课题3　纯碱的生产教案1

§1-3纯碱的生产

一、教学目标

1、知识与技能了解纯碱的生产及发展过程。

a.了解体验天然碱的生产与化工生产之间的联系及体验技术的发展过程。

b.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）。

2、过程与方法

a.通过对氨碱法原理的探究，体验用化学知识和方法解决实际问题的过程，提高科学素养。

b.学会运用比较、分类、归纳、概括等方法对知识进行加工分析，逐步培养学习化学的能力。

3、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。

二、教学重难点

氨减法和联合制碱法的生产原理及他们之间的异同点

三、教学工具

教学多媒体

黑板

四、教学方法

讲授法

讨论法

分析法

总结法

五、教学过程

【导入】初中的时候我们就学过碳酸钠，那大家知道碳酸钠的俗名又叫什么吗？学生：纯碱。老师：好，这一节课，我们一起来讨论“纯碱的生产”的相关问题。

碳酸钠的用途是很广泛的，可以用于发酵粉、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。

自然界中是存在天然的碳酸钠即碱湖。

获取天然纯碱的方法有两种：

1、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。

2、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。

【引导】好，现在大家从天然碱的形成推测碳酸钠在水中结晶析出主要受哪些因素的影

响，大家思考一下，我们请一位同学来回答一下。

【小结】

改变温度、结晶水合物的组成以及溶剂水的质量等因素，可以改变碳酸钠在水中的溶解情况，提高结晶析出的速率和质量（纯度）。

【讲述】18世界中期工业革命以后，天然碱和从植物的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。

下面我们一起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。

碳酸钠中含有钠离子和碳酸根离子。自然界中存在的含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。碳酸根可以有碳酸盐直接提供，也可有由二氧化碳制取，较为理想的原料是碳酸钙。

【小结】世界上最早实现碳酸钠的工业生产的路布兰法的原料就是用的氯化钠和碳酸钙。我们简单的了解一下：

一、路布兰法

1、原料：NaCl、CaCO3 2、原理：

120℃

a.NaCl+H2SO4=======NaHSO4+HCl↑

600-700℃

NaCl+NaHSO4=========Na2SO4+ HCl↑

1000℃

b.Na2SO4+2C=========Na2S+2CO2↑

1000℃

Na2S+CaCO3=========Na2CO3+CaS 【讲述】我们一起来看一下它的反应原理，我们知道硫酸的造价是比较高的。而且它是具有腐蚀性的，产物中还有氯化氢酸性气体，对设备是有腐蚀的，在整个反应中氯化钠等各种原料的循环利用不是很好，通过老师刚才的解析，我们请一位同学总结一下路布兰法有那些缺点呢？

【小结】3、缺点：原料利用不充分、成本较高、设备腐蚀严重

正是因为如此，促使人们研究新的制碱方法，知道19世纪60年代后逐渐被氨碱法所取代。下面我们一起来看一下氨减法具体的内容：

二、氨碱法（索尔维制碱法）

1、原料：CaCO3、NaCl 、NH3（炼焦）

我们知道上学期学习了碳酸氢钠加热分解的方程式，下面请一位同学上黑板写一下：

△

2NaHCO3 ====Na2CO3+CO2↑+H2O↑

在这个方程式中就有我们要的产物碳酸钠，也就是说，我们想得到碳酸钠，也可以间接先得到碳酸氢钠。具体操作：①先将石灰石煅烧分解；②20℃时，把碳酸氢铵、氯化钠和水配制成一混合溶液；③当把溶液加热蒸发后冷却至20℃，析出的物质。

Q：该析出的物质是什么呢？为什么会析出？（溶解度比较小）

高温CaCO3======CaO+CO2↑

CO2+H2O+NH3=== NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl====NaHCO3↓+ NH4Cl 【引导】思考一下，在这个体系中有那些分子存在呢？（NH4HCO3、NaCl NaHCO3 NH4Cl），已知碳酸氢钠的溶解度是最小的，也就是说首先系出的是碳酸氢钠。在这里碳酸氢钠是由于溶解达到饱和后析出的，因此要加上沉淀符号。

2、原理：

高温CaCO3======CaO+CO2↑

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

2NH4Cl +Ca(OH)2==CaCl2+NH3+H2O

下面我们一起来看一下这个反应过程的物料转化：

CaCO3===CaO+CO2

CaO+H2O===Ca(OH)2

（原料）

NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl

（原料）

2NaHCO3====Na2CO3+CO2+H2O

2NH4Cl +Ca(OH)2==CaCl2+NH3+H2O

我们可以看到氨减法的副产物是CaCl2。

【思考】请两位同学根据上述总结一下氨减法都有哪些优缺点。

3、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。

缺点：副产物氯化钙的处理问题，氯化钠的利用率低（70％）。

【讲述】为解决这两个问题，我国化学家侯德榜发明了联合制碱法，也称为侯氏制碱法。

三、联合制碱法（侯氏制碱法）

所谓联合，就是将氨减法与合成氨工艺进行联合的改进工艺，在合成氨生产中有CO生成，我们是将其转化为CO2,在进行排放等处理，但是排出的CO2使原料利用不尽合理，而且对空气也有一定的污染，在联合制碱法中我们综合利用了合成氨的原料CO2和NH3，用来生产纯碱，既充分利用了合成氨的原料，也减少环境污染。

【板书】1、原料：NaCl、合成氨（CO2、NH3）

2、原理：

a.NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3 ↓+NH4Cl 加热2NaHCO3 =======Na2CO3+CO2↑+H2O↑

b. 【讲述】观察发现联合制碱法和氨减法原理是一样的，怎么又叫做联合制碱法呢？。

在氨减法中副产物是CaCl2,而在联合制碱法中副产物是NH4Cl，其实联合制碱法是对副产物进行了处理。我们知道，NH4Cl在水中存在着电离平衡（NH4ClNH4++Cl-）根据勒夏特列原理，增大生成物离子的浓度，反应会向着生成物离子浓度减少的方向进行，也就是说，增大铵根离子或氯离子的浓度，反应会向着氯化铵结晶析出的方向进行，即我们向反应体系通入氨气或加入食盐颗粒，都可以促使氯化铵结晶析出，由于铵根离子又可以发

生水解，生成氨水，因此母液中的氨水和氯化钠可以返回作反应物，增大了循环利用。

【板书】向反应体系通入氨气或加入食盐颗粒，都可以促使氯化铵结晶析出，母液中的氨水和氯化钠可以返回作反应物

Q：综合以上的分析，大家总结一下，联合制碱法有哪些优点呢？请一位同学总结一下。

【板书】3、优点：综合利用了合成氨的原料，减少了环境污染，提高了氯化钠的利用率（96％），减少了环境污染。

【小结】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？

四、氨减法和联合制碱法的异同点

相同点：原理相同

不同点：原料来源不同，副产物不同

【思考题】在生产过程中，是先通入氨气，还是先通入二氧化碳？

提示：考虑氨气和二氧化碳的溶解度大小。

先通入二氧化碳，溶液中存在碳酸，碳酸的量比较少；再通入氨气，氨气易溶于水，一水合氨的量比较多；此时产物应该是碳酸铵而不是碳酸氢铵。反过来，如果我们先通入氨气，溶液中会存在较多的一水合氨，再通入二氧化碳时，二氧化碳和一水合氨反应，通入的二氧化碳过量就会生成碳酸氢铵，也就是说，此时二氧化碳溶解的多少不是受溶解度限制，而是受反应控制。那么，先通入氨气起到的作用就是为了更多的溶有二氧化碳。

【练一练】略。

六、板书设计

§1-3纯碱的生产

一、路布兰法

1、原料：NaCl、CaCO3 2、原理：

120℃

a.NaCl+H2SO4=======NaHSO4+HCl↑

600-700℃

NaCl+NaHSO4=========Na2SO4+ HCl↑

1000℃

b.Na2SO4+2C=========Na2S+2CO2↑

1000℃

Na2S+CaCO3=========Na2CO3+CaS 3、缺点：原料利用不充分、成本较高、设备腐蚀严重

二、氨碱法（索尔维制碱法）

1、原料：CaCO3、NaCl 、NH3（炼焦）

2、原理：

高温CaCO3======CaO+CO2↑

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

2NH4Cl +Ca(OH)2==CaCl2+NH3+H2O

三、联合制碱法（侯氏制碱法）

1、原料：NaCl、合成氨（CO2、NH3）

2、原理：

a.NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3 ↓+NH4Cl 加热2NaHCO3 =======Na2CO3+CO2↑+H2O↑

b. 四、氨减法和联合制碱法的异同点

相同点：原理相同

不同点：原料来源不同，副产物不同