1.3 纯碱的生产 学案
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文档简介
第5课时
纯碱的生产
学案
【学习目标】
1.了解索尔维制碱法和侯氏制碱法的化学反应原理、主要原料和生产过程。
2.了解纯碱的丰要性质和用途。
3.了解纯碱生产对环境的影响及解决方法。
4.通过对索尔维制碱法和侯氏制碱法的对比，提高分析与解决问题的能力。
【重点难点】
掌握路布兰法——索尔维法——联合制碱法(侯氏制碱)的基本原理。
课前预习
【情景材料】《纯碱制造》一书于1933年
( http: / / www.21cnjy.com )在纽约列入美国化学会丛书出版。这部化工巨著第一次彻底公开了索尔维法制碱的秘密，被世界各国化工界公认为制碱工业的权威专著，同时被相继译成多种文字出版，对世界制碱工业的发展起了重要作用。美国的威尔逊教授称这本书是“中国化学家对世界文明所作的重大贡献”。侯先生奉献了毕生的精力制备纯碱——碳酸钠，为什么要制备碳酸钠？它到底有什么重要用途呢？那现代工业上是怎样制备的呢？
【预习内容】
根据教材有关内容填写下列空白：
一、纯碱及其用途
碳酸钠的俗名叫
，可用来制
、
、
、
和
，碳酸钠
( http: / / www.21cnjy.com )作为原料可用来生产
的化合物，还大量应用于
中，我国素有“
”之称。
二、路布兰制碱法
1．原料：
、
、
、
。
2．生产原理
路布兰制碱法的生产原理用化学反应方程式表示为：
(1)生成Na2SO4：
。
(2)生成Na2CO3：
。
(3)缺点：路布兰制碱法生产纯碱具有
，
、
等缺点。
三、氨碱法生产纯碱
1.原料
氨碱法是以
和
为原料生产碳酸钠的过程，但因二者不能自发进行反应，故而实际上，索尔维发明的氨碱法是以
、
和
为原料，通过一系列反应来生产碳酸钠。
2.生产原理
氨碱法是由比利时人
发明的，所以也称为
法，其生产原理用化学方程式表示为：
，
，
。
四、联合制碱法
1.原料
联合制碱法，即将
与
联合生产的改进工艺，原料为
、
和
，其中
和
来自于合成氨。
2.反应原理
联合制碱法的主要化学反应方程式是：
，
。
预习内容答案
一、纯碱
玻璃、制皂、造纸、纺织
漂染
钠
口碱
二、硫酸
食盐
木炭
石灰石
NaCl＋H2SO4NaHSO4＋HCl↑
NaCl＋NaHSO4Na2SO4＋HCl↑
Na2SO4＋2CNa2S＋2CO2↑
Na2S＋CaCO3Na2CO3＋CaS
原料利用不充分较
成本较高
设备腐蚀严重
三.索尔维
索尔维制碱
NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3
NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑
四、氨碱
合成
氯化
氨
二氧化碳
氨
二氧化碳
NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑
课堂互动
【问题探究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？
【教师点拨】关键从影响物质在水中的溶解度因素出发。
分析解答:天然碱的生产主要是利用碳酸钠
( http: / / www.21cnjy.com )从水溶液中结晶析出，因此，根据固体物质在水中溶解度的影响因素，改变温度、结晶水合物的组成以及溶剂水的质量等因素，可以改变碳酸钠在水中的溶解情况，提高结晶析出的速率和质量（纯度）。
【即学即练1】向饱和Na2CO3溶液中通入足量CO2，结果有晶体析出，对析出晶体的原因分析不正确的是( )
A.相同温度下，Na2CO3的溶解度大于NaHCO3
B.溶液中溶剂减少了
C.溶质质量增加了
D.反应过程放热
1.D【解析】本题考查的是Na2C
( http: / / www.21cnjy.com )O3与CO2反应的知识，根据反应方程式Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3可以得出：通过反应，溶剂质量减少，溶质质量增加，由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3，因此有NaHCO3晶体析出。
【问题探究2】索尔维法制碱生产的主要过程可划分为哪几个阶段？索尔维法制碱的工艺流程是怎样的？氨碱法有何优、缺点？
【教师点拨】关键要求学生从课本中找信息点，将信息转化成化学用语。
分析解答：盐水的精制→盐水氨化→氨盐水碳酸化→碳酸氢钠的转化→氨的循环
( http: / / www.21cnjy.com )
优点：氨碱法生产纯碱具有原料(食盐和石灰石)便宜易得、产品纯度高、氨和部分二氧化碳可循环使用、制造步骤简单、生产过程连续且规模大等。
缺点：大量CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70%，约30%的NaCl留在母液中。
【即学即练2】以下关于索尔维制碱法的描述正确的是( )
A.使用的原料为食盐、CO2、氨
B.精制盐水后应先通入CO2再通入过量的NH3
C.析出NaHCO3后的母液中已无NaCl，只有NH4Cl
D.索尔维法的缺点是盐利用率只有70%，生成的CaCl2难处理
2.AD【解析】索尔维制碱法又叫氨
( http: / / www.21cnjy.com )碱法，主要原料有食盐、氨和CO2；反应的原理为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，而NH3与CO2为1∶1时才能生成NaHCO3，但CO2在水中溶解度小，先通入CO2，CO2溶解度小，再通入NH3时，NH3过量而CO2太少；析出NaHCO3后母液中仍有NaHCO3、NaCl、NH4Cl；加入石灰后回收NH3，但生成的CaCl2吸水性强，呈黏稠状无法处理。
【问题探究3】联合制碱法的主要生产过程有哪些？侯氏制碱法的工艺流程是怎样的？侯氏制碱法比索尔维制碱法有何优越性？
【教师点拨】关键要求学生从课本中找信息点，将信息转化成化学用语。
分析解答：联合制碱法：盐水精制→盐水氨化→氨盐水碳酸化→制Na2CO3回收CO2→循环制NH4Cl。
( http: / / www.21cnjy.com )
保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的
( http: / / www.21cnjy.com )利用率提高到96%；NH4Cl可作氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，革除了CaCO3制CO2这一工序。
【即学即练3】纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺。下列说法不正确的是( )
A.“联合制碱法”和“氨碱法”的化学反应原理中都有下列化学反应
NH3＋CO2＋＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl
2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑
B.“联合制碱法”生产中有氨的循环利用工艺
C.“氨碱法”生产中有氨的循环利用工艺
D.“联合制碱法”和“氨碱法”都有一定的局限性
3.B【解析】“氨碱法”将NH4Cl和Ca(OH)2再反应，使NH3循环利用；“联合制碱法”是制得纯碱和副产品氯化铵。
纯碱的生产
学案
【学习目标】
1.了解索尔维制碱法和侯氏制碱法的化学反应原理、主要原料和生产过程。
2.了解纯碱的丰要性质和用途。
3.了解纯碱生产对环境的影响及解决方法。
4.通过对索尔维制碱法和侯氏制碱法的对比，提高分析与解决问题的能力。
【重点难点】
掌握路布兰法——索尔维法——联合制碱法(侯氏制碱)的基本原理。
课前预习
【情景材料】《纯碱制造》一书于1933年
( http: / / www.21cnjy.com )在纽约列入美国化学会丛书出版。这部化工巨著第一次彻底公开了索尔维法制碱的秘密，被世界各国化工界公认为制碱工业的权威专著，同时被相继译成多种文字出版，对世界制碱工业的发展起了重要作用。美国的威尔逊教授称这本书是“中国化学家对世界文明所作的重大贡献”。侯先生奉献了毕生的精力制备纯碱——碳酸钠，为什么要制备碳酸钠？它到底有什么重要用途呢？那现代工业上是怎样制备的呢？
【预习内容】
根据教材有关内容填写下列空白：
一、纯碱及其用途
碳酸钠的俗名叫
，可用来制
、
、
、
和
，碳酸钠
( http: / / www.21cnjy.com )作为原料可用来生产
的化合物，还大量应用于
中，我国素有“
”之称。
二、路布兰制碱法
1．原料：
、
、
、
。
2．生产原理
路布兰制碱法的生产原理用化学反应方程式表示为：
(1)生成Na2SO4：
。
(2)生成Na2CO3：
。
(3)缺点：路布兰制碱法生产纯碱具有
，
、
等缺点。
三、氨碱法生产纯碱
1.原料
氨碱法是以
和
为原料生产碳酸钠的过程，但因二者不能自发进行反应，故而实际上，索尔维发明的氨碱法是以
、
和
为原料，通过一系列反应来生产碳酸钠。
2.生产原理
氨碱法是由比利时人
发明的，所以也称为
法，其生产原理用化学方程式表示为：
，
，
。
四、联合制碱法
1.原料
联合制碱法，即将
与
联合生产的改进工艺，原料为
、
和
，其中
和
来自于合成氨。
2.反应原理
联合制碱法的主要化学反应方程式是：
，
。
预习内容答案
一、纯碱
玻璃、制皂、造纸、纺织
漂染
钠
口碱
二、硫酸
食盐
木炭
石灰石
NaCl＋H2SO4NaHSO4＋HCl↑
NaCl＋NaHSO4Na2SO4＋HCl↑
Na2SO4＋2CNa2S＋2CO2↑
Na2S＋CaCO3Na2CO3＋CaS
原料利用不充分较
成本较高
设备腐蚀严重
三.索尔维
索尔维制碱
NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3
NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑
四、氨碱
合成
氯化
氨
二氧化碳
氨
二氧化碳
NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑
课堂互动
【问题探究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？
【教师点拨】关键从影响物质在水中的溶解度因素出发。
分析解答:天然碱的生产主要是利用碳酸钠
( http: / / www.21cnjy.com )从水溶液中结晶析出，因此，根据固体物质在水中溶解度的影响因素，改变温度、结晶水合物的组成以及溶剂水的质量等因素，可以改变碳酸钠在水中的溶解情况，提高结晶析出的速率和质量（纯度）。
【即学即练1】向饱和Na2CO3溶液中通入足量CO2，结果有晶体析出，对析出晶体的原因分析不正确的是( )
A.相同温度下，Na2CO3的溶解度大于NaHCO3
B.溶液中溶剂减少了
C.溶质质量增加了
D.反应过程放热
1.D【解析】本题考查的是Na2C
( http: / / www.21cnjy.com )O3与CO2反应的知识，根据反应方程式Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3可以得出：通过反应，溶剂质量减少，溶质质量增加，由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3，因此有NaHCO3晶体析出。
【问题探究2】索尔维法制碱生产的主要过程可划分为哪几个阶段？索尔维法制碱的工艺流程是怎样的？氨碱法有何优、缺点？
【教师点拨】关键要求学生从课本中找信息点，将信息转化成化学用语。
分析解答：盐水的精制→盐水氨化→氨盐水碳酸化→碳酸氢钠的转化→氨的循环
( http: / / www.21cnjy.com )
优点：氨碱法生产纯碱具有原料(食盐和石灰石)便宜易得、产品纯度高、氨和部分二氧化碳可循环使用、制造步骤简单、生产过程连续且规模大等。
缺点：大量CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70%，约30%的NaCl留在母液中。
【即学即练2】以下关于索尔维制碱法的描述正确的是( )
A.使用的原料为食盐、CO2、氨
B.精制盐水后应先通入CO2再通入过量的NH3
C.析出NaHCO3后的母液中已无NaCl，只有NH4Cl
D.索尔维法的缺点是盐利用率只有70%，生成的CaCl2难处理
2.AD【解析】索尔维制碱法又叫氨
( http: / / www.21cnjy.com )碱法，主要原料有食盐、氨和CO2；反应的原理为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，而NH3与CO2为1∶1时才能生成NaHCO3，但CO2在水中溶解度小，先通入CO2，CO2溶解度小，再通入NH3时，NH3过量而CO2太少；析出NaHCO3后母液中仍有NaHCO3、NaCl、NH4Cl；加入石灰后回收NH3，但生成的CaCl2吸水性强，呈黏稠状无法处理。
【问题探究3】联合制碱法的主要生产过程有哪些？侯氏制碱法的工艺流程是怎样的？侯氏制碱法比索尔维制碱法有何优越性？
【教师点拨】关键要求学生从课本中找信息点，将信息转化成化学用语。
分析解答：联合制碱法：盐水精制→盐水氨化→氨盐水碳酸化→制Na2CO3回收CO2→循环制NH4Cl。
( http: / / www.21cnjy.com )
保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的
( http: / / www.21cnjy.com )利用率提高到96%；NH4Cl可作氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，革除了CaCO3制CO2这一工序。
【即学即练3】纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺。下列说法不正确的是( )
A.“联合制碱法”和“氨碱法”的化学反应原理中都有下列化学反应
NH3＋CO2＋＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl
2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑
B.“联合制碱法”生产中有氨的循环利用工艺
C.“氨碱法”生产中有氨的循环利用工艺
D.“联合制碱法”和“氨碱法”都有一定的局限性
3.B【解析】“氨碱法”将NH4Cl和Ca(OH)2再反应，使NH3循环利用；“联合制碱法”是制得纯碱和副产品氯化铵。