课题3　纯碱的生产教学设计思路

1.3纯碱的生产

教案

目标要求：

了解纯碱的生产及发展过程

了解体现天然碱的生产与化工生产之间的联系及体现技术的发展过程

掌握路布兰法－索尔维法－联合制碱法（候氏制碱）

教学过程：

一、

纯碱

纯碱化学名为碳酸钠，俗名苏打。无水碳酸钠是白色粉末，熔点851℃，密度2.532g／cm，易溶于水，吸湿结块。它是强酸弱碱盐，容易水解，水溶液呈碱性。它常以水合物形式存在，常见如，十水合物Na2CO3·10H2O，后者是白色晶体，容易风化，是日常食用碱的主要成分。纯碱在二氧化碳过量时，转化为碳酸氢钠Na2CO3+CO2+H2O = 2NaHCO3 纯碱加热至400℃时开始分解，生成氧化钠和二氧化碳：Na2CO3 3

Na2O+CO2↑

纯碱与酸类反应生成盐，并放出二氧化碳： Na2CO3+H2SO4 =

Na2SO4+ CO2↑+H2O

纯碱与石灰水作用生成氢氧化钠------烧碱的反应： Na2CO3+Ca(OH)2 =

2NaOH+CaCO3↓

纯碱与盐类起复分解反应-----氯化钠精制反应之一：Na2CO3 + CaSO4 = CaCO3↓+ Na2SO4

二、氨碱法生产纯碱

1、生产碳酸氢钠和氯化铵：将CO2通入含氨的饱和食盐水中即可。其主要反应式是

NH3＋CO2＋H2O=.NH4HCO3 、 NaCl＋NH4HCO3= NaHCO3＋NH4Cl 。

2、制取碳酸钠：碳酸氢钠（重碱）煅烧制得纯碱；分解出二氧化碳循环使用：

其反应方程式是 2NaHCO3

【实验】（1）

现象

反应式

将2ml NH4HCO3和2ml饱和食盐水混合、振荡[来源:学&科&网][来源:学科网ZXXK]

 Na2 CO3＋CO2↑＋H2O 。

（2）用食盐水洗涤煤气（废水中含氨和二氧化碳）时，可能会有白色沉淀，请用化学方程式表示 、 。

【师、生】（1）有白色晶体析出 NaCl＋NH4HCO3= NaHCO3＋NH4Cl （2）NH3＋CO2＋H2O=NH4HCO3 NaCl＋NH4HCO3= NaHCO3↓＋NH4Cl 3、注意的问题：

（1）氨碱法中加入氨的主要作用

：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

Na2

CO3＋CO2↑＋H2O

（2）氨碱法制纯碱的优缺点

优点是：原料食盐和石灰石易得，产品纯度高，氨和部分二氧化碳可循环使用，制造步骤简

单。

缺点是：生成的氯化钙不易处理，食盐利用率较低，只有约70% 。

三、联合制碱法（侯氏制碱法）

1、联合制碱法是将氨碱法与合成氨联合生产的改进工艺。侯氏制碱是根据NH4Cl在常温时的溶解度比NaCl大，而在低温下却比NaCl溶解度小的原理，在278K～283K(5℃～10℃)时，向母液中加入食盐细粉，而使NH4Cl单独结晶析出供做氮肥。

第一步是将NH3和CO2通入饱和NaCl中获得晶体：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NaCl+NH4HCO3=NaHCO3↓+NH4Cl 第二步：将析出的NaHCO3晶体分离后煅烧，即得Na2CO3；

Na2CO3＋CO2↑＋H2O 2NaHCO3第三步：母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨，以便循环使用：

2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑＋2H2O 2、根据联合制碱法生产原理，总结联合制碱法的优点

联合制碱法主要用氨碱法与合成氨联合生产，氨碱法生产纯碱虽然具有原料普遍易得，产品纯度高，适合大规模工业生产等优点，而联合制碱法生产纯碱则有更大的优势：

一是原料的利用率高。联合制碱法生产中母液循环使用、氯化钠中的钠离子用来制造碱，氯化钠用来制造氯化铵。这样盐的利用率可达96％以上。而氨碱法钠的利用率仅70％，氯利用率为零，整体利用率只有28％左右；另外联合制碱法利用合成氨生产排出的二氧化碳制碱，节省了石灰石、焦炭等原料。

二是废物排放少。联合制碱法在生产过程中无大量废液、废渣排出，每吨只有几千克到几十千克，选择厂址自由度较大；而氨碱法每吨纯碱约10立方米的废液排出，难以处理，不宜在内陆建厂。

三是能源消耗低，可比单位综合能耗，联合制碱法为7100～8200MJ，而氨碱法为12000～14000MJ。

四是成本低，联合制碱法同时生产纯碱和氯化铵，因此单位成本较低。

3、联合制碱法与氨碱法之主要不同处在于：把过滤碳酸氢钠后的母液中的氯化铵分离出来，因此，联碱法的特点是同时生产纯碱和氯化铵两种产品。

四、通过比较联合制碱法与氨碱法的原理,试说明联合制碱法的优点

1、氨碱法(索尔维制碱法) 向饱和食盐水中通入足量氨气至饱和，然后在加压下通入CO2（由CaCO3煅烧而得），因NaHCO3溶解度较小，故有下列反应发生：NH3 + CO2 + H2O ==== NH4HCO3

NaCl + NH4HCO3 ==== NaHCO3↓ + NH4Cl 将析出的NaHCO3晶体煅烧，即得Na2CO3： ２NaHCO3 === Na2CO3 ＋ H2O ＋ CO2↑

母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨，以便循环使用： 2NH4Cl ＋ Ca(OH)2 ==== CaCl2 + 2NH3↑

＋2H2O 此法优点：原料经济，能连续生产，CO2和NH3能回收使用。 缺点：大量CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70﹪，约有30﹪的NaCl留在母液中。

2、联合制碱法(侯氏制碱法)

根据NH4Cl在常温时的溶解度比NaCl大，而在低温下却比NaCl溶解度小的原理，在

278K～283 K(5℃～10℃)时，向母液中加入食盐细粉，而使NH4Cl单独结晶析出供做氮肥。

此法优点：保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高到96﹪；NH4Cl可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，革除了CaCO3制CO2这一工序。 