课题3　纯碱的生产优质课一等奖教案

课题3 纯碱的生产

一、课程目标：

1．理解索尔维制碱法和侯氏制碱法的化学反应原理、主要原料和生产过程。

2．了解纯碱的重要性质和用途。

二、重难点：

1、氨碱法生产纯碱

2、联合制碱法和索尔维制碱法的比较

三、新课导入：

在中国化学工业史上，有一位杰出的科学家，他为祖国的化工事业奋斗终生，并以独创的制碱工艺——联合制碱法闻名于世界，他就像一块坚硬的基石，托起了中国现代化学工业的大厦，这位先驱者就是被称为“国宝”的侯德榜。

思考：什么是联合制碱法呢？

答案：将氨碱法和合成氨两种工艺联合起来，同时生成纯碱和氯化铵两种产品的方法。

四、教学过程：

一、纯碱的存在与用途

1．纯碱的存在

________，俗名纯碱，在自然界中存在相当广泛。生长于________和________附近的植物中含有碳酸钠。大量的碳酸钠主要来自于地表________，由湖水可得到天然碱。

2．纯碱的用途

很多工业都要用到碳酸钠，如________、________、__________、__________和漂染等。碳酸钠作为原料还可以用于生产其他含________的化合物；碳酸钠也被大量地应用于生活中。

自主思考：①从天然碱的形成推测Na2CO3在水中结晶析出主要受到哪些因素的影响？

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Na2CO3的主要原料是什么？为什么

二、氨碱法生产纯碱

氨碱法也称____________，其原料是________、______和__________。

1．生成碳酸氢钠和氯化铵

化学方程式为________________________________；

________________________________________________________________________。

2．制取碳酸钠

化学方程式为_______________________________________________________。

自主思考：氨碱法的生产流程中，有哪些物质参与循环利用？

三、联合制碱法

联合制碱法是将__________与____________联合生产纯碱和氯化铵的方法，它是由我国化工专家侯德榜研究成功的，故也称侯氏制碱法。

(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________________________。

(2)制取碳酸钠，化学方程式为____________________。

答案:1.碳酸钠

盐碱地

海岸

碱湖

2．玻璃

制皂

造纸

纺织

钠

自主思考

提示：①根据固体物质在水中溶解度的影响因素，温度、结晶水合物的组成及溶剂的质量等因素影响Na2CO3在水中的结晶析出。

2②Na2CO3含有Na和CO3。由Na可推知，原料之一是自然界中大量存在且最常见＋＋2的NaCl。由CO3可推知，原料之二是CO2或能够产生CO2的碳酸盐，而NaCl溶液呈中性，Na2CO3溶液呈碱性，因此可选用CaCO3提供CO2。

二、索尔维制碱法

食盐

氨

二氧化碳

1．NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3 NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl 2．2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

自主思考

提示：氯化铵与石灰乳反应，生成的NH3参与循环利用；二氧化碳参与循环利用。

三、氨碱法

合成氨

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

Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

知识点1 氨碱法生产纯碱

【例题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：_____________________________。

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＋H2ONH3·H2ONH4＋OH或(NH3＋H2O＋－NH4＋OH＋

－)；CO2＋H2OH2CO3HCO3＋H(或CO2＋H2O－＋HCO3＋H) －＋(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 (或NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl) 点评：纯碱是Na2CO3，而不是NaHCO3。解决氨碱法生产纯碱的问题，重在掌握化学反应原理。

知识点2 联合制碱法

【例题2】

纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有氨碱法和联合制碱法两种工艺。请按要求回答问题：

(1)氨碱法产生大量CaCl2废弃物，请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式：________________。

(2)写出联合制碱法有关反应的化学方程式：________________________________。

(3)CO2是制碱工业的重要原料，联合制碱法与氨碱法中CO2的来源有何不同？________________________________________________________________________。

(4)绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。根据联合制碱法总反应，列出计算原子利用率的表达式：

原子利用率(%)＝______________________________________________。

解析：(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2

CaCl2＋2NH3↑＋2H2O (2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl；2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

(3)联合制碱法中CO2来源于合成氨工业的副产品，而氨碱法中CO2来源于石灰石的分解。

(4)联合制碱法原子利用率的表达式：

原子利用率(%)＝×100% 期望产物总质量mNa2CO3＋mNH4Cl或原子利用率(%)＝×100%＝×100% 生成物总质量m′Na2CO3＋m′NH4Cl答案：(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O 目标产物总质量mNa2CO3＋mNH4Cl×100%＝反应物总质量mNaCl＋mNH3＋mCO2＋mH2O(2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl；2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

(3)联合制碱法中CO2来源于合成氨的副产品，氨碱法中CO2来源于CaCO3的分解

(4)mNa2CO3＋mNH4ClmNa2CO3期望产物＋mNH4Cl期望产物×100%[或mNaCl＋mNH3＋mCO2＋mH2OmNa2CO3生成物＋mNH4Cl生成物×100%] 点拨：通过对比氨碱法和联合制碱法，加深对反应原理的理解，明确二者的优缺点。从而解决实际问题，培养分析问题的能力。