人教版高中化学选修2：化学与技术 课题3　纯碱的生产 全市一等奖

课题3纯碱的生产第一页，共十七页。同学们在学案中呈现的主要疑惑：1、路布兰法的优点是什么？纪念意义吗？因为是最早发明？空白。（李骋艺、诸永婷等大部分同学）2、练习题中“只析出NaHCO3晶体的原因”空白或错填（叶勇、何梦芸等同学）3、氨碱法和联合制碱法的基本原理一样，有什么区别？为什么氨碱法中的NaCl无法充分利用而联合制碱法可以（李骋艺、黄秋童、余婷婷等）

弱弱地问一下，侯德榜有没有侵犯索尔维的专利权？（hlx）4、联合制碱法不能让NH3和CO2循环使用，为什么说它比氨碱法好？（黄秋童等）第二页，共十七页。纯碱……碳酸钠是一种重要的化学基本工业产品第三页，共十七页。中国最大的内陆湖泊，也是国内最大的咸水湖——青海湖一、从自然界中获取纯碱植物灰烬地表碱湖（干旱、少雨地区）冬季到来时，湖水中所含的碳酸钠结晶析出。原因？第四页，共十七页。（1）用硫酸将食盐转变为硫酸钠NaCl+H2SO4NaHSO4+HCl↑NaCl+NaHSO4Na2SO4+HCl↑120℃600～700℃（2）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Na2SO4+2CNa2S+2CO2↑Na2S+CaCO3Na2CO3+CaS1000℃1000℃路布兰提出以普通食盐为原料，用硫酸处理得硫酸钠及盐酸，硫酸钠再与石灰石、煤粉配合入炉煅烧生成纯碱的方法。二、纯碱的工业生产1.路布兰法——世界上最早实现纯碱的工业生产18世纪中叶，英、法爆发了七年战争(1756～1763)，当时依赖于西班牙植物碱的来源断绝。1775年法国科学院悬赏巨金，征求可供实用的制碱方法。工业生产碳酸钠的主要原料是什么？为什么？第五页，共十七页。1783年，法国科学院同意授予路布兰奖金，但因故终未颁发。1791年，路布兰获得专利权（该专利权在法国大革命中被革命党要求持有者无条件公开），同年由奥尔良公爵筹集巨款，在巴黎附近的圣但尼建立第一个路布兰法碱厂。1823年英国取消盐税，引进路布兰法，在利物浦建成纯碱工厂投入生产。从此，英国制碱工业突飞猛进，远远领先于法国。

1825～1880年间是路布兰法制碱的极盛时期。它带动了硫酸、盐酸、漂白粉、芒硝以及硫磺等一系列化工产品的生产；对于化工装置,如气体洗涤器、旋转炉、机械烤炉、开口式特兰锅和香克式浸溶装置等的出现，也起了很大的促进作用。路布兰法是化学工业兴起的重要里程碑。但因为其产品纯度低，生产成本高,劳动效率低,生产过程均固相操作，难以连续作业，加之回收的盐酸腐蚀性强，必须外销或另作处理；所以在投产50年后开始不支1861年发明的索尔维法（即氨碱法）的竞争，终于在20世纪20年代被淘汰第六页，共十七页。2.氨碱法（索尔维制碱法）索尔维在用食盐水洗涤煤气时（废水中含有氨和二氧化碳），偶然发现了一种白色沉淀，他推测这种白色沉淀可能是碳酸氢钠。

为什么他会推测是碳酸氢钠，而不是其他物质呢？NaClNH4ClCaCl2Na2CO3CaCO3NaHCO3NH4HCO335.937.274.521.50.0005299.621.720℃时一些物质在水中的溶解度/gCaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaClNH3+CO2+H2O=NH4HCO3NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl如何证明白色沉淀是碳酸氢钠？第七页，共十七页。练习1(2014·山东高考·32)【化学—化学与技术】工业上用重铬酸钠(Na2Cr2O7)结晶后的母液(含少量杂质Fe3+)生产重铬酸钾(K2Cr2O7)。工艺流程及相关物质溶解度曲线如图:(1)由Na2Cr2O7生产K2Cr2O7的化学方程式为

。通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因是

。低温下K2Cr2O7溶解度远小于其他组分,随温度的降低,K2Cr2O7的溶解度明显减小(合理即可)Na2Cr2O7+2KClK2Cr2O7↓+2NaCl第八页，共十七页。练习2(2017·全国新课标卷Ⅲ·27)重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO•Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：（4）有关物质的溶解度如图所示．向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到

（填标号）得到的K2Cr2O7固体产品最多。a.80℃b.60℃c.40℃d.10℃步骤⑤的反应类型是

。d复分解反应第九页，共十七页。2.氨碱法（索尔维制碱法）（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水中，可以得到碳酸氢铵和氯化铵：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl（2）制取碳酸钠2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑为什么先通入氨气，再通入CO2？第十页，共十七页。氨碱法优点：

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以循环使用、制造步骤简单等。氨碱法缺点：副产品CaCl2难处理、用途不多，食盐利用率不高约70%。3.联合制碱法（侯氏制碱法）高温煅烧石灰石，能耗大第十一页，共十七页。联合制碱法包括两个过程：

第一个过程与氨碱法相同,将氨通入饱和食盐水而成氨盐水,再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀,经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体,再煅烧制得纯碱产品,其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。

第二个过程是从含有氯化铵的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大,低温时的溶解度则比氯化钠小,而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多.所以在低温条件下,向滤液中加入细粉状的氯化钠,并通入氨气,可以使氯化铵单独结晶沉淀析出,经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品.此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液,已基本上被氯化钠饱和,可回收循环使用。

联合制碱法与氨碱法比较,其最大的优点是使食盐的利用率提高到96％以上,用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱。另外它综合利用了氨厂的二氧化碳、氨气和碱厂的氯离子,同时,生产出两种可贵的产品——纯碱和氯化铵。将氨厂的废气二氧化碳,转变为碱厂的主要原料来制取纯碱,这样就节省了碱厂里用于制取二氧化碳的庞大的石灰窑；将碱厂的无用的成分氯离子（Cl－）来代替价格较高的硫酸固定氨厂里的氨,制取氮肥氯化铵.从而不再生成没有多大用处,又难于处理的氯化钙,减少了对环境的污染,并且大大降低了纯碱和氮肥的成本,充分体现了大规模联合生产的优越性。缺点是增大了设备循环处理的量，加大了设备的腐蚀，但经济上完全可以补偿此法的不足。第十二页，共十七页。（2005年上海化学，26）我国化学侯德榜（右图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：（4）使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了

（填上述流程中的编号）的循环。（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Ia、c第十三页，共十七页。小结氨碱法（索尔维制碱法）联合制碱法（侯氏制碱法）有关化学反应方程式

优点

缺点

NH3+CO2+H2O=NH4HCO3，NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl或NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑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以循环使用、制造步骤简单等。副产品CaCl2难处理、用途不多，食盐利用率不高约70%，高温煅烧石灰石，能耗大。原料便宜易得，变废为保（利用了合成氨中的废气CO2、不需要高温煅烧石灰石获取，节能减排），原料利用高（NaCl利用率高达96%以上），副产品NH4Cl用途广泛。用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱，增大了设备循环处理的量，加大了设备的腐蚀但经济上完全可以补偿第十四页，共十七页。侯德榜与塘沽永利碱厂

联合制碱法（侯氏制碱法）将制碱技术推向了一个新的水平，赢得了国际化工界的高度评价，更为人所敬佩的是侯德榜的无私奉献精神。路布兰法：在法国大革命中被革命党要求持有者无条件公开；索尔维法：帝国主义者技术垄断，后为侯德榜所破解并改进；侯氏制碱法：将多年研究心得出书，将成果与全世界共享。第十五页，共十七页。【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（1