课题3　纯碱的生产教案评析

人教版

选修2

第一单元

走进化学工业（课题3

纯碱的生产）

课前预习

一、纯碱的存在和用途

1．存在

一些生长于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。大量的碳酸钠主要来自一些地表碱湖。

2．用途

碳酸钠，俗名纯碱，是一种重要的化学基本工业产品。很多工业都要用到碳酸钠，如玻璃、制皂、造纸、纺织和漂染等。碳酸钠作为原料还可以用于生产其他含钠的化合物；碳酸钠也被大量地应用于生活中。

【思考·讨论】

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？

答案

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。

二、氨碱法生产纯碱

1．路布兰制碱

原料：硫酸、食盐、石灰石、木炭；缺点：原料利用不充分、成本较高、设备腐蚀严重等。

2．氨碱法生产纯碱

(1)原料：食盐、氨(来自炼焦副产品)和二氧化碳(来自碳酸钙)。

(2)主要反应原理(写方程式)：

①将CO2通入含氨的饱和食盐水中：NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3，NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl。

△②碳酸钠的获取：2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。

【思考·讨论】

索尔维法生产纯碱的过程，经过了哪几个阶段，简述氨碱法的优缺点。

答案

索尔维法制碱的主要过程可划分为以下几个阶段：

(1)盐水的精制：在配制的饱和食盐水中，加入熟石灰和纯碱，以除去食盐水中的Mg2＋和Ca2＋。

(2)盐水氨化：在精制盐水中，通入氨气制成氨盐水。

(3)氨盐水碳酸化：使氨盐水吸收二氧化碳，生成碳酸氢钠和氯化铵。

NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl (4)碳酸氢钠的转化：滤出碳酸氢钠后煅烧得到纯碱，同时回收二氧化碳再利用。

△2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

(5)氨的循环：将氯化铵加石灰乳分解，回收氨循环利用。

△2NH4Cl＋Ca(OH)2=====2NH3↑＋CaCl2＋2H2O 氨碱法生产纯碱的优缺点：

(1)优点：氨碱法生产纯碱具有原料(食盐和石灰石)价廉易得、产品纯度高、氨和部分二氧化碳可循环使用、制造步骤简单、生产过程连续且规模大等。

(2)缺点：大量CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70%，约30%的NaCl留在母液中。

三、联合制碱法

1．原料

联合制碱法，即将氨碱法与合成氨联合生产的改进工艺。原料为食盐、氨气和CO2，其中氨气和CO2来自于合成氨。

2．反应原理

联合制碱法的主要化学反应方程式是NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，△2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。

【思考·讨论】

简述联合制碱法的过程，获取副产品NH4Cl晶体的方法是什么？主要优点有哪些？

答案

(1)盐水精制：加入熟石灰和纯碱除去Ca2＋、Mg2＋。

(2)盐水氨化：精制盐水中通入NH3。

(3)氨盐水碳酸化：NaCl＋H2O＋NH3＋CO2===NaHCO3↓＋NH4Cl。

△(4)制Na2CO3回收CO2：2NaHCO3=====Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑。

(5)循环制NH4Cl：析出NaHCO3后的母液中吸收NH3，降温加食盐，析出NH4Cl，滤出NH4Cl后再经氨化、碳酸化制碱。

优点：使食盐的利用率提高到96%，NH4Cl可作化肥，革除了CaCO3制CO2的工序，降低了生产成本。错误!错误!错误!错误!错误!错误!

课堂探究

一、索尔维法生产纯碱原理分析

1．索尔维制碱法生产原理示意图

2．索尔维法生产纯碱的工艺过程划分

①盐水的精制

在配制的饱和食盐水中，加入熟石灰和纯碱，以除去食盐水中的Mg2＋和Ca2＋。

②盐水氨化

在精制盐水中，通入氨气制成氨盐水。

③氨盐水碳酸化

使氨盐水吸收二氧化碳，生成碳酸氢钠和氯化铵。

NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl ④碳酸氢钠的转化

滤出碳酸氢钠后煅烧得到纯碱，同时回收近一半的二氧化碳再利用。

△2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

⑤氨的循环

向母液中加入石灰乳，回收氨循环利用。

△2NH4Cl＋Ca(OH)2=====2NH3↑＋CaCl2＋2H2O 【例1】

以下关于索尔维制碱法的描述不正确的是(

) A．使用的原料为食盐、CO2、氨

B．精制盐水后应先通入NH3再通入过量的CO2

C．析出NaHCO3后的母液中已无NaCl，只有NH4Cl D．索尔维法的缺点是食盐利用率只有70%，生成的CaCl2难处理

答案

C 变式1

工业上常用氨碱法制取碳酸钠(将氨和二氧化碳先后通入饱和食盐水而析出小苏打，再经过滤、煅烧而得到纯碱)，但却不能用氨碱法制取碳酸钾，这是因为在溶液中(

) A．KHCO3溶解度较大

C．K2CO3溶解度较大

答案

A 二、氨碱法与联合制碱法的比较

B．KHCO3溶解度较小

D．K2CO3溶解度较小

联合制碱法

索尔维制碱法

NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl 化学反应

△2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

△2NH4Cl＋Ca(OH)2=====2NH3↑＋CaCl2＋2H2O △2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

食盐、氨(来自炼焦厂)、二氧化碳(来自碳酸钙)、水

主要原料

食盐、氨、二氧化碳、水

将精制食盐水经氨化、碳酸化反应生成碳酸氢钠。过滤出碳酸氢钠，将碳酸氢钠煅烧制得纯碱，滤液(称为母液Ⅰ)用于制主要生产过程

氯化铵。使母液Ⅰ吸氨，降温并加食盐粉，使氯化铵逐步从母液Ⅰ中结晶析出，再经过滤(滤液称为母液Ⅱ)、干燥制得氯化铵产品。再将母液Ⅱ进行氨化、碳酸化制成纯碱

盐水的精制；盐水氨化、碳酸化；碳酸氢钠的转化和二氧化碳的循环；氨的循环

生产过程中所需要的氨和二氧化碳都是由合成氨厂提供的，从滤出碳酸氢钠后所得到的母液中可回收氯化铵，因此，它主要

优点

保留了氨碱法的优点，克服了它的缺点，使氯化钠的利用率提高到了96%以上。联合制碱法既体现了大规模联合生产的优越性，也是综合利用原料、降低成本、减少环境污染的典型代表

原料食盐中的另一成分Cl－和石灰石中的另一成分Ca2＋生成氯化钙，如何处主要

缺点

设备循环处理量大，加重了设备的腐蚀

理它成为氨碱法生产的一个问题；氨碱法生产中食盐的利用率不高，大约只有70%，如何提高食盐的利用率成为氨碱法的另一个问题

【例2】

下图是历史上出现的两种纯碱制造方法工艺流程，根据流程图回答有关问题：

氨碱法生产纯碱具有原料(食盐和石灰石)便宜易得、产品纯度高、氨和部分二氧化碳可循环使用、制造步骤简单，生产过程连续且规模大等优点。

(1)下列反应原理在索尔维制碱法中没有使用到的是________(填序号)。

△A．2NH4Cl＋Ca(OH)2=====CaCl2＋2NH3↑＋2H2O △B．NH4Cl=====NH3↑＋HCl↑

煅烧C．2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

D．NH3＋CO2＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl (2)在两种方法中都是先向盐水中通入NH3，然后再通入CO2，其原因是：______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________。

(3)在两种方法中都可以循环使用的物质是________(填化学式)。

(4)侯氏制碱法中母液Ⅰ转化为母液Ⅱ的目的是____________________________ ____________________________________________________________________。

(5)从两种流程看，侯氏制碱法具有哪些优点？

_____________________________________________________________________。

答案

(1)B (2)CO2在盐水中溶解度小，先通入NH3可以使通入的CO2被充分吸收并反应

(3)CO2

(4)母液Ⅰ吸收氨后，降温并加入食盐粉，使NH4Cl结晶析出，得到不需要再精制的食盐水重新用于生产

(5)不产生CaCl2废料，同时得到纯碱与NH4Cl两种产品，食盐利用率高等

变式2

我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如图所示。

(1)上述生产纯碱的方法称________，副产品的一种用途为________。

(2)沉淀池中发生反应的化学方程式是____________________。

(3)写出上述流程中物质X的分子式________。

(4)使原料氯化钠的利用率从70%提高到96%以上，主要是设计了________(填上述流程中的编号)循环。从沉淀池中取出沉淀的操作是________。

(5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加________。

(6)向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有________。

a．增大NH＋4的浓度，使NH4Cl更多地析出

b．使NaHCO3更多地析出

c．使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度

答案

(1)联合制碱法或侯氏制碱法

作化肥或作电解液等(其他合理答案均可)

(2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓

(3)CO2

(4)Ⅰ

过滤

(5)硝酸酸化的硝酸银溶液

(6)ac 课堂检测

1．在制小苏打(NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl)的操作中，应在饱和食盐水中(

) A．先通入CO2，达到饱和后再通入NH3B．先通入NH3，达到饱和后再通入CO2

C．CO2和NH3同时通入D．以上3种方法都行

答案

B 2．1791年，法国医生路布兰首先获得制碱专利，以食盐、浓硫酸、石灰石、煤为原料制碱，该方法分三步：

△①用NaCl与H2SO4反应制Na2SO4：2NaCl＋H2SO4=====Na2SO4＋2HCl↑

煅烧②用焦炭还原Na2SO4制Na2S：Na2SO4＋2C=====Na2S＋2CO2↑

煅烧③用硫化钠与石灰石反应制Na2CO3：Na2S＋CaCO3=====Na2CO3＋CaS 下列说法正确的是(

) A．②③两步都是氧化还原反应

C．该方法对生产设备基本没有腐蚀

答案

B 3．以下关于氨碱法与联合制碱法的认识，不正确的是(

) A．氨碱法生产纯碱的原料便宜易得，步骤简单，是最早的制碱工艺

B．联合制碱法又称侯氏制碱法，是侯德榜在氨碱法的基础上改造形成的

C．在联合制碱法中，氯化钠的利用率比氨碱法中的高

D．联合制碱法避免了氨碱法中对氯化钙的处理

答案

A 4．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NH＋4、HCO3的原理：B．只有第②步是氧化还原反应

D．该方法原料利用率较高

______________________________________________________________________；

_____________________________________________________________________。

(2)向饱和食盐水中加(通)入氨气和二氧化碳的先后顺序是先通氨气后通二氧化碳。是否可以先通二氧化碳后通氨气？为什么？_____________________________ ____________________________________________________________________。

(3)写出氨碱法生成碳酸氢钠的化学方程式：_______________________________ _____________________________________________________________________。

答案

(1)NH3＋H2OOH－)

CO2＋H2ONH3·H2OH2CO3－NH＋4＋OH(或NH3＋H2O＋HCO－3＋H(或CO2＋H2ONH＋4＋

＋HCO－3＋H) (2)否

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。若先通入二氧化碳后通氨气，溶液里只能产生很小浓度的HCO－3，不利于生成NaHCO3沉淀

(3)NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl(或NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl) 5．侯氏制碱法的步骤如下：

试回答下列问题：

(1)若上述的悬浊液是NaHCO3和NH4Cl的混合液，则Ⅰ和Ⅱ的总反应方程式为_____________________________________________________________________。

(2)由这一反应可知NaCl比NaHCO3溶解度____________________________。

(3)操作Ⅰ、Ⅱ不能颠倒的原因是_______________________________________。

(4)Ⅲ的操作叫______________________________________________________。

(5)Ⅳ的操作叫______________________________________________________。

答案

(1)NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl

(2)大

(3)CO2在水中的溶解度较小，后通NH3不可能产生大量HCO－3，故不可能析出NaHCO3晶体

(4)过滤

(5)煅烧