純堿的工業(yè)制法

純堿的工業(yè)制法宜川中學(xué)湯群［教學(xué)目標(biāo)］知識與技能：1．理解純堿工業(yè)制法中所應(yīng)用的相關(guān)化學(xué)原理；2．了解工業(yè)制純堿的簡單工藝流程；3．了解化學(xué)原理應(yīng)用于實(shí)際化工生產(chǎn)的方法；4．進(jìn)一步鞏固溶解度、離子反應(yīng)等有關(guān)概念。過程與方法：1．據(jù)純堿的化學(xué)組成推測生產(chǎn)原料，掌握從原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的化學(xué)反應(yīng)原理，提高化學(xué)思維能力；2．據(jù)化學(xué)原理對碳酸鈉的工業(yè)制備流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力；3．對氨堿法和聯(lián)氨法兩種工藝優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評價(jià)，學(xué)會(huì)一些分析和解決問題的思路和方法。情感態(tài)度與價(jià)值觀：1．通過對碳酸鈉工業(yè)制備流程圖的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神；2．了解基礎(chǔ)化學(xué)知識在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)以致用的意識和能力；3．通過相互討論，培養(yǎng)主動(dòng)探究問題的態(tài)度和合作精神；4．通過學(xué)習(xí)純堿的工業(yè)制法，體會(huì)綠色化學(xué)、體會(huì)化學(xué)學(xué)科對人類社會(huì)的重要意義。5．通過了解索爾維和侯德榜，學(xué)習(xí)這兩位化學(xué)家勤于鉆研、勇于創(chuàng)新實(shí)踐的精神。［教學(xué)重點(diǎn)］與純堿工業(yè)相關(guān)的化學(xué)原理、循環(huán)原理、純堿工藝流程［教學(xué)難點(diǎn)］化學(xué)原理與工業(yè)生產(chǎn)的結(jié)合分析［教學(xué)方法］啟發(fā)、引導(dǎo)、講解、討論等［教具學(xué)具］多媒體課件［教學(xué)流程］引入課題掌握氨堿法制備純堿的化學(xué)反應(yīng)原理畫氨堿法的制備流程圖學(xué)會(huì)評價(jià)氨堿法的優(yōu)缺點(diǎn)介紹侯氏制堿法及其原理結(jié)合氨堿法，評價(jià)侯氏制堿法小結(jié)，布置作業(yè)［課題引入］［教師］同學(xué)們，大家好。今天能在高三12班上課，我感到很榮幸。今天我們上課的內(nèi)容是:純堿的工業(yè)制法。純堿是什么物質(zhì)的俗稱?對，是碳酸鈉蘇打的俗稱。純堿是重要的基礎(chǔ)化工原料，主要應(yīng)用于玻璃制造、化工、冶金，以及造紙、紡織、食品等輕工業(yè)，用量極大，被譽(yù)為“化工之母”。純堿的地位如此重要，工業(yè)上如何通過化學(xué)反應(yīng)去制備碳酸鈉呢？要制備碳酸鈉，得找生產(chǎn)原料。為適合大規(guī)模的生產(chǎn)，所找的原料應(yīng)是廣泛、廉價(jià)的。根據(jù)這個(gè)原則，我們共同來尋找。碳酸鈉含有鈉離子和碳酸根離子。含有鈉離子的化合物自然界中最常見的是 氯化鈉，提供碳酸根最廉價(jià)的原料是石灰石（碳酸鈣）。因此，我們可利用氯化鈉和碳酸鈣作為生產(chǎn)原料。［投影］制備純堿的原料:NaCl,CaCO3［提問］氯化鈉和碳酸鈣能直接反應(yīng)生成碳酸鈉嗎?［學(xué)生］不能［設(shè)問］不能直接生成碳酸鈉，就必須有中間產(chǎn)物作為過渡。可以通過什么中間產(chǎn)物過渡呢？［引導(dǎo)］這個(gè)問題可以說困擾了科學(xué)界很長的一段時(shí)間。法國科學(xué)院甚至設(shè)立10萬法郎，用于獎(jiǎng)勵(lì)發(fā)明蘇打工藝的人。比利時(shí)工業(yè)化學(xué)家索爾維通過努力，以碳酸氫鈉作為中間產(chǎn)物，再由碳酸氫鈉煅燒得到碳酸鈉，從而實(shí)現(xiàn)了合成制堿的生產(chǎn)方法。索爾維發(fā)明的這種方法就叫做索爾維制堿法。

［投影］一、索爾維制堿法（氨堿法）［設(shè)問］索爾維制堿法的化學(xué)反應(yīng)原理是怎樣的？首先來了解索爾維是怎樣制備碳酸氫鈉。索爾維通過大量的研究，發(fā)現(xiàn)在飽和食鹽水中通入兩種氣體能產(chǎn)生大量的碳酸氫鈉沉淀。這兩種氣體是由碳酸鈣煅燒形成的二氧化碳以及氨氣。碳酸氫鈉的制備：通c°2飽和食鹽通nh3|［設(shè)問］為什么飽和食鹽水中通入氨氣和co2就能有碳酸氫鈉沉淀產(chǎn)生？［引導(dǎo)］我們來分析一下。氨氣是一種堿性氣體，二氧化碳是酸性氧化物，這兩者在溶液中反應(yīng)嗎？反應(yīng)生成什么物質(zhì)？［學(xué)生］生成碳酸氫銨［引導(dǎo)］當(dāng)NH4HCO3和NaCl這兩種可溶性鹽混合在一起時(shí)，溶液中大量存在的離子有哪幾種？［學(xué)生］NH4+,HCO「C「Na+四種離子。［提問］請大家析這四種離子兩兩結(jié)合可形成哪幾種物質(zhì)？［學(xué)生］NH4HCO3,NaCl,NaHCO3,NH4Cl［教師］根據(jù)溶解性表，我們應(yīng)該知道為什么碳酸氫鈉可沉淀析出？［投影］［投影］\溶溫度鹽\解度0C10C20C30C40C50C60C100°CNaCl35.735.836.036.336.637.037.339.8NH4HCO311.915.821.027.0一①一一一NaHCO36.98.19.611.112.714.516.4—NH4Cl29.433.337.241.445.850.455.3773四種鹽在不同溫度下的溶解度（g/ioog水）表①〉35°CNH4HCO3會(huì)有分解［學(xué)生］因?yàn)镹aHCO3溶解度較小，在溶液中含有較大濃度的鈉離子和碳酸氫根時(shí)，就會(huì)有碳酸氫鈉的晶體析出。析出的碳酸氫鈉經(jīng)洗滌煅燒就可形成碳酸鈉產(chǎn)品。

［教師］下面請同學(xué)們寫一些對應(yīng)的化學(xué)方程式：往飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳、煅燒碳酸氫鈉制碳酸鈉。所有學(xué)生練一練［投影］1.索爾維制堿法（氨堿法）原理：（反應(yīng)原料:NaCl,CaCO3,NH3）?往飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳：卑咤十NaC—NaHV^Tm?碳酸氫鈉經(jīng)煅燒制碳酸鈉2NaHCO3~”Na2CO3+CO2件H2°［教師］寫好的同學(xué)，跟屏幕上的對一對。以上三個(gè)反應(yīng)就是索爾維制堿法的化學(xué)反應(yīng)原理。這里我要問一個(gè)小問題，在反應(yīng)nh3+co2+h2o-nh4hcq3中要制備碳酸氫銨，必須什么物質(zhì)過3 22 4 3~量？二氧化碳過量。［教師總結(jié)］索爾維利用原料通過NH4HCO3和NaHCO3得到純堿，反應(yīng)原料除了利用NaCl,CaCO3外還利用了NH3,這種方法又叫氨堿法。［教師］在由反應(yīng)原理轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)須進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。［提問］為制備更多的碳酸氫鈉，在飽和氯化鈉溶液中，應(yīng)先通氨氣還是二氧化碳？個(gè)別學(xué)生［學(xué)生］氨氣和二氧化碳的溶解度不同。應(yīng)先通入氨氣，因?yàn)榘睔鈽O易溶于水，通入氨氣后的溶液呈堿性，堿性溶液能吸收更多地二氧化碳。［提問］現(xiàn)在請同學(xué)們根據(jù)氨堿法的反應(yīng)原理，動(dòng)筆畫出制備流程圖。所有學(xué)生畫一畫（以同桌為單位，共同討論、畫出流程圖，讓一個(gè)小組進(jìn)行展示，由其他同學(xué)進(jìn)行質(zhì)疑及補(bǔ)充完整，在此過程中教師進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)。最后由教師把氨堿法完整的的工業(yè)生產(chǎn)流程進(jìn)行投影。）［投影］2.索爾維制堿法（氨堿法）的工業(yè)生產(chǎn)流程：飽和

食鹽

水—過濾

洗滌通CO2沉淀煅燒NaHCO3濾液NH”Cl4飽和

食鹽

水—過濾

洗滌通CO2沉淀煅燒NaHCO3濾液NH”Cl4NaClco2（循環(huán)使用）I―Na2CO3產(chǎn)品—NH3（循環(huán)使用）?石灰石土卜rm.水Ca((oH^廢液cad.2，NaClcao［設(shè)問］氨堿法有什么優(yōu)缺點(diǎn)?Tca（OH）2石灰乳［引導(dǎo)］化學(xué)工藝的優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)從哪些方面評價(jià)？原料是否廉價(jià)易得、制備過程是否簡單、產(chǎn)品質(zhì)量、原料利用率、環(huán)境污染。請大家從以上方面思考氨堿法制純堿有什么優(yōu)缺點(diǎn)。［學(xué)生］個(gè)別學(xué)生回答［投影］3.索爾維制堿法的優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)： 1、原料（食鹽和石灰石）普遍易得、便宜；2、產(chǎn)品純堿的純度很高；3、副產(chǎn)品氨氣和二氧化碳可回收循環(huán)使用；4、投資少，制造步驟簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。缺點(diǎn)： 1、生成大量無用的氯化鈣；（兩種原料的成分里都只利用了一半—食鹽里的鈉離子和石灰石成分離的碳酸根離子結(jié)合成了碳酸鈉，可是氯離子和鈣離子都結(jié)合成了沒有多大用途的氯化鈣；2、原料食鹽的利用率只有70%左右,其余的食鹽都隨著氯化鈣溶液作為廢液被拋棄了，這是很大的損失。［教師］現(xiàn)在我們提倡綠色化學(xué)，綠色化學(xué)要求最大限度利用原料、最大限度減少廢物的排放。從這一點(diǎn)來看，在氨堿法中氨氣和二氧化碳的回收循環(huán)符合綠色化學(xué)的思想；而生成大量無用的氯化鈣和食鹽的低利用率違背了綠色化學(xué)。生產(chǎn)工藝有不足之處，我們就得生產(chǎn)工藝進(jìn)行改良，如何改良？我國化學(xué)家侯德榜靠自己不斷研究、試驗(yàn)、摸索，成功地進(jìn)行了工藝創(chuàng)新。侯德榜對氨堿法進(jìn)行了兩處工藝的改進(jìn)。1．把制堿和制氨的生產(chǎn)聯(lián)合起來，制堿用的氨和二氧化碳直接由氨廠提供，二氧化碳是合成氨廠用水煤氣制取氫氣時(shí)的廢氣；2．對濾液的處理不同。他是在低溫條件下，向?yàn)V液中加入細(xì)粉狀的氯化鈉，并通入氨氣，使氯化銨單獨(dú)結(jié)晶析出，經(jīng)過濾、洗滌和干燥得氯化銨產(chǎn)品，制成化工原料或氮肥；濾出氯化銨以后的濾液，基本被氯化鈉飽和，可循環(huán)使用；由于這種方法要跟制氨廠聯(lián)合，又稱聯(lián)合制堿法；［投影］二、侯氏制堿法（聯(lián)合制堿法）（反應(yīng)原料:氨氣、二氧化碳、氯化鈉）

飽和

食鹽

水」丨氨土卜rm.水CO過濾洗滌NaHCO3濾液NH4Cl

NaCl廠；Na飽和

食鹽

水」丨氨土卜rm.水CO過濾洗滌NaHCO3濾液NH4Cl

NaCl廠；Na2CO3產(chǎn)品加NaCl細(xì)粉

通NH3CO2（循環(huán)使用）_冷卻、過濾洗滌、干燥nh4cl產(chǎn)品飽和食鹽水（循環(huán)使用）合成氨工廠［提問］為什么在低溫條件下，向?yàn)V液中加入細(xì)粉狀的氯化鈉，并通入氨氣，能使氯化銨單獨(dú)結(jié)晶析出？氯化銨和氯化鈉的溶解度曲線［教師］課本138頁給了我們詳細(xì)的答案，請大家齊讀“主要原理是利用氯化銨的溶解度在常溫時(shí)比食鹽的溶解度大，而當(dāng)溫度降低時(shí)，溶解度卻又比食鹽在水里的的溶解度小這個(gè)特點(diǎn)。同時(shí)氯化銨在食鹽濃溶液中溶解度要比在水里的溶解度小得多，可是氯化銨單獨(dú)結(jié)晶出來。”另外通氨氣是利用同離子效應(yīng)，減小氯化銨在溶液中的溶解度。［提問］和索爾維法比較，請同學(xué)們思考侯氏制堿法有什么優(yōu)缺點(diǎn)。個(gè)別學(xué)生回答［投影］2.侯氏制堿法的優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)：I.聯(lián)合合成氨廠，變廢（CO2）為寶；（體現(xiàn)了大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)的優(yōu)越性，利用一個(gè)廠的廢料，作為另一個(gè)廠的主要原料。）母液循環(huán)使用，大大提高了食鹽的利用率（98%）；操作簡單、工廠設(shè)備簡單、成本低。（由于把制堿和制氨的生產(chǎn)聯(lián)系起來，省去了制二氧化碳時(shí)石灰窯及蒸氨的設(shè)備，除去了處理氯化鈣的麻煩，而且使食鹽成分里的氯離子也得到了充分的利用，生成了兩種可貴的物質(zhì)，節(jié)約了成本）。［教師］和氨堿廠比較，聯(lián)合制堿法原料利用率高，變廢為寶，對環(huán)境污染少，符合我們現(xiàn)在提倡的“綠色化學(xué)”的思想，這種思想正是化學(xué)工業(yè)發(fā)展的方向。今天我們學(xué)習(xí)了工業(yè)制備純堿的兩種方法，氨堿法及聯(lián)氨法，了解了它們的反應(yīng)原理以及工業(yè)生產(chǎn)流程，也對生產(chǎn)工藝進(jìn)行了評價(jià)，學(xué)會(huì)一些分析和解決問題的思路和方法。也能感受到我們化學(xué)學(xué)科對人類社會(huì)的重要意義，同時(shí)接觸了兩位科學(xué)