课题3　纯碱的生产主要内容及教案内容

纯碱的生产

第一单元 走进化学工业

课题3 纯碱的生产

教案

教材分析

选修2《化学与技术》注重知识与科学技术和社会的联系，目的是拓展学生的视野，强调学生的自主学习能力，动手能力，搜集信息能力，以及发现问题，解决问题的能力。对于第一单元课题3《纯碱的生产》，根据课标的要求，是以纯碱工业为例，让学生了解化学工业方面的一些常识，认识化学在工业上的应用，知识更灵活，开放性更大，对学生知识的掌握度要求有所降低，而对学生的科学素养及各方面能力的培养要求提高。所以本节课通过实验探究活动和理论分析过程旨在培养学生理论联系实际的能力，增加学生实践的机会，提升科学精神与社会责任。

学情分析

《纯碱的生产》属于选修二的内容，学生在学习完成必修一后可进行这节内容。对于高一的学生在掌握无机化学的基础上，接触化学工业比较少，对化学平衡等没有学习的前提下会有陌生感，所以本节课从三个角度分析：1.从化学技术发展的角度，体现了人类制碱工艺的演变历史，从而使学生从纵向发展来认识和体会化学技术发展的特点和趋势；2.从化学知识角度，主要学习如何根据纯碱的化学组成，推测其生产原料，进而选择和确定从原料转化为产品的化学反应原理，需要对一系列化学变化及其相互关系进行分析；3.从化工生产的角度，通过对几种工艺流程的逐一分析和比较，对其优点和不足进行评价和判断，另外从化学与技术的关系来看，只要原料中含有纯碱中的三种元素，化学反应原理可行，那么，可以有很多途径得到纯碱，可以形成多种工艺和技术过程，但作为实用的技术必须考虑原料的供应、成本、能耗和环境保护等因素。在后续课程中会继续讲解溶解平衡等内容加深对纯碱生产原理的理解。

教学目标

知识与技能

1.

了解纯碱的生产及发展过程。

2.

了解体验天然碱的生产与化工生产之间的联系，和体验技术的发展过程。

3.

了解路布兰法，掌握氨碱法（索尔维法）及联合制碱法（侯氏制碱法）。

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

青海湟川中学

魏兰

- 1 - / 6

纯碱的生产

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

教学工具

多媒体课件 学生实验用品（药品: NaCl溶液、AgNO3溶液、NaBr溶液、KI溶液、Na2S溶液；仪器：两支微型试管）

教学方法

讲授法 讨论法 分析法 总结法

课时安排

一课时

教学流程图

教学设计

【引入】

青海的地标——青海湖素有“夏天晒盐，冬天捞碱”之说，盐是指氯化钠，碱是指什么呢？在这里指的是纯碱。

【板书】

课题3

纯碱的生产

【提问】

1.纯碱的化学名称是？（碳酸钠）

2.那碳酸钠有哪些用途呢？（图片）

发酵粉、洗碗、制肥皂、制药、制松花蛋、纺织、玻璃、造纸、漂染，还可以用于其他含钠化合物的制备。

3.如何能够获得这些天然的纯碱呢？

a.一些生长在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。

b.当冬季来临时，碱湖中所含的碳酸钠结晶析出，经过简单的加工就可以使用。

所以利用温度和溶解度的关系即可“夏天晒盐，冬天捞碱”。

青海湟川中学

魏兰

- 2 - / 6

纯碱的生产

【过渡】天然碱和从植物的灰烬中提取的碱已经不能满足人类需求，纯碱工业随之发展起来。根据天然碱的化学成分，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Na和CO3。自然界中存在的含Na的化合物很多，大量存在的、最常见的是NaCl；因此NaCl是比较理想的生产原料之一。CO3可以有碳酸盐直接提供，也可有由CO2制取，较为理想的原料是石灰石（CaCO3）。

【科学探究】如何利用食盐和石灰石制取纯碱呢？为了更好的理解纯碱工业的原理，我们进行这样一组探究实验：向饱和氯化钠溶液中依次滴加少量的AgNO3溶液、NaBr溶液、KI溶液、Na2S溶液，观察现象并讨论反应实质。

【分组实验】

1.

现象：依次出现白色沉淀（AgCl）、淡黄色沉淀（AgBr）、黄色沉淀（AgI）、黑色沉淀（Ag2S）。

2.

分析：

a. 形成氯化银沉淀的反应溶液中应该含有哪些溶质离子？（Ag、K、NO3、Cl）

b. 它们能够组成哪些溶质?（AgNO3、KCl、KNO3、AgCl）

c. 那析出的为什么不是其他的溶质粒子呢？（因为AgCl的溶解度很小）

这个反应的离子方程式为：Ag++Cl-===AgCl↓

d.沉淀依次转化说明什么呢？（反应可以向溶解度更小的方向进行）

【过渡】很好！现在我们来分析下一个问题。

【提问】

1. 20℃时，把NH4HCO3、NaCl和水配制成一混合溶液，当把溶液加热蒸发后冷却至20℃，首先析出的物质是什么？（是溶解度较小的那种物质）

2. 那么，溶液中的离子能够形成哪些溶质粒子呢？（NH4HCO3、NaCl、NaHCO3、NH4Cl）

3. 大家参照“溶解度表”，看析出的物质是什么啊？（NaHCO3）

溶解性

物质

20℃

固体的溶解度（/100g H2O）

NaCl

35.9

NaHCO3

9.6

NH4HCO3

21.7

NH4Cl

37.2

++--2-+2-+【板书】很好！这个反应的化学方程式该怎么写呢？大家试着写一下。

NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl 离子方程式为：

HCO3-+Na+=NaHCO3↓

【小结】通过这两个反应，大家谈一下你对物质的溶解性和离子反应的实质的认识？

物质溶和不溶是相对的，离子反应的实质就是向着离子浓度减小的方向进行。

【过渡】根据这个反应，我们该怎么得到纯碱呢？

△

2NaHCO3====Na2CO3+CO2↑+H2O↑

青海湟川中学

魏兰

- 3 - / 6

纯碱的生产

那我如何利用原料制取碳酸氢钙？（CaCO3=CaO+CO2↑）

CO2+H2O+NH3=NH4HCO3 好！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 反应原理的方程式分布写和写总反应式都可以。（可观看实验视频）

【过渡】这就是氨碱法制纯碱的原理，现在我们来分析氨碱法流程中的物料转化。

【板书】一、氨碱法

【过渡】氨碱法中存在副产品CaCl2，因制CO2引入钙原子，若CO2从其它渠道获得是不是就能解决废渣的问题呢？这个问题被我国化学家解决了：使用合成氨厂的氨气和二氧化碳，即联合制碱法。

【板书】二、联合制碱法

【思考与交流1】

在生产过程中，是先通入NH3，还是先通入CO2？（提示：考虑NH3和CO2的溶解度大小。）

若先通入NH3，溶液中存在H2CO3，H2CO3的量比较少；再通入NH3，NH3易溶于水，NH3·H2O的量比较多；此时产物应该是（NH4）2CO3而不是NH4HCO3。反过来，若先通入NH3，溶液中会存在较多的NH3·H2O，再通入CO2时，CO2和NH3·H2O反应，通入的CO2过量就会生成NH4HCO3。即CO2溶解的多少不是受溶解度限制，而是受反应控制。那么，先通入NH3起到的作用就是为了更多的溶有CO2。

【思考与交流2】

氨碱法的原料来自于合成氨（CO2、NH3），同时得到的副产品是NH4Cl，它有什么用途呢？如何从溶液析出呢？

NH4Cl可以做（氮肥，焊药，电解液），NH4Cl析出和溶解存在溶解平衡。所以，加入Cl+-或者NH3均可以使其析出。事实工业上也是这么做的，向里面通入NH3或者加入食盐颗粒，析

青海湟川中学

魏兰

- 4 - / 6

纯碱的生产

出NH4Cl后的溶液含有氨水和NaCl，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%。

【思考与交流3】

阅读资料：最早实现碳酸钠的工业生产的路布兰法原理

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 从反应原理上，同学们分析氨碱法、联合制碱法和路布兰法这三个方法有哪些优缺点？

◆路布兰法缺点：原料利用不充分、成本较高、设备腐蚀严重、每步都有副产品和废弃物等。

◆氨碱法优点：1.原料（食盐和石灰石）便宜； 2.产品纯碱的纯度高； 3.副产品NH3和

CO2都可以回收循环使用； 4.制造步骤简单，适合于大规模生产。

缺点：1.NaCl利用率低； 2. 副产物CaCl2的处理问题；3.产率70%左右。

◆联合制碱法优点：1.提高了NaCl利用率，产率达96%；2.产生了有用的化工原料和肥料NH4Cl 缺点：循环会加快设备的腐蚀

【过渡】综合以上内容，联合制碱法与氨碱法原理相同，但原料来源不同，副产物不同，产率不同。如果你作为纯碱厂的厂长会选择哪种制备方案呢？

联合制碱法有着明显的优势，这个伟大的发明是由我国科学家侯德榜先生发明的，也称侯氏制碱法，氨碱法是比利时人索尔维发明的，也称索尔维制碱法。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，侯德榜先生怀着为振兴祖国民族工业的决心和信心毅然回国创业，在战争年代研究及国外对技术的封锁所带来的挑战巨大，经数百次实验终于确定了新的工艺流程。如同现在的华为，尽管困难重重，但我们向世界证明了我们的实力。侯德榜先生是近代化学工业的奠基人之一，下面请阅读这位国宝级大师的成长史（也可观看视频）：

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】侯德榜先生因为优异的成绩被世人称为“千分天才”，天分加勤奋才会优秀。勤能补

青海湟川中学

魏兰

- 5 - / 6

1000℃

1000℃

120℃

600～700℃

纯碱的生产

拙，下面我们完成一道2010年的上海高考题。

【课堂练习】我国化学侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可表示如下

(1) 上述生产纯碱的方法称联合制碱法或侯氏制碱法，副产品的用途为氮肥，焊药，电解液。

(2) 沉淀池中发生的化学反应方程式是NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl。

(3)使原料NaCl的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了 I （填上述流程中的编号）的循环. (4)写出上述流程中X物质的分子式CO2。从沉淀池中取出沉淀的操作是过滤。

(5)为检验产品Na2CO3中是否含有NaCl，可取少量试样溶于水后，再滴加稀硝酸和硝酸银溶液。

【课外拓展】我省有很多大型制碱厂，如德令哈有“中国碱都”之称，因其所在的柴达木盆地盛产原盐等纯碱生产原材料，再通过溶解度原理即可制取纯碱。大家利用这节课学习的原．．．．．．．理解决一个怪问题：如果一斤糖和一斤盐放在一个碗里，怎么使完全分离？

．利用糖和盐的溶解度不同，用冷却热饱和溶液结晶法，可以先使糖从溶液出析出。

【总结】人类历史上，科学技术的突破性重大发现和成果总是与一些伟大的名字联系在一起，路布兰（1791）、索尔维（1862）和侯德榜（1924）的名字都铭刻在人类制碱技术发展的历史上，路布兰是一名医生，索尔维是在工作中学习化学的，侯德榜是化学工程学博士。我们要以这些伟大的科学家为榜样，努力学习，在未来科技兴国的时代做出自己的成绩。

【板书设计】

课题3 纯碱的生产

原理：CO2+H2O+NH3= NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl 2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O↑

一、氨碱法（索尔维制碱法）

二、联合制碱法（侯氏制碱法）

青海湟川中学

魏兰

- 6 - / 6