纯碱的工业制法(后)

纯碱的工业制法

[重点] 与纯碱工业相关的化学原理、循环原理、纯碱工艺流程

[难点]化学原理与工业生产的结合分析

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。

[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？

通

[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

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。

[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。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：

·碳酸氢钠经煅烧制碳酸钠2NaHCONa2CO3+CO2↑+H2O

[教师]。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，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。

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？

[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。画一画

[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?

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。

纯碱的工业制法

[重点] 与纯碱工业相关的化学原理、循环原理、纯碱工艺流程

[难点]化学原理与工业生产的结合分析

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。

[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？

通

[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

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。

[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。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：

·碳酸氢钠经煅烧制碳酸钠2NaHCONa2CO3+CO2↑+H2O

[教师]。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，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。

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？

[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。画一画

[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?

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。