高中化学选 化学与技术 纯碱的生产教学设计

高中化学选修2化学与技术

1.3纯碱的生产教学设计

［教学目标］

知识与技能

1.索氏制碱法原理（A）

2.候氏制碱法和简单流程，并与索氏制碱法作对比（B）

3.化工生产的一些基本原理（充分利用原料、充分利用能量和保护环境）（A）

过程与方法

1.用对比的方法，分析索氏制碱法和候氏制碱法，感受化学原理应用于实际

化工生产的方法；产生学习兴趣，懂得化学和生活改善、生产发展、社会进步的

关系（A）

2.通过预习、查找资料等培养自学能力和批评精神（A）

情感态度价值观

1.体验化学工业发展和社会物质文明提高的关系，树立“绿色化学”思想，增

强民族自豪感（A）

2.用“充分利用原料、充分利用能量和保护环境”原理分析化工生产优点和缺

点，形成合理利用资源、保护环境，确立可持续发展的观念，增强社会责任感（A）

教学重点和难点

重点：候氏制碱法原理

难点：候氏制碱法生产流程及优点

［教学过程］

纯碱是一种基本化工原料，自然界提供廉价的石灰石和氯化钠（海水），怎

样转化为碳酸钠呢。

1.索尔维法——氨碱法

原料：食盐、氨、二氧化碳

化学方程式：NH3+C02+H2O-^NH4HCO3NH4HCO3+NaCl^NaHCO3；

+NH4CI

力口执一

2NaHCO3^NaoCOa|+CO2T+H2O

石灰石的作用：（1）提供二氧化碳，产生可循使用的氨气。

CaCCh高温ACaO+CO2T

CaO+H2O^Ca(OH)2

2NH4CI+Ca(0H)2fCaCb+2NH3T+2H2O

2.候氏制碱法——联合制碱法

人物介绍——我国化学家侯德榜

原理：同索尔维法

原料不同：焦炭、空气、水和食盐

改进工艺：滤液不再加Ca（OH）2回收NH3,而是加固体食盐，使NH4cl

析出，除去NH4CI后的母液循环使用制Na2co3。不但使原料食盐得到充分利用,

还生产出了化肥。

食盐水

CChIX

I合成港厂产/“碱舛+Na2CO3

*循环I

一世一＞母液一

（提取副产品）

问题：原料不用石灰石，二氧化碳来源？氨不回收，氨来源？

二氧化碳、氨均来自合成氨厂，故称为“联合制碱法L

评价：从化工生产的基本原理的三个方面对氨碱法和联合制碱法进行评价。

图5.12列管式热交换器图5.10氨碱法生产纯碱示意图

3.归纳：氨碱法和联合制碱法比较

化工生产

氨碱法（索氏）联合制碱法（候氏）

基本原理

食盐利用率低72%—74%,大量氯原料利用率高98%,母液循环

（1）充分

化钙作为废液排出使用，同时生产碳酸钠和氯化

利用原料

镂两产品

有石灰窑、蒸氨塔等耗能设备，利用合成氨放出热量，降低了

（2）充分

需燃料加热耗能。节省石灰窑、蒸氨塔等

利用能量

设备，提高生产效率

（3）保护大量氯化钙作为废液排出，产生避免产生大量含氯化钙废液污

环境污染染

原料低廉，成本降低，氨循环利原料利用率高，充分利用能量，

优点用产品纯度高，制造步骤简单几乎无污染，生产碳酸钠和氯

化镂两产品，降低了生产成本

氯化钠未能，耗能大，产生氯化

缺点

钙废弃物等污染

析出碳酸钠后母液中继续加入食盐，通入氨气，使氯化镂析出，得

不同之处

到碳酸钠和氯化镂两种产品

①联合制碱法将氯化镂作为一种化工产品，不再生产氨循环使用；

不同之处

②对分离出碳酸氢钠和氯化镂后含氯化钠的溶液循环使用。

【例题2】我国化学家侯德榜（右图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程

可简要表示如下：

食盐水

CO?IX

I合成京厂产马阮/,碱舛-Na2CO3

*循环I

一世一►母液——

（提取副产品）

（1）上述生产纯碱的方法称，副产品的一种用途

为。

(2)沉淀池中发生的化学反应方程式是。

(3)写出上述流程中X物质的分子式o

(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。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NH4+的浓度，使NH4cl更多地析出

(b)使NaHCCh更多地析出

(c)使NaHCCh转化为Na2co3,提高析出的NH4cl纯度

【分析】候氏制碱法原理与索尔维法基本相同，不同之处，在析出碳酸钠后

母液中继续加入食盐，通入氨气，使氯化镂析出，得到碳酸钠和氯化镂两种产品。

评价一种化工产品生产的工艺过程，关键是要看能否利用价廉、易得的自然资源

和基础化工原料来最大限度地获取目标产物，并从反应体系中提取有用的副产品

或让部分未转化的原材料循环使用，尽量做到物尽其用。

【答案】(1)联合制碱法或侯德榜制碱法化肥或电解液或焊药等(其他合理

答案均给分)

(2)NH3+CO2+H2O+NaCl—NH4cl+NaHCCh|

或NH3+CO2+H2O-NH4HCO3NWHCCh+NaCl-NaHCCh]+NH4cl

(3)CO2

(4)I过滤

(5)稀硝酸和硝酸银溶液

(6)ac

(B)(本题共12分)

(1)C6H6+Br2—C6H5Br+HBr$

(2)反应液微沸有红棕色气体充满A容器

(3)除去溶于澳苯中的澳

Br2+2NaOH-NaBr+NaBrO+H2O

或3Br2+6NaOH^5NaBr+NaBrO3+3H2O

（4）除去澳化氢气体中的澳蒸气

（5）石蕊试液，溶液变红色（其他合理答案都给分）

【训练题】

1.用石墨和铁作电极，电解饱和食盐水时，铁是（）

A.正极B.负极C.阴极D.阳极

2.下列生产步骤，不是为提高原料转化率的是（）

A.合成氨生产时，在平衡混合气体中分离出氨气后，剩余气体循环使用

B.接触法制硫酸时，在灼烧硫铁矿时通入过量的空气

C.氨氧化制硝酸时，用过量的空气与氨气进行催化氧化

D.生产盐酸时，使氯气被包围在稍过量的氢气中燃烧

3.取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电

源，一段时间后，发现电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外

圆呈浅红色。则下列说法错误的是

A.b电极是阴极B.a电极与电源的正极相连接

C.电解过程中，水是氧化剂D.b电极附近溶液的pH变小

4.氯碱工业的原料食盐一般来自,粗盐中含有S04%Mg2+和Ca2+

等杂质离子，为保护电解槽在生产时不受损，必须除去后才能使用。选用的试剂

为、、和盐酸，为除净杂质离子，加

入的试剂应稍过量，这又不可避免地引入过量试剂的杂质离子。这就依靠人们设

计出合理的添加试剂的顺序，使过量试剂引入的杂质离子逐一地被清除（即前一

种过量试剂的杂质离子被后一种试剂清除）。如果设计不合理，就做不到这一点。

整个除杂质的过程中发生的离子反应有

5.电解饱和食盐水时，阳极上产生的是,阴极上产生

用石棉隔膜把阳极区与阴极区隔开是为了防止发生（用有关化学方程式表

示）_____________________

6.工业制纯碱涉及到的部分反应如下:

NaCl+NH3+CO2+H2()fNaHCChj+NH4cl①

CaCO3-^^CaO+CO2T②

催化剂A

N2+3H2-»2NH3(3)

1W1温iWi压

CaO+2NH40fCaCb+2NH3T+H2O④

力□执

U

2NaHCO3^^Na2CO34-H2O+CO2T（5）

（1）氨碱法和联合制碱法共同使用的反应原理有，属于氨碱法

单独使用的反应原理有,属于联合制碱法单独使用的反应原理

有。

（2）碳酸氢钠分解产生的二氧化碳可循环使用，但必须要补充，补充的主

要原因是,但实际生产中补充量超过理论上反应耗用量，可能的原

因是O

（3）氨碱法需补充的二氧化碳一定来自,那么联合制碱需补充

的二氧化碳可能来自。

（4）侯德榜法在虑去碳酸氢钠的母液中加入氯化钠并通氨气时，会析出氯

化镂的原因是,比起氨碱法采用氨循环，联合制碱法

的两个突出优点是,。

7.仿照例子填写下表

工业生产方法或装置作用

发电粉碎煤炭、鼓入高压空气使煤炭充分燃烧，充分利用能源

热交换器

原料气循环使用

尾气吸收

8.利用天然气合成氨的工艺流程示意如下:

依据上述流程，完成下列填空：

(1)天然气脱硫时的化学方程式是_____________________________________

(2)nmolCH4经一次转化后产生COO.9nmol、产生H2mol(用含

n的代数式表示)

(3)K2c03(aq)和C02反应在加压下进行，加压的理论依据是(多

选扣分)

(a)相似相溶原理(b)勒沙特列原理(c)酸碱中和原理

(4)由KHCO3分解得到的C02可以用于

(写出C02的一种重要用途)。

(5)整个流程有三处循环，一是Fe(0H)3循环，二是K2c。3(叫)循环，

请在上述流程图中标出第三处循环(循环方向、循环物质)。

【答案】

(1)3H2s+2Fe(OH)3-Fe2s3+6H2O、

(2)27n

(3)b(3分)

(4)生产纯碱

【拓展题】.

1.将磷肥生产中形成的副产物石膏(CaS042H20)转化为硫酸钾肥料和氯化

钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具

有重要意义。以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图。

CaSO4r2H2。

髅二瓯反而-应方『CaC5

/|NH3|(NH4)2SO4

一：F蒸氨kNH4cl__I过滤n|一晶航F|-KC1

H2U-1_----i1---------1

CaCl2-6H2OK2SO4

(1)本工艺中所用的原料除CaS042H20、KC1外，还需要等

原料。

(2)写出石膏悬浊液中加入碳酸镂溶液后发生反应的离子方程式：

(3)过滤I操作所得固体中，除CaC03外还含有(填化学式)等物

质，该固体可用作生产水泥的原料。

(4)过滤I操作所得滤液是(NH4)2SO4溶液。检验滤液中含有CO32—的方

法是：_____________________

(5)已知不同温度下K2SO4在100g水中达到饱和时溶解的量如下表：

温度(℃)02060

K2s04溶解的量(g)7.411.118.2

60℃时K2s04的饱和溶液591g冷却到0℃,可析出K2s