氯化钠。因此氯化钠是比较理想的生产原料之一。碳酸根可由碳酸盐直接提供，也可由二氧化碳提供，较为理想的原料是碳酸钙。

【资料卡片】

关于纯碱的生产，让我们随时光穿梭机回到十八世纪中叶，欧洲各国纺织业兴起，纯碱(碳酸钠)的需求量与日俱增。而当时的纯碱来源是纯天然无污染的草木灰。法国紧随英国的步伐，从美洲大量进口草木灰供应纺织业。但草木灰中25%的纯碱含量根本无法满足整个欧洲的巨大需求。法国科学院在1783年以1200里弗尔（livre，法国货币单位法郎的旧名，当时1里弗尔约合40美元）悬赏征求制造纯碱的方法，以适应当时法国肥皂、纺织、漂染等工业的需要。

1789年法国奥尔良省公爵的私人医生路布兰修改了前人的制碱方法，1791年获得专利并得到奥尔良省公爵的资助，在巴黎近郊圣德尼（St．Denis）建立日产250~300千克的碱厂。

世界上最早是通过路布兰法实现了碳酸钠的工业生产。其生产原理是：

1.

用硫酸将食盐转变成硫酸钠

NaCl+H2SO4==NaHSO4+HCl↑

NaCl+NaHSO4==Na2SO4+ HCl↑

2.

将硫酸钠与木炭、石灰石一起加热，反应生成碳酸钠和硫化钙

Na2SO4+2C==Na2S+2CO2↑

Na2S+CaCO3==Na2CO3+CaS 【提问】：从反应原理上，同学们分析一下这个方法有哪些缺点？

原料利用不充分、成本较高、设备腐蚀严重等

【过渡】正是因为如此，促使人们研究新的制碱方法。欧内斯特·索尔维(E.Ernest Solvay 1838-1922)，比利时工业化学家。1860年索尔维到其叔父的煤气厂工作，研究煤气废液的用途。1861年他用氨溶液、二氧化碳与食盐混合制成碳酸钠(称为氨碱法)。当年他获得比利时政府给他的专利，在布鲁塞尔开设一个小厂从事试验。1863年创办一个正式的制碱工厂，实现了氨碱法的工业化生产，使制碱生产实现了连续化，食盐的利用率也提高了很多。产品由于质量纯净,而被称为纯碱。索尔维制碱法在世界上获得迅速发展，到20世纪20年代，已完全取代路布兰制碱法。

【板书】

一、氨碱法生产硫酸

氨碱法是由比利时人索尔维发明的，所以，氨碱法也称为索尔维制碱法。氨碱法的原料也是氯化钠和碳酸钙，不同的是它还使用了炼焦的副产品氨。

原料：CaCO3、NaCl 、NH3 【过渡】为了更好的理解氨碱法的原理，我们进行这样一个探究：

【科学探究】

1、两支试管分别盛有2mLNH4HCO3和2mL饱和食盐水。将两支试管的溶液混合于一支试管中，振荡，观察现象。结合下表中的一些物质的溶解度判断。

氯化钠

氯化铵

碳酸钠

碳酸氢钠

碳酸氢铵

35.9

37.2

21.5

9.6

21.7

实验现象:有白色沉淀生成

该白色沉淀是什么物质？

碳酸氢钠

2.假设两支试管分别盛有2mL（NH4）2CO3和2mL饱和食盐水，将两支试管的溶液混合于一支试管中，振荡，根据我们所学知识推断有无沉淀产生。

现象：无白色沉淀生成

【小结】要制取纯碱就先要制取中间产物碳酸氢钠，要制碳酸氢钠必先制取碳酸氢铵。

【提问】：怎样才能制取碳酸氢铵呢？

利用氨气和二氧化碳反应制取

【提问】：先通氨气还是先通二氧化碳呢？

先通入氨气，因为氨气在水中的溶解度非常大,易于吸收更多的二氧化碳,从而产生更多的纯碱.反之,先通CO2,CO2在水中的溶解度比较小,吸收的氨气量比较少. 【板书】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，可得到碳酸氢钠和氯化铵：

NH3＋CO2＋H2O= NH4HCO3

NH4HCO3+NaCl====NaHCO3↓+NH4Cl 【提问】：现在我们把两个方程式叠加得到的方程式是怎样的？

NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl

【过渡】根据这个反应，我们该怎么得到纯碱呢？

【板书】2、制取碳酸钠

2NaHCO3====Na2CO3+CO2↑+H2O↑

【过渡】现在我们来分析氨碱法流程中的物料转化。

【提问】：氨碱法中加入氨的主要作用是什么？

主要作用是让氨与二氧化碳作用NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3，然后再与饱和食盐水反应NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl，进而制纯碱2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O

↑。

氨碱法的优点：原料(食盐和石灰石)便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。

氨碱法的缺点：原料食盐的利用率低，大约70%～74%，其余的食盐随CaCl2溶液作为废液被抛弃；过程中产生了没多大用途且难以处理的CaCl2。

【过渡】这两个问题被我国化学家侯德榜解决了，他发明了联合制碱法，也称为侯氏制碱法。

【板书】二、联合制碱法（侯氏制碱法）

侯德榜个人简历：

1890年

出生

1911年

考入清华留美预备学校，后以10门功课1000分的优异成绩被保送到美国留学

1916年

获美国麻省理工学院学士学位

1919年

获美国哥伦比亚大学硕士学位

1921年

获博士学位

【过渡】现在让我们一起来认识这个伟大的发明，解开它神秘的面纱？

联合制碱法是什么样的呢？

联合制碱法的原理和氨碱法一样，大家很失望吧？其实，氨碱法一直被西方的一些国家所控制，当时并未公布于世。

联合制碱法与氨碱法有自己的不同之处：氨碱法的原料来自于合成氨（二氧化碳、氨气），同时得到的副产品是氯化铵，氯化铵有什么用途呢？（氮肥，焊药，电解液）这里面氯化铵△

是以溶液的形式存在的，如何让它析出呢？氯化铵析出和溶解存在溶解平衡。所以，加入氯离子或者铵根离子均可以使其析出。事实工业上也是这么做的，向里面通入氨气或者加入食盐颗粒，析出氯化铵后的溶液含有氨水和氯化钠，又可以作什么呢？（返回做反应物）这样的话，氯化钠的利用率怎么样了呢？（提高了）提高到了96%。

综合以上的分析，大家总结一下，联合制碱法有哪些优点呢？

综合利用了合成氨的原料，提高了氯化钠的利用率，减少了环境污染。

【过渡】现在我们来分析联合制碱法流程中的物料转化。

【提问】：联合制碱法有哪些优点？

1、使食盐的利用率提高到96%以上。

2、综合利用了合成氨厂的二氧化碳和氨气，同时生产出两种可贵的产品——纯碱和氯化铵；过程中不生成没多大用途且难以处理的CaCl2。

3、减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生产的优越性。

【过渡】综合以上内容，大家总结一下联合制碱法与氨碱法有哪些异同？

相同点：原理相同

不同点：原料来源不同，副产物不同

【总结】综合这节课的学习，你认为你学到哪些内容？重点是什么？难点是什么？

【课堂练习】

1.下列属于侯氏制碱法的优点的是（

）

A.氨和二氧化碳由合成氨厂提供

B.母液可回收氯化铵

C.氯化钠的利用率达96% D.以上全是

2.工业上常用氨碱法制碳酸钠，但却不能用氨碱法制碳酸钾，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溶解度较大

3.为了检验纯碱的质量（可能含有少量小苏打），取少量样品进行实验，可以采用的方法是（

）

A.加热后通入澄清石灰水，观察现象

B.滴加盐酸，观察现象

C.溶于水中，滴加少量BaCl2溶液，观察现象

D.溶于水中，滴加少量澄清的石灰水，观察现象

4.我国化学家侯德榜，改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：

(1) 副产品的一种用途为

。

(2)使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了

的循环。

(3)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加

。

(4)向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有

。

(a) 增大NH4+的浓度，使NH4Cl更多地析出

(b) 使NaHCO3更多地析出

(c) 使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度