纯碱的工业制法[1].doc

纯碱的工业制法宜川中学 汤群 教学目标知识与技能：1理解纯碱工业制法中所应用的相关化学原理；2了解工业制纯碱的简单工艺流程；3了解化学原理应用于实际化工生产的方法；4进一步巩固溶解度、离子反应等有关概念。过程与方法：1据纯碱的化学组成推测生产原料，掌握从原料转化为产品的化学反应原理，提高化学思维能力；2据化学原理对碳酸钠的工业制备流程进行设计，培养实验设计能力；3对氨碱法和联氨法两种工艺优缺点进行评价，学会一些分析和解决问题的思路和方法。情感态度与价值观：1通过对碳酸钠工业制备流程图的设计，培养严谨求实的科学精神；2了解基础化学知识在生产实际中的应用，培养学以致用的意识和能力；3通过相互讨论，培养主动探究问题的态度和合作精神；4通过学习纯碱的工业制法，体会绿色化学、体会化学学科对人类社会的重要意义。5通过了解索尔维和侯德榜，学习这两位化学家勤于钻研、勇于创新实践的精神。教学重点 与纯碱工业相关的化学原理、循环原理、纯碱工艺流程教学难点化学原理与工业生产的结合分析教学方法启发、引导、讲解、讨论等教具学具 多媒体课件教学流程引入课题 掌握氨碱法制备纯碱的化学反应原理 画氨碱法的制备流程图 学会评价氨碱法的优缺点 介绍侯氏制碱法及其原理 结合氨碱法，评价侯氏制碱法小结、布置作业 小结，布置作业 课题引入教师 同学们，大家好。今天能在高三12班上课，我感到很荣幸。今天我们上课的内容是: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: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？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+,HCO3,Cl, 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？投影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。所有学生练一练投影 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：NH3+CO2+H2ONH4HCO3 NH4HCO3+NaClNaHCO3+NaCl碳酸氢钠经煅烧制碳酸钠 教师写好的同学，跟屏幕上的对一对。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，在反应 NH3+CO2+H2ONH4HCO3 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。提问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？个别学生学生 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。所有学生画一画以同桌为单位，共同讨论、画出流程图，让一个小组进行展示，由其他同学进行质疑及补充完整，在此过程中教师进行适当的引导。最后由教师把氨碱法完整的的工业生产流程进行投影。）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?引导 化学工艺的优缺点应从哪些方面评价？ 原料是否廉价易得、制备过程是否简单、产品质量、原料利用率、环境污染。请大家从以上方面思考氨碱法制纯碱有什么优缺点。学生 个别学生回答投影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。生产工艺有不足之处，我们就得生产工艺进行改良，如何改良？我国化学家侯德榜靠自己不断研究、试验、摸索，成功地进行了工艺创新。侯德榜对氨碱法进行了两处工艺的改进。1把制碱和制氨的生产联合起来，制碱用的氨和二氧化碳直接由氨厂提供，二氧化碳是合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气； 2对滤液的处理不同。他是在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，使氯化铵单独结晶析出，经过滤、洗涤和干燥得氯化铵产品，制成化工原料或氮肥；滤出氯化铵以后的滤液，基本被氯化钠饱和，可循环使用； 由于这种方法要跟制氨厂联合，又称联合制碱法；投影二、侯氏制碱法(联合制碱法) (反应原料: 氨气、二氧化碳、氯化钠) 提问为什么在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，能使氯化铵单独结晶析出？教师课本138页给了我们详细的答案，请大家齐读“主要原理是利用氯化铵的溶解度在常温时比食盐的溶解度大，而当温度降低时，溶解度却又比食盐在水里的的溶解度小这个特点。同时氯化铵在食盐浓溶液中溶解度要比在水里的溶解度小得多，可是氯化铵单独结晶出来。”另外通氨气是利用同离子效应，减小氯化铵在溶液中的溶解度。提问和索尔维法比较，请同学们思考侯氏制碱法有什么优缺点。个别学生回答投影 2.侯氏制碱法的优缺点:优点：1.联合合成氨厂，变废（ CO2）为宝；（体现了大规模联合生产的优越性，利用一个厂的废料，作为另一个厂的主要原料。）2.母液循环使用，大大提高了食盐的利用率（98%）；3.操作简单、工厂设备简单、成本低。（由于把制碱和制氨的生产联系起来，省去了制二氧化碳时石灰窑及蒸氨的设备，除去了处理氯化钙的麻烦，而且使食盐成分里的氯离子也得到了充分的利用，生成了两种可贵的物质，节约了成本）。 教师和氨碱厂比较，联合制碱法原料利用率高，变废为宝，对环境污染少，符合我们现在提倡的“绿色化学”的思想，这种思想正是化学工业发展的方向。今天我们学习了工业制备纯碱的两种方法，氨碱法及联氨法，了解了它们的反应原理以及工业生产流程，也对生产工艺进行了评价，学会一些分析和解决问题的思路和方法。也能感受到我们化学学科对人类社会的重要意义，同时接触了两位科学家-索尔维和侯德榜，他们勤于钻研、创新和勇于实践的精神是