课题3　纯碱的生产

1、第一单元 走进化学工业课题3 纯碱的生产知道纯碱的用途吗？你想一想 自然界中哪些地方存在纯碱？碳酸钠在自然界存在相当广泛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，这些地区大多干旱、少雨，图我国的内蒙古、吉林、黑龙江、青海和宁夏等地，当冬季到来时，湖水中所含的碳酸钠结晶析出，经简单的加工就得到天然碱，18世纪中期工业革命以后，天然碱和从植物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。思考与交流 1.从天然碱的形成推测碳酸钠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，请你设想工业生产碳

2、酸钠的主要原料是什么？为什么？寸草不生的盐碱地中国最大的内陆湖泊，也是国内最大的咸水湖青海湖自然界中有纯碱吗？内蒙古鄂尔多斯合同查汗淖碱湖 鄂尔多斯天然碱厂纯碱生产车间纯碱的生产如何获得自然界中的纯碱？思考与交流1.从天然碱的形成推测碳酸钠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，请你设想工业生产碳酸钠的主要原料是什么？为什么？资料卡片路布兰法世界上最早实现纯碱的工业生产1.用硫酸将食盐转变为硫酸钠NaCl+H2SO4 NaHSO4+HClNaCl+NaHSO4 Na2SO4+HCl 1206007002.将硫酸钠与木炭、石灰石一起加热，反应生成碳酸钠和硫化钙

3、Na2SO4+2C Na2S+2CO2Na2S+CaCO3 Na2CO3+CaS10001000路布兰法缺点资料卡片：世界上最早是通过路布兰（N.Leblanc，1742-1806）法实现碳酸钠的工业生产。缺点：原料利用不充分、成本较高，设备腐蚀严重等。 直到19世纪60年代后逐渐被氨碱法所取代。一、氨碱法生产纯碱（索尔维制碱法）比利时化学家索尔维氨碱法是由比利时人索尔维（E.Solvay,1838-1922）发明的，所以，氨碱法也称索尔维制碱法。氨碱法是以碳酸钙和氯化钠为原料生产碳酸钠（副产物为氯化钙）的过程。尽管食盐和碳酸钙是生产纯碱最廉价的原料，但食盐和碳酸钙并不能直接发生反应而生成碳酸

4、钠，必须通过中间产物作为过渡才能实现。索尔维发明的氨碱法以食盐、氨（来自炼焦副产品）和二氧化碳（来自碳酸钙）为原料，通过一系列反应来生产碳酸钠。1.生成碳酸氢钠和氯化铵 将二氧化碳通入含氨的饱和食盐溶液中，可得到碳酸氢钠和氯化铵： NH3CO2H2O=NH4HCO3 NaClNH4HCO3=NaHCO3NH4Cl 2.制取碳酸钠 2NaHCO3 =Na2CO3CO2H2O 一、氨碱法生产纯碱（索尔维制碱法）CaCO3=CO2+CaONaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2OCaO+H2O=Ca(OH)22NH4Cl+Ca(OH)2=2

5、NH3+CaCl2+2H2O产品副产品图111 氨碱法生产原理示意图表1-4 20 时一些物质在水中的溶解度/g氯化钠氯化铵碳酸钠碳酸氢钠碳酸氢铵35.937.221.59.621.71.两支试管分别盛有2mLNH4HCO3和2mL饱和食盐水。将两支试管的溶液混合于一支试管中，振荡，观察现象。科学探究优点： 原料便宜易得，产品纯度高，氨和部分二氧化碳可以循环使用，制作步骤简单。请你分析一下氨碱法的优缺点？缺点： 副产物氯化钙的处理，食盐的利用率不高，大约只有70%。二、联合制碱法个人简历：1890年 出生1911年 考入清华留美预备学校，后以10门功课1000分的优异成绩被保送到美国留学191

6、6年 获美国麻省理工学院学士学位1919年 获美国哥伦比亚大学硕士学位1921年 获博士学位合成氨工艺中需要将CO转化为CO2除去，排空的二氧化碳使原料的利用不尽合理，还会对大气造成一定影响。为解决这一问题，我国化工专家侯德榜提出了将氨碱法与联合生产的改进工艺，这就是联合制碱法，也称侯氏制碱法。特点：生产过程中所需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的母液中可回收氯化铵，因此，它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，尽管增加了设备循环处理的量，也会加重设备的腐蚀，但经济上完全可以补偿此法的不足。联合制碱法既体现了大规模联合生产的优越性，也是综合

7、利用原料、降低成本、减少环境污染的典型代表。二、联合制碱法（侯氏制碱法）NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O原料NH3CO2（原料，来自合成氨）（副产品）图112联合制碱法生产原理示意图两种著名的制碱技术(1)氨碱法制纯碱(索尔维制碱法)(2)联合制碱法(侯氏制碱法)思考:阅读图1-11和图1-12,总结这两种方法的有何相同?联合制碱法有哪些优点呢？思考与交流 根据联合制碱法生产原理示意图，分析比较它与氨碱法的有哪些异同？相同点：不同点：原理相同NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl2NaHCO3= Na2C

8、O3+CO2+H2O原料的来源和副产物不同 在纯碱的生产过程中NaCl是否被充分利用？ 在纯碱的生产过程中哪些物质得到了循环使用？ 在纯碱的生产过程中是先通入NH3还是CO2？ 思考与交流 人类历史上，科学技术的突破性重大发现和成果总是与一些伟大的名字联系在一起，路布兰（1791）、索尔维（1862）和侯德榜（1924）的名字都铭刻在人类制碱技术发展的历史上，你知道吗？路布兰是一名医生，索尔维是在工作中学习化学的，侯德榜是化学工程学博士。根据三个人所处的年代及学习经历，你对技术与科学的关系有哪些新的认识？总结：氨碱法的生产原理重点：难点： 离子反应的实质就是使离子的浓度减小NaCl+NH3+C

9、O2+H2O=NaHCO3+NH4Cl2NaHCO3= Na2CO3+CO2+H2O练习1.下列属于侯氏制碱法的优点的是（ ）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D2.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.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A3.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.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

10、少量澄清的石灰水，观察现象A4.(2005上海高考，26 ,13分)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下：(1) 副产品的一种用途为 。(2)使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了 的循环。用作化肥或焊药或电解液(3)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 。(4)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NH4+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纯度稀HNO3和AgNO3溶液AC5.（2005年

11、天津）根据侯德榜制碱法原理并参考下表数据，实验室制备纯碱的主要步骤是：将配制好的饱和NaCl溶液倒入烧杯中加热，控制温度在3035，搅拌下分批加入研细的NH4HCO3 固体，加料完毕后，继续保温30分钟，静置、过滤得NaHCO3 晶体，用少量蒸馏水洗涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧两小时，得到Na2CO3固体。(1)反应温度控制在3035，是因为若高于35，则 ；若低于30则 ；为控制此温度范围，应采取的加热方法是 。(2)加料完毕后，继续保温30分钟，目的是 ；只析出NaHCO3 晶体的原因是 ； 用蒸馏水洗涤NaHCO3 晶体的目的是除去 杂质（以化学式表示）四种盐在不同温度下的溶解度（g100g水)表：010 20 30 40 50 60 100 NaCI35.735.836.036.336.637.037.339.8