純堿的工業(yè)制法[1]

1、純堿的工業(yè)制法宜川中學(xué) 湯群教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能:1.理解純堿工業(yè)制法中所應(yīng)用的相關(guān)化學(xué)原理;2.了解工業(yè)制純堿的簡(jiǎn)單工藝流程;3.了解化學(xué)原理應(yīng)用于實(shí)際化工生產(chǎn)的方法;4.進(jìn)一步鞏固溶解度、離子反應(yīng)等有關(guān)概念。過(guò)程與方法:1.據(jù)純堿的化學(xué)組成推測(cè)生產(chǎn)原料,掌握從原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的化學(xué)反應(yīng) 原理,提高化學(xué)思維能力;2.據(jù)化學(xué)原理對(duì)碳酸鈉的工業(yè)制備流程進(jìn)行設(shè)計(jì),培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力;3.對(duì)氨堿法和聯(lián)氨法兩種工藝優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),學(xué)會(huì)一些分析和解決問(wèn) 題的思路和方法。情感態(tài)度與價(jià)值觀:1.通過(guò)對(duì)碳酸鈉工業(yè)制備流程圖的設(shè)計(jì),培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神;2. 了解基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用, 培養(yǎng)學(xué)以致用的意

2、識(shí)和能力;3.通過(guò)相互討論,培養(yǎng)主動(dòng)探究問(wèn)題的態(tài)度和合作精神;4.通過(guò)學(xué)習(xí)純堿的工業(yè)制法,體會(huì)綠色化學(xué)、體會(huì)化學(xué)學(xué)科對(duì)人類(lèi)社會(huì) 的重要意義。5.通過(guò)了解索爾維和侯德榜,學(xué)習(xí)這兩位化學(xué)家勤于鉆研、勇于創(chuàng)新實(shí) 踐的精神。教學(xué)重點(diǎn) 與純堿工業(yè)相關(guān)的化學(xué)原理、循環(huán)原理、純堿工藝流程 教學(xué)難點(diǎn) 化學(xué)原理與工業(yè)生產(chǎn)的結(jié)合分析教學(xué)方法 啟發(fā)、引導(dǎo)、講解、討論等教具學(xué)具 多媒體課件教學(xué)流程 1 課題引入 教師 同學(xué)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(nèi)容是 :純堿的工業(yè)制法。純堿是什么物質(zhì)的俗稱(chēng) ? 對(duì),是碳酸鈉 蘇打的俗稱(chēng)。純堿是重要的基礎(chǔ)化工原料,主要應(yīng)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(yù)為“化工之母” 。 純堿的地位如此重要, 工業(yè)上如何通過(guò)化學(xué)反應(yīng)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(yīng)是廣泛、廉 價(jià)的。根據(jù)這個(gè)原則,我們共同來(lái)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(jiàn)的是 -氯化鈉, 提供碳酸根最廉價(jià)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(wèn) 氯化鈉和碳酸鈣能直接反應(yīng)生成碳酸鈉嗎 ?學(xué)生 不能設(shè)問(wèn) 不能直接生成碳酸鈉,就必須有中間產(chǎn)物作為過(guò)渡?？梢酝ㄟ^(guò)什么 中

4、間產(chǎn)物過(guò)渡呢?引導(dǎo) 這個(gè)問(wèn)題可以說(shuō)困擾了科學(xué)界很長(zhǎng)的一段時(shí)間。法國(guó)科學(xué)院甚至設(shè) 立 10萬(wàn)法郎,用于獎(jiǎng)勵(lì)發(fā)明蘇打工藝的人。比利時(shí)工業(yè)化學(xué)家索爾 維通過(guò)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(shí)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(shè)問(wèn) 索爾維制堿法的化學(xué)反應(yīng)原理是怎樣的?首先來(lái)了解索爾維是怎 樣制備碳酸氫鈉。索爾維通過(guò)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(shè)問(wèn) 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(dǎo) 我們來(lái)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(yīng)嗎?反應(yīng)生成什么物質(zhì)?學(xué)生 生成碳酸氫銨引導(dǎo) 當(dāng) NH 4HCO 3和 NaCl 這兩種可溶性鹽混合在一起時(shí), 溶液中大量存在 的離子有哪幾種?學(xué)生 NH 4+,HCO 3,Cl , Na+四種離子。提問(wèn) 請(qǐng)大家析這四種離子兩兩結(jié)合可形成哪幾種物質(zhì)?學(xué)生 NH4HCO 3 , NaCl, NaHCO 3, NH 4Cl教師 根據(jù)溶解性表,我們應(yīng)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(huì)有分解學(xué)生 因?yàn)?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(shí), 就會(huì)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(qǐng)同學(xué)們寫(xiě)一些對(duì)應(yīng)的化學(xué)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(xué)生練一練投影 1. 索爾維制堿法 (氨堿法 原理:(反應(yīng)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(xiě)好的同學(xué),跟屏幕

7、上的對(duì)一對(duì)。以上三個(gè)反應(yīng)就是索爾維制堿法的化 學(xué) 反 應(yīng) 原 理 。 這 里 我 要 問(wèn) 一 個(gè) 小 問(wèn) 題 , 在 反 應(yīng) O NH 中要制備碳酸氫銨,必須什么物質(zhì)過(guò) 量?二氧化碳過(guò)量。教師總結(jié) 索爾維利用原料通過(guò) NH 4HCO 3和 NaHCO 3得到純堿,反應(yīng)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(yīng)原理轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)須進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。提問(wèn) 為制備更多的碳酸氫鈉,在飽和氯化鈉溶液中,應(yīng)先通氨氣還是二氧 化碳? 個(gè)別學(xué)生學(xué)生 氨氣和二氧化碳的溶解度不同。應(yīng)先通入氨氣,因?yàn)榘睔鈽O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(wèn) 現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)氨堿法的反應(yīng)原理,動(dòng)筆畫(huà)出制備流程圖。 所有學(xué) 生畫(huà)一畫(huà)以同桌為單位,共同討論、畫(huà)出流程圖,讓一個(gè)小組進(jìn)行展示,由其他同 學(xué)進(jìn)行質(zhì)疑及補(bǔ)充完整, 在此過(guò)程中教師進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)。 最后由教師把氨 堿法完整的的工業(yè)生產(chǎn)流程進(jìn)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(shè)問(wèn) 氨堿法有什么優(yōu)缺點(diǎn) ?引導(dǎo) 化學(xué)工藝的優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)從哪些方面評(píng)價(jià)?原料是否廉價(jià)易得、制備過(guò)程是否簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量、原料利用率、環(huán)境污染。請(qǐng)大家從以上方面思考氨堿法制純堿有什么優(yōu)缺點(diǎn)。學(xué)生 個(gè)別學(xué)生回答投影 3. 索爾維制堿法的優(yōu)缺點(diǎn) :優(yōu)點(diǎn):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(jiǎn)單,適合大規(guī)模生產(chǎn)。缺點(diǎn):1、生成大量無(wú)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(jié)合成了碳酸鈉, 可 是氯離子和鈣離子都結(jié)合成了沒(méi)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(xué),綠色化學(xué)要求最大限度利用原料、最大限 度減少?gòu)U物的排放。 從這一點(diǎn)來(lái)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(xué)的思想; 而生成大量無(wú)用的氯化鈣和食鹽的低利 用率違背了綠色化學(xué)。生產(chǎn)

10、工藝有不足之處, 我們就得生產(chǎn)工藝進(jìn)行改良, 如何改良? 我國(guó)化學(xué)家侯德榜靠自己不斷研究、 試驗(yàn)、 摸索, 成功地進(jìn)行了工藝 創(chuàng)新。侯德榜對(duì)氨堿法進(jìn)行了兩處工藝的改進(jìn)。1.把制堿和制氨的生產(chǎn)聯(lián)合起來(lái),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(shí)的廢氣; 2.對(duì)濾液的處理不同。他是在低溫條件下,向?yàn)V液中加入細(xì)粉狀的 氯化鈉,并通入氨氣,使氯化銨單獨(dú)結(jié)晶析出,經(jīng)過(guò)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(chēng)聯(lián)合制堿法;投影二、侯氏制堿法 (聯(lián)合制堿法 (反應(yīng)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(guò)濾 洗滌 通CO2 CO2 沉淀 煅燒 NaHCO3 加NaCl細(xì)粉 濾液 通NH3 NH4Cl 冷卻、過(guò)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(wèn)為什么在低溫條件下，向?yàn)V液中加入細(xì)粉狀的氯化鈉，并通入氨氣， 能使氯化銨單獨(dú)結(jié)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(xiàn) 教師課本 138 頁(yè)給了我們?cè)敿?xì)的答案，請(qǐng)大家齊讀“主要原理是利用氯化 銨的溶解度在常溫時(shí)比食鹽的溶

12、解度大， 而當(dāng)溫度降低時(shí)， 溶解度卻又 比食鹽在水里的的溶解度小這個(gè)特點(diǎn)。 同時(shí)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(dú)結(jié)晶出來(lái)。 ”另外通氨 氣是利用同離子效應(yīng)，減小氯化銨在溶液中的溶解度。 提問(wèn)和索爾維法比較，請(qǐng)同學(xué)們思考侯氏制堿法有什么優(yōu)缺點(diǎn)。個(gè)別學(xué) 生回答 投影 2.侯氏制堿法的優(yōu)缺點(diǎn): 優(yōu)點(diǎn)：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(gè)廠的廢料，作為另一個(gè)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(jiǎn)單、工廠設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低。 （由于把制堿和制氨的生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)， 省去了制二氧化碳時(shí)石灰窯 及蒸氨的設(shè)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(zhì)， 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(duì)環(huán)境污染 少，符合我們現(xiàn)在提倡的“綠色化學(xué)”的思想，這種思想正是化學(xué)工業(yè)發(fā)展 的方向。 今天我們學(xué)習(xí)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(yīng)原理以及工業(yè)生產(chǎn)流程， 也對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了評(píng)價(jià)， 學(xué)會(huì)一些分析 和解決問(wèn)題的思路和方法。也能感受到我們化學(xué)學(xué)科對(duì)人類(lèi)社會(huì)的重要意 義，同時(shí)接觸了兩位科學(xué)家-索爾維和侯德榜，他們勤于鉆研、創(chuàng)新和勇 于實(shí)