課題3　純堿的生產(chǎn)

1、第一單元 走進(jìn)化學(xué)工業(yè)課題3 純堿的生產(chǎn)知道純堿的用途嗎？你想一想 自然界中哪些地方存在純堿？碳酸鈉在自然界存在相當(dāng)廣泛一些生長于鹽堿地和海岸附近的植物中含有碳酸鈉，可以從植物的灰燼中提取。大量的碳酸鈉主要來自一些地表堿湖，這些地區(qū)大多干旱、少雨，圖我國的內(nèi)蒙古、吉林、黑龍江、青海和寧夏等地，當(dāng)冬季到來時(shí)，湖水中所含的碳酸鈉結(jié)晶析出，經(jīng)簡單的加工就得到天然堿，18世紀(jì)中期工業(yè)革命以后，天然堿和從植物灰燼中提取的堿已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，純堿工業(yè)隨之發(fā)展起來。思考與交流 1.從天然堿的形成推測碳酸鈉在水中結(jié)晶析出主要受到哪些因素的影響？2.根據(jù)天然堿的存在及其主要化學(xué)成分，請(qǐng)你設(shè)想工業(yè)生產(chǎn)碳

2、酸鈉的主要原料是什么？為什么？寸草不生的鹽堿地中國最大的內(nèi)陸湖泊，也是國內(nèi)最大的咸水湖青海湖自然界中有純堿嗎？內(nèi)蒙古鄂爾多斯合同查汗淖堿湖 鄂爾多斯天然堿廠純堿生產(chǎn)車間純堿的生產(chǎn)如何獲得自然界中的純堿？思考與交流1.從天然堿的形成推測碳酸鈉在水中結(jié)晶析出主要受到哪些因素的影響？2.根據(jù)天然堿的存在及其主要化學(xué)成分，請(qǐng)你設(shè)想工業(yè)生產(chǎn)碳酸鈉的主要原料是什么？為什么？資料卡片路布蘭法世界上最早實(shí)現(xiàn)純堿的工業(yè)生產(chǎn)1.用硫酸將食鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徕cNaCl+H2SO4 NaHSO4+HClNaCl+NaHSO4 Na2SO4+HCl 1206007002.將硫酸鈉與木炭、石灰石一起加熱，反應(yīng)生成碳酸鈉和硫化鈣

3、Na2SO4+2C Na2S+2CO2Na2S+CaCO3 Na2CO3+CaS10001000路布蘭法缺點(diǎn)資料卡片：世界上最早是通過路布蘭（N.Leblanc，1742-1806）法實(shí)現(xiàn)碳酸鈉的工業(yè)生產(chǎn)。缺點(diǎn)：原料利用不充分、成本較高，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等。 直到19世紀(jì)60年代后逐漸被氨堿法所取代。一、氨堿法生產(chǎn)純堿（索爾維制堿法）比利時(shí)化學(xué)家索爾維氨堿法是由比利時(shí)人索爾維（E.Solvay,1838-1922）發(fā)明的，所以，氨堿法也稱索爾維制堿法。氨堿法是以碳酸鈣和氯化鈉為原料生產(chǎn)碳酸鈉（副產(chǎn)物為氯化鈣）的過程。盡管食鹽和碳酸鈣是生產(chǎn)純堿最廉價(jià)的原料，但食鹽和碳酸鈣并不能直接發(fā)生反應(yīng)而生成碳酸

4、鈉，必須通過中間產(chǎn)物作為過渡才能實(shí)現(xiàn)。索爾維發(fā)明的氨堿法以食鹽、氨（來自煉焦副產(chǎn)品）和二氧化碳（來自碳酸鈣）為原料，通過一系列反應(yīng)來生產(chǎn)碳酸鈉。1.生成碳酸氫鈉和氯化銨 將二氧化碳通入含氨的飽和食鹽溶液中，可得到碳酸氫鈉和氯化銨： NH3CO2H2O=NH4HCO3 NaClNH4HCO3=NaHCO3NH4Cl 2.制取碳酸鈉 2NaHCO3 =Na2CO3CO2H2O 一、氨堿法生產(chǎn)純堿（索爾維制堿法）CaCO3=CO2+CaONaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2OCaO+H2O=Ca(OH)22NH4Cl+Ca(OH)2=2

5、NH3+CaCl2+2H2O產(chǎn)品副產(chǎn)品圖111 氨堿法生產(chǎn)原理示意圖表1-4 20 時(shí)一些物質(zhì)在水中的溶解度/g氯化鈉氯化銨碳酸鈉碳酸氫鈉碳酸氫銨35.937.221.59.621.71.兩支試管分別盛有2mLNH4HCO3和2mL飽和食鹽水。將兩支試管的溶液混合于一支試管中，振蕩，觀察現(xiàn)象?？茖W(xué)探究優(yōu)點(diǎn)： 原料便宜易得，產(chǎn)品純度高，氨和部分二氧化碳可以循環(huán)使用，制作步驟簡單。請(qǐng)你分析一下氨堿法的優(yōu)缺點(diǎn)？缺點(diǎn)： 副產(chǎn)物氯化鈣的處理，食鹽的利用率不高，大約只有70%。二、聯(lián)合制堿法個(gè)人簡歷：1890年 出生1911年 考入清華留美預(yù)備學(xué)校，后以10門功課1000分的優(yōu)異成績被保送到美國留學(xué)191

6、6年 獲美國麻省理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位1919年 獲美國哥倫比亞大學(xué)碩士學(xué)位1921年 獲博士學(xué)位合成氨工藝中需要將CO轉(zhuǎn)化為CO2除去，排空的二氧化碳使原料的利用不盡合理，還會(huì)對(duì)大氣造成一定影響。為解決這一問題，我國化工專家侯德榜提出了將氨堿法與聯(lián)合生產(chǎn)的改進(jìn)工藝，這就是聯(lián)合制堿法，也稱侯氏制堿法。特點(diǎn)：生產(chǎn)過程中所需的氨和二氧化碳都是由合成氨廠提供的，從濾出碳酸氫鈉后所得的母液中可回收氯化銨，因此，它保留了氨堿法的優(yōu)點(diǎn)，克服了它的缺點(diǎn)使氯化鈉的利用率提高到了96以上，盡管增加了設(shè)備循環(huán)處理的量，也會(huì)加重設(shè)備的腐蝕，但經(jīng)濟(jì)上完全可以補(bǔ)償此法的不足。聯(lián)合制堿法既體現(xiàn)了大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)的優(yōu)越性，也是綜合

7、利用原料、降低成本、減少環(huán)境污染的典型代表。二、聯(lián)合制堿法（侯氏制堿法）NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O原料NH3CO2（原料，來自合成氨）（副產(chǎn)品）圖112聯(lián)合制堿法生產(chǎn)原理示意圖兩種著名的制堿技術(shù)(1)氨堿法制純堿(索爾維制堿法)(2)聯(lián)合制堿法(侯氏制堿法)思考:閱讀圖1-11和圖1-12,總結(jié)這兩種方法的有何相同?聯(lián)合制堿法有哪些優(yōu)點(diǎn)呢？思考與交流 根據(jù)聯(lián)合制堿法生產(chǎn)原理示意圖，分析比較它與氨堿法的有哪些異同？相同點(diǎn)：不同點(diǎn)：原理相同NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl2NaHCO3= Na2C

8、O3+CO2+H2O原料的來源和副產(chǎn)物不同 在純堿的生產(chǎn)過程中NaCl是否被充分利用？ 在純堿的生產(chǎn)過程中哪些物質(zhì)得到了循環(huán)使用？ 在純堿的生產(chǎn)過程中是先通入NH3還是CO2？ 思考與交流 人類歷史上，科學(xué)技術(shù)的突破性重大發(fā)現(xiàn)和成果總是與一些偉大的名字聯(lián)系在一起，路布蘭（1791）、索爾維（1862）和侯德榜（1924）的名字都銘刻在人類制堿技術(shù)發(fā)展的歷史上，你知道嗎？路布蘭是一名醫(yī)生，索爾維是在工作中學(xué)習(xí)化學(xué)的，侯德榜是化學(xué)工程學(xué)博士。根據(jù)三個(gè)人所處的年代及學(xué)習(xí)經(jīng)歷，你對(duì)技術(shù)與科學(xué)的關(guān)系有哪些新的認(rèn)識(shí)？總結(jié)：氨堿法的生產(chǎn)原理重點(diǎn)：難點(diǎn)： 離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)就是使離子的濃度減小NaCl+NH3+C

9、O2+H2O=NaHCO3+NH4Cl2NaHCO3= Na2CO3+CO2+H2O練習(xí)1.下列屬于侯氏制堿法的優(yōu)點(diǎn)的是（ ）A.氨和二氧化碳由合成氨廠提供B.母液可回收氯化銨C.氯化鈉的利用率達(dá)96%D.以上全是D2.工業(yè)上常用氨堿法制碳酸鈉，但卻不能用氨堿法制碳酸鉀，這是因?yàn)樵谌芤褐校?）A.KHCO3溶解度較大B.KHCO3溶解度較小C.K2CO3溶解度較大D.K2CO3溶解度較大A3.為了檢驗(yàn)純堿的質(zhì)量（可能含有少量小蘇打），取少量樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以采用的方法是（ ）A.加熱后通入澄清石灰水，觀察現(xiàn)象B.滴加鹽酸，觀察現(xiàn)象C.溶于水中，滴加少量BaCl2溶液，觀察現(xiàn)象D.溶于水中，滴加

10、少量澄清的石灰水，觀察現(xiàn)象A4.(2005上海高考，26 ,13分)我國化學(xué)家侯德榜，改革國外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡要表示如下：(1) 副產(chǎn)品的一種用途為 。(2)使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上，主要是設(shè)計(jì)了 的循環(huán)。用作化肥或焊藥或電解液(3)為檢驗(yàn)產(chǎn)品碳酸鈉中是否含有氯化鈉，可取少量試樣溶于水后，再滴加 。(4)向母液中通氨氣，加入細(xì)小食鹽顆粒，冷卻析出副產(chǎn)品，通氨氣的作用有 。(a) 增大NH4+的濃度，使NH4Cl更多地析出(b) 使NaHCO3更多地析出(c) 使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3，提高析出的NH4Cl純度稀HNO3和AgNO3溶液AC5.（2005年

11、天津）根據(jù)侯德榜制堿法原理并參考下表數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)室制備純堿的主要步驟是：將配制好的飽和NaCl溶液倒入燒杯中加熱，控制溫度在3035，攪拌下分批加入研細(xì)的NH4HCO3 固體，加料完畢后，繼續(xù)保溫30分鐘，靜置、過濾得NaHCO3 晶體，用少量蒸餾水洗滌除去雜質(zhì)，抽干后，轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中，灼燒兩小時(shí)，得到Na2CO3固體。(1)反應(yīng)溫度控制在3035，是因?yàn)槿舾哂?5，則 ；若低于30則 ；為控制此溫度范圍，應(yīng)采取的加熱方法是 。(2)加料完畢后，繼續(xù)保溫30分鐘，目的是 ；只析出NaHCO3 晶體的原因是 ； 用蒸餾水洗滌NaHCO3 晶體的目的是除去 雜質(zhì)（以化學(xué)式表示）四種鹽在不同溫度下的溶解度（g100g水)表：010 20 30 40 50 60 100 NaCI35.735.836.036.336.637.037.339.8