课题3　纯碱的生产优秀教学设计

纯碱的生产

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。

4.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）。

教学重点、难点：掌握与纯碱工业相关的化学原理；

教学工具：

多媒体课件

黑板

教学方法：

讲授法

讨论法

分析法

总结法

教学过程：

【进行新课】

[设问]你知道纯碱的用途吗？

[展示]胶片

3 很多工业都要用到纯碱，如：玻璃、制皂、造纸、纺织和漂染等。也被大量地应用于生活中。还可以用于生产其他含钠化合物。如：以纯碱、生石灰和水为原料生产烧碱

CaO+H2O==Ca(OH)2

Ca(OH)2+Na2CO3==CaCO3↓+2NaOH [过渡]获得纯碱的方法有哪些？

自然界中天然存在。①一些生长于盐碱地和海岸附近的植物中含有Na2CO3，可以从植物灰烬中提取。②天然纯碱主要存在于一些地表碱湖，当冬季来时，湖水所含Na2CO3结晶析出，经简单加工就可以用。

[图片展示]鄂尔多斯天然碱厂

[过渡]18世纪中期工业革命以后，天然碱和从植物中获得的碱已不能满足生产发展的需要。经过科学家不断努力相继提出不同的制碱方法，其中两种著名的制碱技术是：

氨碱法制纯碱（索尔维制碱法）

联合制碱法（侯氏制碱法）

原理相同

NH3+CO2+H2O==NH4HCO3

NaCl+ NH4HCO3== NaHCO3+CO2↑+NH4Cl 一、

氨碱法生产碳酸钠

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、向AgNO3溶液中滴加KCl溶液会有什么现象？

会有白色沉淀生成。

白色沉淀是什么？（氯化银）

溶液中应该含有哪些溶质离子？（银例子、钾离子、硝酸根、氯离子）

它们能够组成哪些溶质?（硝酸银、氯化钾、硝酸钾、氯化银）

那析出的为什么不是其他的溶质粒子呢？（因为氯化银的溶解度很小）

这个反应的离子方程式为：Ag++Cl-==AgCl↓

【过渡】很好！现在我们来分析第二个问题。

2、20℃时，把碳酸氢铵、氯化钠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。

那么，溶液中的离子能够形成哪些溶质粒子呢？（碳酸氢铵、氯化钠、碳酸氢钠、氯化铵）

盐

温度

溶解度

0℃

10℃

20℃

30℃

40℃

50℃

60℃

100℃

36.0 21.0 9.6 37.2 36.3 27.0 11.1 41.4 36.6 37.0 37.3 －

16.4 55.3 39.8 －

－

77.3 NaCl 35.7 35.8 NH4HCO3

11.9 15.8 NaHCO3

NH4Cl 6.9 8.1 －①

－

12.7 45.8 14.5 50.4 29.4 33.3 大家参照“溶解度表”，看析出的物质是什么啊？（碳酸氢钠）

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↓

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↑

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。

【过渡】现在我们来分析氨碱法流程中的物料转化。

氨碱法的优点：

原料便宜易得，氨和部分二氧化碳可循环利用，产品纯度高，步骤简单。

氨碱法的缺点：

副产物氯化钙的处理问题，氯化钠的利用率低。

【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。

3、联合制碱法（侯氏制碱法）在创新中不断提升

对于氨碱法中所存在的缺点，长期以来国内外科学工作者，不遗余力地合理的解决办法。一种比较理想的方法是将氨、碱两大工业联合生产，以氯化钠、合成氨及生产合成氨的副产物二氧化碳为原料，同时生产纯碱和氯化铵两种产品。称为“联合生产纯碱和氯化铵的方法”或“联合制碱法”。

1942年我国化学家侯德榜同志综合了我国实验研究的结果，结合他多年的实践经验，提出了比较完整的联合制碱流程，科学地把合成氨工艺与制碱工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵，称“联合制碱法”，但是，在本帝国主义和国民党反动派的破坏下，这项技术没有得到发展，

直到解放后才得以大力的推广，于1964年经国家技术鉴定后投入大规模的工业生产。下面重点介绍这种方法：

三、

联合制碱工艺优势

当前国际纯碱市场逐渐形成了美国、中国、欧洲三分天下的格局。美国天然碱资源得天独厚，生产规模大，技术水平高。欧洲氨碱法技术成熟，劳动生产率高。而中国联碱法形成自己鲜明的特色。

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，而联碱法生产纯碱则有更大的优势：一是原料的利用

率高。联碱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93％以上。而氨碱法钠的利用率仅73％，氯利用率为零，整体利用率只有28％左右；另外联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。联碱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，联碱法为7100～8200MJ，而氨碱法为12000～14000MJ。四是成本低，联碱法同时生产纯碱和氯化铵，因此单位成本较低。

四、联合制碱法原理及流程

联合制碱法（简称联碱法）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。

1、

氯化铵的分离

（1）热法（蒸发法）

将过滤母液加热蒸馏脱出游离氨和二氧化碳，再加热蒸发析出氯化钠，分离氯化钠结晶后的母液经冷却降温析出氯化铵（此为先析盐后析氨；也可先析氨后析盐）。

氯化铵水溶液具有较大的腐蚀性，而热法制取氯化铵有是在高温、高浓度的条件下进行操作，腐蚀性更强，蒸发器材料不易解决。采用钛和钛铝合金材料价格较高；不透性石墨材料强度较低；环氧酚

醛加石墨灰填料烤漆和搪瓷防腐，也有被破坏现象。因此，如何采用有效的防腐蚀措施是热法生产的关键。

（2）冷法

将过滤母液降温、加入固体氯化钠

的方法，即本报告所介绍的联合制碱法。该法分两个过程：第一过程为生产纯碱的过程，简称制碱过程；第二过程为生产氯化铵的过程，简称制铵过程，两个过程构成一个循环系统，向循环系统中加入原料（氨、氯化钠、二氧化碳和水）不断地生产出

纯碱和氯化铵两种产品。制碱过程，与氨碱法相似。将母液2吸氨、碳酸化, 使碳酸氢钠析出,过滤分离,再将碳酸氢钠结晶煅烧制得纯碱。

其主要化学反应为：

NaCl+NH3+ CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl 2 NaHCO3→=Na2CO3+CO2↑+H2O↑

制氨过程：将母液1吸氨、降温并加入氯化钠，使氯化铵单独析出成为产品。（加入氯化钠的目的：由于母液1内的碳酸氢钠、碳酸氢铵和氯化铵三种盐是共同饱和的，为防止它们与氯化铵同时析出须加入氯化钠，以增大重碳酸盐的溶解度、降低氯化铵的溶解度，使之由母液中单独析出）。

2、工艺流程简介

原料盐(氯化钠)在洗盐机内用饱和氯化钠溶液(卤水)洗涤,出去其中大部分钙、镁杂质,在经粉碎机粉碎,立洗桶分级、稠厚,滤盐机愤怒里，制成符合规定纯度、粒度的洗盐.洗盐送至盐析结晶器;洗涤液(俗称脏卤水)循环使用,当其中含杂质较高时,则回收处理.

初开工时在盐析结晶器内制备饱和盐水,饱和盐水经吸氨器吸收氨制成氨盐水.氨盐水(正常生产用氨母液2)在炭化塔内吸收二氧化碳,使其中的氯化钠和氨转化成碳酸氢钠和氯化铵,并且使碳酸氢钠析出成为碳酸氢钠悬浮液, 碳酸氢钠悬浮液经滤碱机分离的出固体碳酸氢钠(俗称重碱)送到煅烧炉加热分解成碳酸钠,包装即为纯碱产品;分解出的二氧化碳气经冷凝塔、洗涤塔降温和洗涤,再经压缩机压缩送入碳化塔制碱.

小结：

【习题】

1.下列属于侯氏制碱法的优点的是（

D ）

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）

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）

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