純堿的工業(yè)制法[1]

1、純堿的工業(yè)制法宜川中學 湯群教學目標 知識與技能:1.理解純堿工業(yè)制法中所應用的相關化學原理;2.了解工業(yè)制純堿的簡單工藝流程;3.了解化學原理應用于實際化工生產(chǎn)的方法;4.進一步鞏固溶解度、離子反應等有關概念。過程與方法:1.據(jù)純堿的化學組成推測生產(chǎn)原料,掌握從原料轉化為產(chǎn)品的化學反應 原理,提高化學思維能力;2.據(jù)化學原理對碳酸鈉的工業(yè)制備流程進行設計,培養(yǎng)實驗設計能力;3.對氨堿法和聯(lián)氨法兩種工藝優(yōu)缺點進行評價,學會一些分析和解決問 題的思路和方法。情感態(tài)度與價值觀:1.通過對碳酸鈉工業(yè)制備流程圖的設計,培養(yǎng)嚴謹求實的科學精神;2. 了解基礎化學知識在生產(chǎn)實際中的應用, 培養(yǎng)學以致用的意

2、識和能力;3.通過相互討論,培養(yǎng)主動探究問題的態(tài)度和合作精神;4.通過學習純堿的工業(yè)制法,體會綠色化學、體會化學學科對人類社會 的重要意義。5.通過了解索爾維和侯德榜,學習這兩位化學家勤于鉆研、勇于創(chuàng)新實 踐的精神。教學重點 與純堿工業(yè)相關的化學原理、循環(huán)原理、純堿工藝流程 教學難點 化學原理與工業(yè)生產(chǎn)的結合分析教學方法 啟發(fā)、引導、講解、討論等教具學具 多媒體課件教學流程 1 課題引入 教師 同學們,大家好。今天能在高三 12班上課,我感到很榮幸。今天我 們上課的內容是 :純堿的工業(yè)制法。純堿是什么物質的俗稱 ? 對,是碳酸鈉 蘇打的俗稱。純堿是重要的基礎化工原料,主要應用于玻璃制造、化工、

3、冶 金,以及造紙、紡織、食品等輕工業(yè),用量極大,被譽為“化工之母” 。 純堿的地位如此重要, 工業(yè)上如何通過化學反應去制備碳酸鈉呢?要制 備碳酸鈉,得找生產(chǎn)原料。為適合大規(guī)模的生產(chǎn),所找的原料應是廣泛、廉 價的。根據(jù)這個原則,我們共同來尋找。碳酸鈉含有鈉離子和碳酸根離子。 含有鈉離子的化合物自然界中最常見的是 -氯化鈉, 提供碳酸根最廉價的 原料是 -石灰石 (碳酸鈣 。 因此, 我們可利用氯化鈉和碳酸鈣作為生產(chǎn)原 料。投影 制備純堿的原料 : NaCl , CaCO 3提問 氯化鈉和碳酸鈣能直接反應生成碳酸鈉嗎 ?學生 不能設問 不能直接生成碳酸鈉,就必須有中間產(chǎn)物作為過渡。可以通過什么 中

4、間產(chǎn)物過渡呢?引導 這個問題可以說困擾了科學界很長的一段時間。法國科學院甚至設 立 10萬法郎,用于獎勵發(fā)明蘇打工藝的人。比利時工業(yè)化學家索爾 維通過努力, 以碳酸氫鈉作為中間產(chǎn)物, 再由碳酸氫鈉煅燒得到碳酸 鈉, 從而實現(xiàn)了合成制堿的生產(chǎn)方法。 索爾維發(fā)明的這種方法就叫做 索爾維制堿法。2投影 一、索爾維制堿法 (氨堿法 設問 索爾維制堿法的化學反應原理是怎樣的?首先來了解索爾維是怎 樣制備碳酸氫鈉。索爾維通過大量的研究, 發(fā)現(xiàn)在飽和食鹽水中通入兩種氣體能產(chǎn)生 大量的碳酸氫鈉沉淀。 這兩種氣體是由碳酸鈣煅燒形成的二氧化碳以 及氨氣。碳酸氫鈉的制備 : 通通設問 為什么飽和食鹽水中通入氨氣和

5、CO 2就能有碳酸氫鈉沉淀產(chǎn)生? 引導 我們來分析一下。氨氣是一種堿性氣體,二氧化碳是酸性氧化物, 這兩者在溶液中反應嗎?反應生成什么物質?學生 生成碳酸氫銨引導 當 NH 4HCO 3和 NaCl 這兩種可溶性鹽混合在一起時, 溶液中大量存在 的離子有哪幾種?學生 NH 4+,HCO 3,Cl , Na+四種離子。提問 請大家析這四種離子兩兩結合可形成哪幾種物質?學生 NH4HCO 3 , NaCl, NaHCO 3, NH 4Cl教師 根據(jù)溶解性表,我們應該知道為什么碳酸氫鈉可沉淀析出?投影 四種鹽在不同溫度下的溶解度(g/100g水表鹽溶解度溫度NaClNH 4HCO 3NaHCO 3N

6、H 4Cl77.3>35 NH 4HCO 3會有分解學生 因為 NaHCO 3溶解度較小,在溶液中含有較大濃度的鈉離子和碳酸 氫根時, 就會有碳酸氫鈉的晶體析出。 析出的碳酸氫鈉經(jīng)洗滌煅燒就 可形成碳酸鈉產(chǎn)品。34 教師 下面請同學們寫一些對應的化學方程式:往飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳、煅燒碳酸氫鈉制碳酸鈉。 所有學生練一練投影 1. 索爾維制堿法 (氨堿法 原理:(反應原料 : NaCl , CaCO 3,NH 3 ·往飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳: +NaCl·碳酸氫鈉經(jīng)煅燒制碳酸鈉 2NaHCO Na 2CO 3+CO2 +H2O 教師 寫好的同學,跟屏幕

7、上的對一對。以上三個反應就是索爾維制堿法的化 學 反 應 原 理 。 這 里 我 要 問 一 個 小 問 題 , 在 反 應 O NH 中要制備碳酸氫銨,必須什么物質過 量?二氧化碳過量。教師總結 索爾維利用原料通過 NH 4HCO 3和 NaHCO 3得到純堿,反應原料除了利用 NaCl , CaCO 3外還利用了 NH 3 , 這種方法又叫氨堿法。教師 在由反應原理轉化為工業(yè)生產(chǎn)須進行工藝設計。提問 為制備更多的碳酸氫鈉,在飽和氯化鈉溶液中,應先通氨氣還是二氧 化碳? 個別學生學生 氨氣和二氧化碳的溶解度不同。應先通入氨氣,因為氨氣極易溶于水,通入氨氣后的溶液呈堿性,堿性溶液能吸收更多地二

8、氧化碳。提問 現(xiàn)在請同學們根據(jù)氨堿法的反應原理,動筆畫出制備流程圖。 所有學 生畫一畫以同桌為單位,共同討論、畫出流程圖,讓一個小組進行展示,由其他同 學進行質疑及補充完整, 在此過程中教師進行適當?shù)囊龑А?最后由教師把氨 堿法完整的的工業(yè)生產(chǎn)流程進行投影。 投影 2. 索爾維制堿法(氨堿法的工業(yè)生產(chǎn)流程: 設問 氨堿法有什么優(yōu)缺點 ?引導 化學工藝的優(yōu)缺點應從哪些方面評價?原料是否廉價易得、制備過程是否簡單、產(chǎn)品質量、原料利用率、環(huán)境污染。請大家從以上方面思考氨堿法制純堿有什么優(yōu)缺點。學生 個別學生回答投影 3. 索爾維制堿法的優(yōu)缺點 :優(yōu)點:1、原料(食鹽和石灰石普遍易得、便宜;2、產(chǎn)品純

9、堿的純度很高;3、副產(chǎn)品氨氣和二氧化碳可回收循環(huán)使用;4、投資少,制造步驟簡單,適合大規(guī)模生產(chǎn)。缺點:1、生成大量無用的氯化鈣;(兩種原料的成分里都只利用了一半食鹽里的鈉離 子和石灰石成分離的碳酸根離子結合成了碳酸鈉, 可 是氯離子和鈣離子都結合成了沒有多大用途的氯化 鈣;2、 原料食鹽的利用率只有 70%左右 , 其余的食鹽都隨著氯 化鈣溶液作為廢液被拋棄了,這是很大的損失。教師 現(xiàn)在我們提倡綠色化學,綠色化學要求最大限度利用原料、最大限 度減少廢物的排放。 從這一點來看, 在氨堿法中氨氣和二氧化碳的回 收循環(huán)符合綠色化學的思想; 而生成大量無用的氯化鈣和食鹽的低利 用率違背了綠色化學。生產(chǎn)

10、工藝有不足之處, 我們就得生產(chǎn)工藝進行改良, 如何改良? 我國化學家侯德榜靠自己不斷研究、 試驗、 摸索, 成功地進行了工藝 創(chuàng)新。侯德榜對氨堿法進行了兩處工藝的改進。1.把制堿和制氨的生產(chǎn)聯(lián)合起來,制堿用的氨和二氧化碳直接由氨 廠提供,二氧化碳是合成氨廠用水煤氣制取氫氣時的廢氣; 2.對濾液的處理不同。他是在低溫條件下,向濾液中加入細粉狀的 氯化鈉,并通入氨氣,使氯化銨單獨結晶析出,經(jīng)過濾、洗滌和 干燥得氯化銨產(chǎn)品,制成化工原料或氮肥;濾出氯化銨以后的濾 液,基本被氯化鈉飽和,可循環(huán)使用;由于這種方法要跟制氨廠聯(lián)合,又稱聯(lián)合制堿法;投影二、侯氏制堿法 (聯(lián)合制堿法 (反應原料 : 氨氣、二氧

11、化碳、氯化 鈉 5飽和 通NH 3 食鹽 水 NH3 氨 鹽 水 過濾 洗滌 通CO2 CO2 沉淀 煅燒 NaHCO3 加NaCl細粉 濾液 通NH3 NH4Cl 冷卻、過濾 NaCl 洗滌、干燥 CO2 (循環(huán)使用 Na2CO3產(chǎn)品 NH4Cl產(chǎn)品 飽和食鹽水 (循環(huán)使用 合成氨工廠 提問為什么在低溫條件下，向濾液中加入細粉狀的氯化鈉，并通入氨氣， 能使氯化銨單獨結晶析出？ S（g/100g水） 40 30 20 0 10 20 30 t/ NH4Cl NaCl 氯化銨和氯化鈉的溶解度曲線 教師課本 138 頁給了我們詳細的答案，請大家齊讀“主要原理是利用氯化 銨的溶解度在常溫時比食鹽的溶

12、解度大， 而當溫度降低時， 溶解度卻又 比食鹽在水里的的溶解度小這個特點。 同時氯化銨在食鹽濃溶液中溶解 度要比在水里的溶解度小得多， 可是氯化銨單獨結晶出來。 ”另外通氨 氣是利用同離子效應，減小氯化銨在溶液中的溶解度。 提問和索爾維法比較，請同學們思考侯氏制堿法有什么優(yōu)缺點。個別學 生回答 投影 2.侯氏制堿法的優(yōu)缺點: 優(yōu)點：1.聯(lián)合合成氨廠，變廢（ CO2）為寶； （體現(xiàn)了大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)的優(yōu) 越性，利用一個廠的廢料，作為另一個廠的主要原料。 ） 2.母液循環(huán)使用，大大提高了食鹽的利用率（98%） ； 3.操作簡單、工廠設備簡單、成本低。 （由于把制堿和制氨的生產(chǎn)聯(lián)系起來， 省去了制二氧化碳時石灰窯 及蒸氨的設備， 除去了處理氯化鈣的麻煩， 而且使食鹽成分里的 氯離子也得到了充分的利用， 生成了兩種可貴的物質， 節(jié)約了成 本） 。 教師和氨堿廠比較，聯(lián)合制堿法原料利用率高，變廢為寶，對環(huán)境污染 少，符合我們現(xiàn)在提倡的“綠色化學”的思想，這種思想正是化學工業(yè)發(fā)展 的方向。 今天我們學習了工業(yè)制備純堿的兩種方法， 氨堿法及聯(lián)氨法， 了解了它 6 們的反應原理以及工業(yè)生產(chǎn)流程， 也對生產(chǎn)工藝進行了評價， 學會一些分析 和解決問題的思路和方法。也能感受到我們化學學科對人類社會的重要意 義，同時接觸了兩位科學家-索爾維和侯德榜，他們勤于鉆研、創(chuàng)新和勇 于實