1、课堂探究探究一氨碱法生产纯碱问题导引纯碱工业产品的主要用途示意图比利时人索尔维(E.Solvay,18381922)发明了用食盐、氨和二氧化碳为原料制纯碱的方法，这种方法被称为索尔维法，又称氨碱法(ammoniasoda process)。氨碱法制碱的工艺流程：索尔维法制碱生产的主要过程可划分为哪几个阶段？提示：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。名师精讲1氨碱法生产纯碱的主要过程(1)食盐水的精制：高温煅烧 CaCO3：CaCO 3 CaOCO 2。CaO 溶于水得石灰乳：CaOH 2O=Ca(OH)2。在配制的饱和食盐水中加入石灰乳和纯碱，以除去食盐水中的 Mg2
2、 和 Ca2 。(2)食盐水氨化：在精制食盐水中通入氨气制成氨盐水。(3)氨盐水碳酸化：使氨盐水吸收 CO2，生成 NaHCO3 和NH4Cl： NaClNH 3CO 2 H2O=NaHCO3NH 4Cl。(4)碳酸氢钠的转化：滤出碳酸氢钠后煅烧得纯碱，同时回收近一半的 CO2 再利用。2NaHCO3 Na2CO3H 2OCO 2(5)氨的循环：将 NH4Cl 加石灰乳加热，回收氨循环利用。2NH4ClCa(OH) 2 2NH3CaCl 22H 2O2饱和 NaCl 溶液和 NaHCO3 溶液混合产生白色沉淀的原因20 时一些物质在水中的溶解度(g)氯化钠 氯化铵 碳酸钠 碳酸氢钠 碳酸氢铵3
3、5.9 37.2 21.5 9.6 21.7NaCl 和 NH4HCO3 都是可溶性的强电解质，在水溶液里发生电离：NaCl=Na Cl ，NH 4HCO3=NH HCO 。43从离子在电解质溶液里“阴阳结合、自由对应”规律的方面来说，Na 、Cl 、NH 、HCO 四种离子可对应出 NaCl、NH 4HCO3、NaHCO 3、NH 4Cl 四种物质。其中，NaCl、NH 4HCO3 和 NH4Cl 的溶解度较大，NaHCO 3 的溶解度较小，所以，Na 与 HCO 反应生成了 NaHCO3 沉淀。33氨碱法中加入氨的主要作用饱和 NaCl 溶液中 Na 的物质的量浓度较大。二氧化碳在水中产生
4、 HCO 的化学原理：3CO2H 2O=H2CO3=HCO H 3二氧化碳的溶解度较小，化学反应和电离又是可逆的且向右进行的程度小，所以向饱和 NaCl 溶液中通入二氧化碳后仅能产生很小物质的量浓度的 HCO 。NaHCO 3 在水中不是3不溶解，而是溶解度较小。因此，向饱和 NaCl 溶液中通入二氧化碳气体不能生成NaHCO3 沉淀。氨与水发生反应使溶液显碱性：NH3H 2O=NH3H2O=NH OH 4OH 与 H 反应生成 H2O 而减小了 H 的浓度，从而使CO2H 2O=H2CO3=HCO H 的平衡状态向右移动，增大了二氧化碳的溶解量和HCO 的浓度，因此 Na 与 HCO 结合能
5、生成 NaHCO3 沉淀。 3 3【例题 1】 根据氨碱法的原理，首先配制氨化饱和食盐水，即向饱和食盐水中加入氨水(体积比 11)并充分搅拌；再将二氧化碳通入氨化饱和食盐水中，控制一定的温度，直至有碳酸氢钠析出。请回答下列问题：(1)用化学方程式分别表示出氨和二氧化碳在水中产生 NH 、HCO 的原理：43_。(2)向饱和食盐水中加入氨水和通入二氧化碳的先后顺序是先加氨水后通二氧化碳。是否可以先通二氧化碳后加氨水？为什么？_。(3)写出氨碱法生成碳酸氢钠的化学方程式：_ 。解析：在通常状况下，氨在 1 体积水中溶解近 700 体积，二氧化碳在 1 体积水中溶解仅约 1 体积。所以应先向饱和食
6、盐水中通入 NH3，然后再通 CO2，这样会使溶液里 HCO 的浓3度增大。答案：(1)NH 3H 2O=NH3H2O=NH OH (或 NH3H 2O=NH OH )；4 4CO2H 2O=H2CO3=HCO H (或 CO2H 2O=HCO H ) (2)不可以。在常温下，氨在饱和食盐水中的溶解度很大，二氧化碳在饱和食盐水中的溶解度较小。若先通二氧化碳后加氨水，溶液里只能产生很小浓度的 HCO ，不利于生成3NaHCO3 沉淀(3)NaClNH 4HCO3=NaHCO3NH 4Cl(或 NaClNH 3CO 2H 2O=NaHCO3NH 4Cl)解题技巧纯碱是 Na2CO3，而不是 NaH
7、CO3。解决氨碱法生产纯碱的问题，重在掌握化学反应原理。变式训练 1(双选)以下关于索尔维制碱法的描述正确的是 ( )A使用的原料为 NaCl、CaCO 3B精制盐水后应先通入 CO2 再通入过量的 NH3C析出 NaHCO3 后的母液中已无 NaCl，只有 NH4ClD索尔维法的缺点是盐利用率只有 70%，生成的 CaCl2 难处理解析：索尔维制碱法又叫氨碱法，主要原料有 NaCl、CaCO3；反应的原理为NaCl NH3CO 2H 2O=NaHCO3NH 4Cl，而 NH3 与 CO2为 11 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 N
8、H3时，NH 3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。答案：AD探究二联合制碱法与索尔维制碱法的比较问题导引我国最早生产纯碱的工厂永利碱厂，创建于 1920 年。该厂以海盐为原料，采用索尔维法生产纯碱。1937 年，抗日战争爆发，碱厂从天津塘沽迁至四川井盐产地乐山五通桥。肩负新厂设计重任的侯德榜面临诸多难题，其中原料问题最大。若沿用索尔维法，虽然驾轻就熟，但当时井盐的价格大约是海盐的 10 倍，索尔维法的食盐利用率又仅有 70%左右，这无疑使生产成本变得很高。另外，索尔
9、维法制碱要排放大量的废渣液，而四川盆地人口稠密，排渣困难。侯德榜是怎样解决这些难题的呢？我国第一座纯碱厂永利碱厂提示：为降低生产成本，化工生 产应该走联合生产的道路，以充分利用自然资源，减少对环境的污染。这是当年侯德榜解决 纯碱生产问题的思路，也是我们现在发展工业生产的基本思路。名师精讲联合制碱法和索尔维制碱法的比较联合制碱法 索尔维制碱法化学反应NaClNH 3CO 2H 2O=NaHCO3NH 4Cl2NaHCO3 Na2CO3CO 2H 2ONaClNH 3CO 2H 2O=NaHCO3NH 4Cl2NH4ClCa(OH) 2 2NH3CaCl 22H 2O2NaHCO3 Na2CO3C
10、O 2H 2O主要原料 食盐、氨、二氧化碳、水食盐、氨(来自炼焦厂)、二氧化碳(来自碳酸钙) 、水主要生产过程将精制食盐水经氨化、碳酸化反应生成碳酸氢钠。过滤出碳酸氢钠，将碳酸氢钠煅烧制得纯碱，滤液(称为母液)用于制氯化铵。使母液吸氨、降温并加食盐粉，氯化铵逐步从母液中结晶析出，盐水的精制；盐水氨化；碳酸氢钠的转化和二氧化碳的循环；氨的循环再经过滤(滤液称为母液)、干燥制得氯化铵产品。再将母液进行氨化、碳酸化制成纯碱主要优点生产过程中所需要的氨和二氧化碳都是由合成氨厂提供的，从滤出碳酸氢钠后所得到的母液中可回收氯化铵，因此，它保留了氨碱法的优点，克服了它的缺点，使氯化钠的利用率提高到了 96%
11、以上。联合制碱法既体现了大规模联合生产的优越性，也是综合利用原料、降低成本、减少环境污染的典型代表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优点主要缺点设备循环处理量大，加重了设备的腐蚀原料食盐中的另一部分氯(Cl )和石灰石中的另一部分钙(Ca 2 )生成氯化钙，如何处理它成为氨碱法的一个问题；氨碱法生产中食盐的利用率不高，大约为 70%，如何提高食盐的利用率成为氨碱法的另一个问题【例题 2】 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。请按要求回答问题：(1)氨碱法产生大量 CaC
12、l2 废弃物，请写出该工艺中产生 CaCl2 的化学方程式：_。(2)写出联合制碱法有关反应的化学方程式：_ 。(3)CO2 是制碱工业的重要原料，联合制碱法与氨碱法中 CO2 的来源有何不同？_。(4)绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。根据联合制碱法总反应，列出计算原子利用率的表达式：原子利用率(%)_。解析：(1)2NH 4ClCa(OH) 2 CaCl22NH 32H 2O。(2)NH3CO 2 H2ONaCl =NaHCO3NH 4Cl；2NaHCO3 Na2CO3CO 2H 2O。(3)联合制碱法中 CO2 来源于合成氨工 业的副产品，而氨碱法中 CO2 来源于石灰石的分
13、解。(4)联合制碱法原子利用率的表达式：原子利用率(%) 100%标 产 总 质应 总 质反100%23422()()mNaCHOm或原子利用率(%) 100% 100%期 望 产 物 总 质 量生 成 物 总 质 量 34()()2NaCOmH答案：(1)2NH 4ClCa(OH) 2 CaCl22NH 32H 2O(2)NH3CO 2H 2ONaCl= =NaHCO3NH 4Cl；2NaHCO 3 Na2CO3CO 2H 2O(3)联合制碱法中 CO2 来源于合成氨的副产品，氨碱法中 CO2 来源于 CaCO3 的分解(4) 100%或322()()mNaCHmO234+l10%()()期 望 产 物 期 望 产 物生 成 物 生 成 物借题发挥通过对比氨碱法和联合制碱法，加深对反应原理的理解，明确二者的优缺点，从而解决实际问题，培养分析问题的能力。变式训练 2 下列说法中正确的是_。饱和 NH4HCO3 溶液与饱和 NaCl 溶液混合，可能会有白色沉淀生成氨碱法生产纯碱所发生的反应均是复分解反应联合制碱法与氨碱法生产纯碱所用的化学反应原理不同氨碱法生产纯碱过程中氨气没有循环利用，而我国化学家侯德榜发明的联合制碱法的过程中使氨气充分循环利用联合制碱法与氨碱法生产纯碱的不同点：原料来源不同，副产物不同在生产纯碱的过程中，向饱和食盐水中先通入二氧化碳，再通入氨气答案：
