纯碱的工业制法[1]
纯碱的工业制法
宜川中学 汤群
[教学目标]
知识与技能：
1．理解纯碱工业制法中所应用的相关化学原理；
2．了解工业制纯碱的简单工艺流程；
3．了解化学原理应用于实际化工生产的方法；
4．进一步巩固溶解度、离子反应等有关概念。
过程与方法：
1．据纯碱的化学组成推测生产原料，掌握从原料转化为产品的化学反应原理，提高化学思维能力；
2．据化学原理对碳酸钠的工业制备流程进行设计，培养实验设计能力；
3．对氨碱法和联氨法两种工艺优缺点进行评价，学会一些分析和解决问题的思路和方法。
情感态度与价值观：
1．通过对碳酸钠工业制备流程图的设计，培养严谨求实的科学精神；
2．了解基础化学知识在生产实际中的应用，培养学以致用的意识和能力；
3．通过相互讨论，培养主动探究问题的态度和合作精神；
4．通过学习纯碱的工业制法，体会绿色化学、体会化学学科对人类社会的重要意义。
5．通过了解索尔维和侯德榜，学习这两位化学家勤于钻研、勇于创新实践的精神。
[教学重点] 与纯碱工业相关的化学原理、循环原理、纯碱工艺流程
[教学难点]化学原理与工业生产的结合分析
[教学方法]启发、引导、讲解、讨论等
[教具学具] 多媒体课件
[教学流程]
1
[课题引入]
[教师] 同学们，大家好。今天能在高三12班上课，我感到很荣幸。今天我们上课的内容是:纯碱的工业制法。纯碱是什么物质的俗称? 对，是碳酸钠苏打的俗称。纯碱是重要的基础化工原料，主要应用于玻璃制造、化工、冶金，以及造纸、纺织、食品等轻工业，用量极大，被誉为“化工之母”。
纯碱的地位如此重要，工业上如何通过化学反应去制备碳酸钠呢？要制备碳酸钠，得找生产原料。为适合大规模的生产，所找的原料应是广泛、廉价的。根据这个原则，我们共同来寻找。碳酸钠含有钠离子和碳酸根离子。含有钠离子的化合物自然界中最常见的是------氯化钠，提供碳酸根最廉价的原料是------石灰石(碳酸钙)。因此，我们可利用氯化钠和碳酸钙作为生产原料。
[投影] 制备纯碱的原料: NaCl ,CaCO3
[提问] 氯化钠和碳酸钙能直接反应生成碳酸钠吗?
[学生] 不能
[设问] 不能直接生成碳酸钠，就必须有中间产物作为过渡。可以通过什么
中间产物过渡呢？
[引导] 这个问题可以说困扰了科学界很长的一段时间。法国科学院甚至设
立10万法郎，用于奖励发明苏打工艺的人。比利时工业化学家索尔维通过努力，以碳酸氢钠作为中间产物，再由碳酸氢钠煅烧得到碳酸钠，从而实现了合成制碱的生产方法。索尔维发明的这种方法就叫做索尔维制碱法。 2
[投影] 一、索尔维制碱法(氨碱法)
[设问] 索尔维制碱法的化学反应原理是怎样的？首先来了解索尔维是怎
样制备碳酸氢钠。
索尔维通过大量的研究，发现在饱和食盐水中通入两种气体能产生大量的碳酸氢钠沉淀。这两种气体是由碳酸钙煅烧形成的二氧化碳以及氨气。
碳酸氢钠的制备:
通[设问] 为什么饱和食盐水中通入氨气和CO2就能有碳酸氢钠沉淀产生？
[引导] 我们来分析一下。氨气是一种碱性气体，二氧化碳是酸性氧化物，这两者在溶液中反应吗？反应生成什么物质？
[学生] 生成碳酸氢铵
[引导]当NH4HCO3和NaCl这两种可溶性盐混合在一起时，溶液中大量存在的离子有哪几种？
[学生]NH4+,HCO3ˉ,Clˉ, Na+四种离子。
[提问]请大家析这四种离子两两结合可形成哪几种物质？
[学生] NH4HCO3 , NaCl,NaHCO3,NH4Cl
[教师] 根据溶解性表，我们应该知道为什么碳酸氢钠可沉淀析出？
四种盐在不同温度下的溶解度（g/100g水）表通温度
溶解度盐0℃10℃20℃30℃40℃50℃60℃100℃
NaCl35.735.8
15.8
8.1
33.336.021.09.637.236.327.011.141.436.6①12.745.837.037.339.8NH4HCO311.9NaHCO3NH4Cl6.929.414.550.416.455.377.3
[投影]
①>35℃ NH4HCO3会有分解
[学生] 因为NaHCO3溶解度较小，在溶液中含有较大浓度的钠离子和碳酸
氢根时，就会有碳酸氢钠的晶体析出。析出的碳酸氢钠经洗涤煅烧就可形成碳酸钠产品。
3
[教师] 下面请同学们写一些对应的化学方程式：往饱和食盐水中通入氨气
和二氧化碳、煅烧碳酸氢钠制碳酸钠。所有学生练一练
[投影] 1.索尔维制碱法(氨碱法) 原理：（反应原料: NaCl ,CaCO3,NH3） ·往饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳：
↓+NaCl
·碳酸氢钠经煅烧制碳酸钠2NaHCONa2CO3+CO2↑+H2O
[教师]写好的同学，跟屏幕上的对一对。以上三个反应就是索尔维制碱法的
化学反应原理。这里我要问一个小问题，在反应 O→NH中要制备碳酸氢铵，必须什么物质过量？二氧化碳过量。
[教师总结]索尔维利用原料通过NH4HCO3和NaHCO3得到纯碱，反应原料
除了利用 NaCl ,CaCO3外还利用了NH3 ，这种方法又叫氨碱法。
[教师] 在由反应原理转化为工业生产须进行工艺设计。
[提问]为制备更多的碳酸氢钠，在饱和氯化钠溶液中，应先通氨气还是二氧化碳？个别学生
[学生] 氨气和二氧化碳的溶解度不同。应先通入氨气，因为氨气极易溶于
水，通入氨气后的溶液呈碱性，碱性溶液能吸收更多地二氧化碳。
[提问]现在请同学们根据氨碱法的反应原理，动笔画出制备流程图。所有学生画一画
﹙以同桌为单位，共同讨论、画出流程图，让一个小组进行展示，由其他同学进行质疑及补充完整，在此过程中教师进行适当的引导。最后由教师把氨碱法完整的的工业生产流程进行投影。）
[投影]2.索尔维制碱法（氨碱法）的工业生产流程：
[设问] 氨碱法有什么优缺点?
[引导] 化学工艺的优缺点应从哪些方面评价？
原料是否廉价易得、制备过程是否简单、产品质量、原料利用率、环 4
境污染。
请大家从以上方面思考氨碱法制纯碱有什么优缺点。
[学生] 个别学生回答
[投影]3.索尔维制碱法的优缺点:
优点： 1、原料（食盐和石灰石）普遍易得、便宜；
2、产品纯碱的纯度很高；
3、副产品氨气和二氧化碳可回收循环使用；
4、投资少，制造步骤简单，适合大规模生产。 缺点： 1、生成大量无用的氯化钙；
（两种原料的成分里都只利用了一半—食盐里的钠离
子和石灰石成分离的碳酸根离子结合成了碳酸钠，可
是氯离子和钙离子都结合成了没有多大用途的氯化
钙；
2、原料食盐的利用率只有70%左右,其余的食盐都随着氯
化钙溶液作为废液被抛弃了，这是很大的损失。
[教师] 现在我们提倡绿色化学，绿色化学要求最大限度利用原料、最大限
度减少废物的排放。从这一点来看，在氨碱法中氨气和二氧化碳的回收循环符合绿色化学的思想；而生成大量无用的氯化钙和食盐的低利用率违背了绿色化学。
生产工艺有不足之处，我们就得生产工艺进行改良，如何改良？
我国化学家侯德榜靠自己不断研究、试验、摸索，成功地进行了工艺创新。侯德榜对氨碱法进行了两处工艺的改进。
1．把制碱和制氨的生产联合起来，制碱用的氨和二氧化碳直接由氨厂提供，二氧化碳是合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气；
2．对滤液的处理不同。他是在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，使氯化铵单独结晶析出，经过滤、洗涤和干燥得氯化铵产品，制成化工原料或氮肥；滤出氯化铵以后的滤液，基本被氯化钠饱和，可循环使用；
由于这种方法要跟制氨厂联合，又称联合制碱法；
［投影］二、侯氏制碱法(联合制碱法) (反应原料: 氨气、二氧化碳、氯化钠)
5
[提问]为什么在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，
能使氯化铵单独结晶析出？
S（g/100g水）
t/℃氯化铵和氯化钠的溶解度曲线
[教师]课本138页给了我们详细的答案，请大家齐读“主要原理是利用氯化
铵的溶解度在常温时比食盐的溶解度大，而当温度降低时，溶解度却又比食盐在水里的的溶解度小这个特点。同时氯化铵在食盐浓溶液中溶解度要比在水里的溶解度小得多，可是氯化铵单独结晶出来。”另外通氨气是利用同离子效应，减小氯化铵在溶液中的溶解度。
［提问］和索尔维法比较，请同学们思考侯氏制碱法有什么优缺点。个别学
生回答
[投影] 2.侯氏制碱法的优缺点:
优点：1.联合合成氨厂，变废（ CO2）为宝；（体现了大规模联合生产的优越性，利用一个厂的废料，作为另一个厂的主要原料。）
2.母液循环使用，大大提高了食盐的利用率（98%）；
3.操作简单、工厂设备简单、成本低。
（由于把制碱和制氨的生产联系起来，省去了制二氧化碳时石灰窑
及蒸氨的设备，除去了处理氯化钙的麻烦，而且使食盐成分里的
氯离子也得到了充分的利用，生成了两种可贵的物质，节约了成
本）。
[教师]和氨碱厂比较，联合制碱法原料利用率高，变废为宝，对环境污染少，符合我们现在提倡的“绿色化学”的思想，这种思想正是化学工业发展的方向。
今天我们学习了工业制备纯碱的两种方法，氨碱法及联氨法，了解了它 6
们的反应原理以及工业生产流程，也对生产工艺进行了评价，学会一些分析和解决问题的思路和方法。也能感受到我们化学学科对人类社会的重要意义，同时接触了两位科学家----索尔维和侯德榜，他们勤于钻研、创新和勇于实践的精神是永远值得我们学习的。作为我国化学家的侯德榜，他的精神更为可贵。原来氨碱法是被严格保密的，侯德榜通过自身努力，不但摸索出了氨碱法，并且对氨碱法成功地进行工艺的改良，他完全可以以高价出售其专利而大发其财，但是他毫无保留的把这一奥秘公布于众，让世界各国人民共享这一科技成果。为我国争得了荣誉。。我们也希望有更多的同学能够投身于化学的世界，推动化学的发展。
[作业] 印发的相关练习
7