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1、纯碱的工业制法纯碱的工业制法制玻璃制玻璃制制 皂皂造造 纸纸纺织等纺织等 纯碱的应用纯碱的应用自自然然界界中中有有纯纯碱碱吗吗？内蒙古鄂尔多斯合同查汗淖碱湖内蒙古鄂尔多斯合同查汗淖碱湖 人类获得碱开始是从草木灰中获得碳酸钾，后来人类获得碱开始是从草木灰中获得碳酸钾，后来人类获得碱开始是从草木灰中获得碳酸钾，后来人类获得碱开始是从草木灰中获得碳酸钾，后来又从盐碱地或盐湖中获得碳酸钠。又从盐碱地或盐湖中获得碳酸钠。又从盐碱地或盐湖中获得碳酸钠。又从盐碱地或盐湖中获得碳酸钠。 随着工业革命的进随着工业革命的进随着工业革命的进随着工业革命的进行，人类对碱的需求越来越大，远远不能够满足工业行，人类对碱的
2、需求越来越大，远远不能够满足工业行，人类对碱的需求越来越大，远远不能够满足工业行，人类对碱的需求越来越大，远远不能够满足工业生产的需要。生产的需要。生产的需要。生产的需要。17881788年法国勒布朗发明了年法国勒布朗发明了年法国勒布朗发明了年法国勒布朗发明了路布兰路布兰路布兰路布兰制碱法。其原理制碱法。其原理制碱法。其原理制碱法。其原理是：是：是：是： 但是由于氯化氢气体在最初的十年内未被利用，但是由于氯化氢气体在最初的十年内未被利用，但是由于氯化氢气体在最初的十年内未被利用，但是由于氯化氢气体在最初的十年内未被利用，这不但危害工人的健康而且使农这不但危害工人的健康而且使农这不但危害工人的健
3、康而且使农这不但危害工人的健康而且使农 业作物受到侵蚀。硫业作物受到侵蚀。硫业作物受到侵蚀。硫业作物受到侵蚀。硫化钙污染环境，臭气四溢。化钙污染环境，臭气四溢。化钙污染环境，臭气四溢。化钙污染环境，臭气四溢。 4纯纯碱碱发发现现史史1862年比利时人索尔维以年比利时人索尔维以NaCl、CaCO3、NH3和和H2O为主要原料，制得纯净的碳酸钠，叫为主要原料，制得纯净的碳酸钠，叫索尔维索尔维制碱法制碱法。其主要操作和原理是：。其主要操作和原理是：在氨化饱和食盐水中通入二氧化碳，制得小苏在氨化饱和食盐水中通入二氧化碳，制得小苏打；打；索尔维制碱法（氨碱法）索尔维制碱法（氨碱法）NH3 + CO2 +
4、 H2O = NH4HC O3 NaCl + NH4HCO3 = NH4Cl + NaHCO3析出小苏打的母液里加入消石灰，使析出小苏打的母液里加入消石灰，使氨循氨循环使用环使用2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3+2H2O把小苏打在把小苏打在250下焙烧以制得碳酸钠，下焙烧以制得碳酸钠，二二氧化碳氧化碳循环使用；循环使用；NaHCO3 = CO2 + Na2CO3+ H2O缺点：缺点：CaCl2大量，用途不大；大量，用途不大；NaCl利用率利用率72%-74%,留在母液中留在母液中优点：优点：优点：优点：原料经济，能连续生产，原料经济，能连续生产，原料经济，能连续生产，原料经济
5、，能连续生产，COCOCOCO2 2 2 2和和和和NHNHNHNH3 3 3 3能回收使用能回收使用能回收使用能回收使用. . . .产品质量纯净产品质量纯净 。1 1）饱饱和和食食盐盐水水要要先先氨氨化化，再再通通入入二二氧氧化化碳碳的的原原因因是：是：在在这这个个生生成成NaHCONaHCO3 3过过程程中中，两两步步相相关关的的化化学学方方程程式是：式是：2 2）在在析析出出NaHCONaHCO3 3的的母母液液中中加加入入生生石石灰灰时时，发发生生反反应的化学方程式是：应的化学方程式是：NHNH3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=NHO=NH4 4HCOHCO3 3; ; NH
6、NH4 4HCOHCO3 3+NaCl=NaHCO+NaCl=NaHCO3 3+NH+NH4 4ClClCaO+2NHCaO+2NH4 4Cl=CaClCl=CaCl2 2+2NH+2NH3 3+H+H2 2O ONHNH3 3比比COCO2 2溶解度大，先使氨饱和有利用于溶解度大，先使氨饱和有利用于COCO2 2吸收吸收问题问题19211921年年1010月侯德榜在美国获得博士学位，为了创建月侯德榜在美国获得博士学位，为了创建中国的制碱工业，受爱国实业家范旭东之聘请，毅中国的制碱工业，受爱国实业家范旭东之聘请，毅然从然从美国美国美国美国启程回国，决心自己开发制碱新工艺，经启程回国，决心自己开
7、发制碱新工艺，经过过600600多次研究实验，分析了多次研究实验，分析了20002000多个样品，历时多个样品，历时5 5年，于年，于19421942年发明了氨碱法与合成氨联合生产的改年发明了氨碱法与合成氨联合生产的改进工艺，被命名为进工艺，被命名为“联合制碱法联合制碱法”也叫也叫“侯氏制碱侯氏制碱法法”从而开创了世界制碱工业的新纪元。从而开创了世界制碱工业的新纪元。凡是黄头发蓝凡是黄头发蓝眼睛的人能办眼睛的人能办到的到的,我们黑我们黑头发黑眼睛的头发黑眼睛的人也一定能办人也一定能办到。到。红三角牌纯碱红三角牌纯碱 向饱和食盐水中通入过量的向饱和食盐水中通入过量的NH3和和CO2。NaCl+N
8、H3+CO2+H2O=NH4Cl+NaHCO3再将所得再将所得NaHCO3焙烧制得纯碱焙烧制得纯碱2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2侯德榜制碱法（联碱法）侯德榜制碱法（联碱法）1、原料：、原料：NaCl、NH3、CO2（焦碳、空气、水）（焦碳、空气、水）2、反应原理：、反应原理：向析出小苏打的母液中加入研细的向析出小苏打的母液中加入研细的NaClNaCl，并，并通入氨气，还得到另一产品通入氨气，还得到另一产品NHNH4 4ClCl固体，可用作固体，可用作化工原料和化肥使用。化工原料和化肥使用。 根据根据根据根据NHNHNHNH4 4 4 4ClClClCl在常温时的溶解度在常温时的溶
9、解度在常温时的溶解度在常温时的溶解度比比比比NaClNaClNaClNaCl大，而在低温下却比大，而在低温下却比大，而在低温下却比大，而在低温下却比NaClNaClNaClNaCl溶解溶解溶解溶解度小的原理，在度小的原理，在度小的原理，在度小的原理，在 555510101010时，向母时，向母时，向母时，向母液中加入食盐细粉，而使液中加入食盐细粉，而使液中加入食盐细粉，而使液中加入食盐细粉，而使NHNHNHNH4 4 4 4ClClClCl单独结单独结单独结单独结晶析出供做氮肥。晶析出供做氮肥。晶析出供做氮肥。晶析出供做氮肥。优点：优点：优点：优点：保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，保留了氨
10、碱法的优点，消除了它的缺点，保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的使食盐的使食盐的使食盐的利用率提高到利用率提高到利用率提高到利用率提高到96969696；NHNHNHNH4 4 4 4ClClClCl可做氮肥；可做氮肥；可做氮肥；可做氮肥；可与合成氨厂联合，可与合成氨厂联合，可与合成氨厂联合，可与合成氨厂联合，利用了合成氨制原料气时产生的利用了合成氨制原料气时产生的利用了合成氨制原料气时产生的利用了合成氨制原料气时产生的COCOCOCO，将其转化成将其转化成将其转化成将其转化成COCOCOCO2 2 2 2，革革革革除了除了除了除了CaCOCaCOC
11、aCOCaCO3 3 3 3制制制制COCOCOCO2 2 2 2这一工序，这一工序，这一工序，这一工序，缩短了生产流程，缩短了生产流程，降低成本降低成本降低成本降低成本。减少无大用途的减少无大用途的CaCl2CaCl2母液母液3、生产流程：、生产流程：饱和食盐水通入通入NH3饱和氨化食盐水通入通入CO2析出析出NaHCO3Na2CO3CO2+循环循环母液母液加入食盐细粒加入食盐细粒析出析出NH4Cl循环循环加加CaOCaCl2(废渣废渣)NH3废液废液循循环环索索尔尔维维法法通氨气通氨气冷却、冷却、过滤、过滤、洗涤、洗涤、干燥干燥运用离子反应的知识解释氨碱法原理运用离子反应的知识解释氨碱法原
12、理（1）通入氨气和二氧化碳后的溶液中哪些溶）通入氨气和二氧化碳后的溶液中哪些溶质离子大量存在？质离子大量存在？ （2）Na+、NH4+ 、CI-、 HCO3-四种离子可四种离子可以大量共存吗？它们可以组成集中物质？以大量共存吗？它们可以组成集中物质？ NaCl NH4HCO3 NaHCO3NH4Cl（3）为什么能够得到碳酸氢钠固体呢？为什么能够得到碳酸氢钠固体呢？Na+、NH4+ 、CI-、 HCO3-溶解度数据溶解度数据NaClNH4HCO3NaHCO3NH4Cl3036.327.011.141.1NaHCO3Na2CO33011.150.54012.748.56016.446.4（3）为什
13、么能够得到碳酸氢钠固体呢？）为什么能够得到碳酸氢钠固体呢？ 碳酸氢钠溶解度小。碳酸氢钠溶解度小。（4）：析出碳酸氢钠后的母液中还存在哪些离子）：析出碳酸氢钠后的母液中还存在哪些离子？哪些离子的数目发生了较大变化？哪些离子的数目发生了较大变化？ 还有、还有、NH4+ 、CI-， Na+ 、HCO3-浓度减小浓度减小。（5）向母液中加入研细的氯化钠后，为什么会析）向母液中加入研细的氯化钠后，为什么会析出固体氯化铵呢？出固体氯化铵呢？NH4ClNaCl10203040501020304050600温度溶解度图图同离子效应同离子效应降温度溶解降温度溶解度小度小讨论：讨论：“侯氏制碱法侯氏制碱法”与与“
14、索尔维制碱法索尔维制碱法”的主要的主要不同在母液的处理上。不同在母液的处理上。1、“侯氏制碱法侯氏制碱法”采取了怎样的方式对母采取了怎样的方式对母液进行处理？从化学原理上分析采取这些液进行处理？从化学原理上分析采取这些处理措施的原因。处理措施的原因。（1）向母液中加食盐细粒）向母液中加食盐细粒（3）降温至）降温至5左右左右（2）向母液中通氨气）向母液中通氨气2、符合现在提倡的、符合现在提倡的“绿色化学的要求：绿色化学的要求：提高提高了原料（了原料（NaCl）的利用率，不产生无用的）的利用率，不产生无用的CaCl2。3、体现了大规模联合生产的优越性：、体现了大规模联合生产的优越性：利用一个利用一
15、个厂的废料，作为另一个厂的主要原料。如合厂的废料，作为另一个厂的主要原料。如合成氨厂的废料成氨厂的废料CO2，可以作为碱厂的主要原，可以作为碱厂的主要原料；碱厂无用的料；碱厂无用的Cl-，可以代替价格比较昂贵，可以代替价格比较昂贵的硫酸用来固定氨，制成氮肥的硫酸用来固定氨，制成氮肥。降低了成本，降低了成本，提高了综合经济效益提高了综合经济效益巩固与提高：巩固与提高：1862年年比比利利时时人人索索尔尔维维以以NaCl、CO2、NH3和和H2O为为主主要要原原料料，制制得得纯纯净净的的碳碳酸酸钠钠，叫叫索索尔尔维维制制碱碱法法。其其主主要要操操作作是是：在在氨氨化化饱饱和和食食盐盐水水中中通通入
16、入二二氧氧化化碳碳，制制得得小小苏苏打打；把把小小苏苏打打在在250下下焙焙烧烧以以制制得得碳碳酸酸钠钠，二二氧氧化化碳碳循循环环使使用用；析析出出小小苏苏打打的的母母液液里里加加入入生生石石灰灰，使使氨氨循循环环使使用用。阅阅读读上上述述材料，回答以下问题：材料，回答以下问题：1）饱饱和和食食盐盐水水要要先先氨氨化化，再再通通入入二二氧氧化化碳碳的的原原因因是是_在在这这个个生生成成NaHCO3过过程程中中，两两步步相相关关的的化化学学方方程程式是：式是：_NH3+CO2+H2O NH4HCO3;NH4HCO3+NaCl NaHCO3+NH4ClNH3比比CO2溶解度大，先使氨饱和有利于溶解
17、度大，先使氨饱和有利于CO2吸收吸收2）在在析析出出NaHCO3的的母母液液中中加加入入生生石石灰灰时时，发发生生反应的化学方程式是反应的化学方程式是_。3）我我国国著著名名的的科科学学家家侯侯德德榜榜于于1940年年冲冲破破了了“索索尔尔维维法法”技技术术封封锁锁，并并加加以以改改进进，在在析析出出小小苏苏打打的的母母液液中中加加入入食食盐盐，使使氯氯化化铵铵晶晶体体析析出出，析析出出氯氯化化铵铵的的母母液液再再通通入入氨氨气气进进行行氨氨化化，循循环环使使用用，这这便便是是举举世世闻闻名名的的“侯侯氏氏制制碱碱法法”。你你认认为为侯侯氏氏制制碱碱法法与与索索尔维制碱法相比，它的主要优点是：
18、尔维制碱法相比，它的主要优点是：CaO+2NH4Cl CaCl2+2NH3+H2O少用一个原料少用一个原料CaO；减少无大用途的减少无大用途的CaCl2；增加了可作增加了可作化肥或化工原料的化肥或化工原料的NH4Cl；NaCl得到充分利用。得到充分利用。 根据侯德榜制碱法原理并参考下表数据，实验室制备纯碱根据侯德榜制碱法原理并参考下表数据，实验室制备纯碱的主要步骤是：将配制好的饱和的主要步骤是：将配制好的饱和NaCI溶液倒入烧杯中加热，溶液倒入烧杯中加热，控制温度在控制温度在3035，搅拌下分批加入研细的，搅拌下分批加入研细的NH4HCO3 固固体，加料完毕后，继续保温体，加料完毕后，继续保温
19、30分钟，静置、过滤得分钟，静置、过滤得NaHCO3 晶体，用少量蒸馏水洗涤除去杂质，抽干后，转入晶体，用少量蒸馏水洗涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧两小时，得到蒸发皿中，灼烧两小时，得到Na2CO3固体。固体。010 20 30 40 50 60 100 NaCI35.735.836.036.336.637.037.339.8NH4HCO311.915.821.027.0_NaHCO36.98.19.611.112.714.516.4_NH4Cl29.433.337.241.445.850.455.377.3 35 NH4HCO3会有分解会有分解(1)反应温度控制在反应温度控制在303
20、5，是因为若高于，是因为若高于35，则，则_；若低于若低于30则则_；为控制此温度范围，应采取的加热方法是；为控制此温度范围，应采取的加热方法是_。（2）加料完毕后，继续保温）加料完毕后，继续保温30分钟，目的是分钟，目的是_；只析出；只析出NaHCO3 晶体的原因是晶体的原因是_；用蒸馏水洗涤用蒸馏水洗涤NaHCO3 晶体的目的是除去晶体的目的是除去_杂质（以化学式表示）杂质（以化学式表示）（3）过滤所得母液中含有）过滤所得母液中含有_（以化学式（以化学式表示），需加入表示），需加入_，并做进一步处理，使，并做进一步处理，使NaCI溶液循环使用，同时可回收溶液循环使用，同时可回收NH4Cl。
21、 使反应充分进行使反应充分进行 NaHCO3的溶解度的溶解度最小最小 NaCl NH4Cl NH4HCO3 NaHCO3 NaCl NH4Cl NH4HCO3加氯化钠细粉、通氨气加氯化钠细粉、通氨气（4）测试纯碱产品中）测试纯碱产品中NaHCO3含量的方法是：含量的方法是：准确称取纯碱样品准确称取纯碱样品W g，放入锥形瓶中加蒸馏放入锥形瓶中加蒸馏水溶解，加水溶解，加12滴酚酞指示剂，用物质的量浓滴酚酞指示剂，用物质的量浓度为度为c（ mol/L）的）的HCl溶液滴定至溶液由红色溶液滴定至溶液由红色到无色（指示到无色（指示CO32+H+HCO3反应的终点）反应的终点），所用，所用HCl溶液的体
22、积为溶液的体积为V1 mL，再加再加12滴滴甲基橙指示剂，继续用甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至溶液由溶液滴定至溶液由黄变橙，所用黄变橙，所用HCl溶液总体积为溶液总体积为V2 mL。写出纯写出纯碱样品中碱样品中NaHCO3质量分数的计算式：质量分数的计算式：NaHCO3% = _。 NH4HCO3分解分解 反应速率降低反应速率降低 水浴水浴加热加热 使反应充分进行使反应充分进行 NaHCO3的溶解度最的溶解度最小小 NaCl NH4Cl NH4HCO3 NaHCO3 NaCl NH4Cl NH4HCO3 我我国国制制碱碱专专家家侯侯德德榜榜先先生生潜潜心心研研究究制制碱碱技技术术，发发明
23、明了了 侯侯氏氏制制碱碱法法 。制制碱碱过过程程中中重重要要的的一一步步反反 应应 为为 ： NaClNaCl +CO+CO2 2 +NH+NH3 3 +H+H2 2O O = = NaHCONaHCO3 3 +NH+NH4 4ClCl。某某同同学学根根据据以以上上反反应应原原理理，正正确确设设计计了了实实验验室室模模拟拟工工业业制制碱碱装装置置图图。根根据据其其设设计计，请你参与合作解答以下问题。请你参与合作解答以下问题。（1）装置）装置A制取的气体是：制取的气体是：装置装置F制取的气体是：制取的气体是：。（2）你建议的装置连接顺序为：）你建议的装置连接顺序为：（3）装置）装置D中导管中导管
24、7下端接一下粗的玻管的作用是：下端接一下粗的玻管的作用是：。中间直导管的作用是中间直导管的作用是。（4）欲在装置）欲在装置D中能得到较多的碳酸氢钠晶体析出，你认为中能得到较多的碳酸氢钠晶体析出，你认为实验中应注意哪些实验要点（包括试剂浓度、实验顺序等）？实验中应注意哪些实验要点（包括试剂浓度、实验顺序等）？CO21、4、5、2、3、6/10、8、9、7NH3防止产生倒吸；防止产生倒吸；利于气体吸收和排出未反应的气体，并利于气体吸收和排出未反应的气体，并使使D中的压强与外界相等中的压强与外界相等所用食盐水必须饱和所用食盐水必须饱和，所通的氨气和二氧化碳纯净所通的氨气和二氧化碳纯净干燥，干燥，先通
25、入氨气至饱和再通入二氧化碳气体先通入氨气至饱和再通入二氧化碳气体答案：（1）（4分）CO2；NH3（2）（2分）145236/10897（3）（4分）防止产生倒吸；利于气体吸收和排出未反应的气体，并使D中的压强与外界相等。（4）（4分）所用食盐水必须饱和 ，所通的氨气和二氧化碳纯净干燥，先通入氨气至饱和再通入二氧化碳气体（答对一对给2分，答对两点及以上给4分） 设计实验在实验室中的模拟侯氏制碱法设计实验在实验室中的模拟侯氏制碱法 “侯氏制碱法侯氏制碱法”流程图流程图选择生产条件时主要考虑的几个因素选择生产条件时主要考虑的几个因素（1 1）尽可能提高反应混合物中所需物质的百分含量；）尽可能提高反
26、应混合物中所需物质的百分含量；（2 2）尽可能缩短反应到达平衡所需要的时间；）尽可能缩短反应到达平衡所需要的时间；（3 3）尽可能降低对耐高压设备所需材料的要求；）尽可能降低对耐高压设备所需材料的要求；（4 4）考虑符合绿色化学原则。）考虑符合绿色化学原则。绿色化学绿色化学绿色化学是研究和寻找能充分利用的无毒害原绿色化学是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大程度的节约能源，在各环节上实现材料，最大程度的节约能源，在各环节上实现净化和无污染的反应途径。它的过程为零排放净化和无污染的反应途径。它的过程为零排放和污染。具体内还体现在五个和污染。具体内还体现在五个“R R”上。上。1 1、减量、减
27、量(Reduction(Reduction）2 2、重复使用重复使用(Reuse(Reuse）3 3、回收回收(Recycling(Recycling）4 4、再生再生(Regeneration(Regeneration）5 5、拒用拒用(Rejection(Rejection）(1) 副产品的一种用途为副产品的一种用途为 。(2)使原料氯化钠的利用率从使原料氯化钠的利用率从70%提高到提高到90%以上，主要以上，主要是设计了是设计了 的循环。的循环。（2005年上海）年上海）我国化学家侯德榜（右图）改革国外的我国化学家侯德榜（右图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：纯碱生产工艺
28、，生产流程可简要表示如下： （提取副产品） 合成合成 氨氨厂厂 煅烧炉 母液 Na2CO3 沉淀池 食盐食盐水水NH3 CO2 X NH3 饱饱和和食食盐盐水水通通氨气氨气氨氨盐盐水水过滤过滤洗涤洗涤通通CO2碳酸氢钠碳酸氢钠煅烧煅烧纯碱（产品）纯碱（产品）二氧化碳二氧化碳滤液滤液NH4ClNaCl加氯化钠加氯化钠细粉、通细粉、通氨气氨气冷却、冷却、过滤、过滤、洗涤、洗涤、干燥干燥氯化铵（产品）氯化铵（产品）（循环（循环使用）使用）饱和饱和NaCl（循环循环使用）使用）合成氨工厂合成氨工厂二氧化碳二氧化碳氨气氨气侯氏制碱法工业流程图侯氏制碱法工业流程图联合制碱法食盐的利用率提高到96以上综合利
29、用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，生产出纯碱和氯化铵。不不产生大量产生大量CaClCaCl2 2该法与氨碱法不同之处又两点该法与氨碱法不同之处又两点氯化氨作为一种化工产品，不再生产氯化氨作为一种化工产品，不再生产NH3循循环使用。而氯化钠循环使用。环使用。而氯化钠循环使用。侯氏侯氏1942年从母液中提取年从母液中提取NH4Cl取得成功取得成功 (利用利用NH4ClNH4+Cl 比比NaCl溶解溶解度小，向母液中加入度小，向母液中加入NaCl，同离子效应，同离子效应，析出析出NH4Cl。) 优点：优点：NaCl利用率提高到利用率提高到96；生产生产出出NH4Cl可作氮肥；可作氮肥；制碱和制氨联合生制碱和制氨联合生产方法，节约成本，增加生产。产方法，节约成本，增加生产。联合制碱法以合成氨厂的联合制碱法以合成氨厂的产品产品NH3，副产品副产品CO2为原料，为原料，配以配以NaCl，同时生产同时生产纯碱纯碱Na2CO3和肥料和肥料NH4Cl。
