课题3 纯碱的生产[目标导航] 1.了解纯碱的生产及发展过程。

2.了解天然碱的生产与化工生产之间的联系及生产纯碱技术的发展过程。

3．掌握路布兰法—索尔维法—联合制碱法(侯氏制碱)。

一、氨碱法生产纯碱 1．纯碱的存在和用途 (1)存在一些生长于盐碱地和海岸附近的植物中含有碳酸钠，可以从植物的灰烬中提取。

大量的碳酸钠主要来自一些地表碱湖。

(2)用途碳酸钠，俗名纯碱，是一种重要的化学基本工业产品。

很多工业都要用到碳酸钠，如玻璃、制皂、造纸、纺织和漂染等。

碳酸钠作为原料还可以用于生产其他含钠的化合物；碳酸钠也被大量地应用于生活中。

2．路布兰制碱原料：硫酸、食盐、石灰石、木炭；缺点：原料利用不充分、成本较高、设备腐蚀严重等。

3．氨碱法生产纯碱(1)原料：食盐、氨(来自炼焦副产品)和二氧化碳(来自碳酸钙)。

(2)主要反应原理(写方程式)：①将CO 2通入含氨的饱和食盐水中：NH 3＋CO 2＋H 2O===NH 4HCO 3，NaCl ＋NH 4HCO 3===NaHCO 3↓＋NH 4Cl 。

②碳酸钠的获取：2NaHCO 3=====△Na 2CO 3＋CO 2↑＋H 2O ↑。

[议一议]1．索尔维法生产纯碱的过程，经过了哪几个阶段，简述氨碱法的优缺点。

答案 索尔维法制碱的主要过程可分为以下几个阶段：(1)盐水的精制：在配制的饱和食盐水中，加入熟石灰和纯碱，以除去食盐水中的Mg 2＋和Ca 2＋。

(2)盐水氨化：在精制盐水中，通入氨气制成氨盐水。

(3)氨盐水碳酸化：使氨盐水吸收二氧化碳，生成碳酸氢钠和氯化铵。

NaCl ＋NH 3＋CO 2＋H 2O===NaHCO 3↓＋NH 4Cl(4)碳酸氢钠的转化：滤出碳酸氢钠后煅烧得到纯碱，同时回收二氧化碳再利用。

2NaHCO 3=====△Na 2CO 3＋CO 2↑＋H 2O ↑(5)氨的循环：将氯化铵加石灰乳分解，回收氨循环利用。

2NH 4Cl ＋Ca(OH)2=====△2NH 3↑＋CaCl 2＋2H 2O 氨碱法生产纯碱的优缺点：(1)优点：氨碱法生产纯碱具有原料(食盐和石灰石)价廉易得、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。

(2)缺点：大量CaCl 2用途不大，NaCl 利用率只有70%，约30%的NaCl 留在母液中。

2．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1∶1)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。

请思考回答下列问题(1)在析出NaHCO 3的过程中涉及哪些化学平衡？________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ (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？_____________________________________________ ________________________________________________________________________。

答案 (1)NH 3＋H 2ONH 3·H 2O NH ＋4＋OH －，CO 2＋H 2OH 2CO 3H ＋＋HCO －3，H ＋与OH －中和生成水，使上述两个平衡向右移动，NH ＋4，HCO －3浓度增大，HCO －3和Na ＋浓度的乘积超过NaHCO 3的溶度积，析出NaHCO 3晶体，Na ＋(aq)＋HCO －3(aq)NaHCO 3(s)(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 －3，不利于生成NaHCO 3沉淀二、联合制碱法联合制碱法，即将氨碱法与合成氨联合生产的改进工艺。

1．原料原料为食盐、氨气和CO 2，其中氨气和CO 2来自于合成氨。

2．反应原理联合制碱法的主要反应化学方程式是NaCl ＋NH 3＋CO 2＋H 2O===NaHCO 3↓＋NH 4Cl ，2NaHCO 3=====△Na 2CO 3＋CO 2↑＋H 2O ↑。

[议一议]简述联合制碱法的过程，获取副产品NH 4Cl 晶体的方法是什么？主要优点有哪些？ 答案 (1)盐水精制：加入熟石灰和纯碱除去Ca 2＋、Mg 2＋。

(2)盐水氨化：精制盐水中通入NH 3。

(3)氨盐水碳酸化：NaCl ＋H 2O ＋NH 3＋CO 2===NaHCO 3↓＋NH 4Cl 。

(4)制Na 2CO 3回收CO 2：2NaHCO 3=====△Na 2CO 3＋H 2O ↑＋CO 2↑。

(5)循环制NH 4Cl ：析出NaHCO 3后的母液中吸收NH 3，降温加食盐，析出NH 4Cl ，滤出NH 4Cl 后再经氨化、碳酸化制碱。

优点：使食盐的利用率提高到96%，NH 4Cl 可作化肥，革除了CaCO 3制CO 2的工序，降低了生产成本。

氨碱法与联合制碱法的比较例(1)上述生产纯碱的方法称________，副产品的一种用途为________。

(2)沉淀池中发生反应的化学方程式是____________________________________________。

(3)写出上述流程中物质X的分子式________。

(4)使原料氯化钠的利用率从70%提高到96%以上，主要是设计了________(填上述流程中的编号)循环。

从沉淀池中取出沉淀的操作是________。

(5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加________。

(6)向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有________。

a．增大NH＋4的浓度，使NH4Cl更多地析出b．使NaHCO3更多地析出c．使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度答案(1)联合制碱法或侯氏制碱法作化肥或作电解液等(其他合理答案均可)(2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓(3)CO2(4)Ⅰ过滤(5)硝酸酸化的硝酸银溶液(6)ac解析本题主要考查侯氏制碱法的生产原理及生产工艺和Cl－的检验等。

(1)侯氏制碱法的副产物是NH4Cl，可作化肥等。

(2)根据联合制碱法的生产原理，可知向食盐水中通入氨气是为了得到碱性溶液，以吸收更多的CO2，当CO2过量时发生反应：NH3＋CO2＋H 2O===NH 4HCO 3，NaCl ＋NH 4HCO 3===NaHCO 3↓＋NH 4Cl 。

(3)在煅烧炉中NaHCO 3受热分解，发生2NaHCO 3=====△Na 2CO 3＋CO 2↑＋H 2O ↑，故X 为CO 2。

(4)因为氯化钠最后剩余在母液中，所以要提高NaCl 的利用率必须将过滤出NaHCO 3后的母液循环利用。

(5)要检验碳酸钠中是否混有NaCl ，只需向溶液中加硝酸酸化的AgNO 3溶液，看是否有白色沉淀生成即可。

(6)增大铵根离子的浓度有利于氯化铵的析出，所以选项a 正确；通入氨气使溶液碱性增强，使碳酸氢钠转化为溶解度较大的碳酸钠，可以提高氯化铵的纯度，所以选项c 正确，选项b 错误。

变式训练 下图是历史上出现的两种纯碱制造方法工艺流程，根据流程图回答有关问题：(1)下列反应原理在索尔维制碱法中没有使用到的是________(填字母)。

A ．2NH 4Cl ＋Ca(OH)2=====△CaCl 2＋2NH 3↑＋2H 2O B ．NH 4Cl=====△NH 3↑＋HCl ↑C ．2NaHCO 3=====煅烧Na 2CO 3＋CO 2↑＋H 2O ↑D ．NH 3＋CO 2＋NaCl ＋H 2O===NaHCO 3↓＋NH 4Cl(2)在两种方法中都是先向盐水中通入NH 3，然后再通入CO 2，其原因是：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)在两种方法中都可以循环使用的物质是________(填化学式)。

(4)侯氏制碱法中母液Ⅰ转化为母液Ⅱ的目的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(5)从两种流程看，侯氏制碱法具有哪些优点？________________________________________________________________________。

答案(1)B(2)CO2在盐水中溶解度小，先通入NH3可以使通入的CO2被充分吸收并反应(3)CO2(4)母液Ⅰ吸收氨后，降温并加入食盐粉，使NH4Cl结晶析出，得到不需要再精制的食盐水重新用于生产(5)不产生CaCl2废料，同时得到纯碱与NH4Cl两种产品，食盐利用率高等解析(1)从索尔维制碱法的工艺流程图可以看出，B选项的反应没有发生。

(2)由于CO2在盐水中溶解度小，若先通入NH3，则可以使溶液显碱性，有利于CO2的吸收与反应。

(3)从两个流程图可以看出，NaHCO3可分解，分解得到的CO2可以循环使用。

(4)母液Ⅰ吸收氨后，降温并加入食盐粉，使溶解度小的NH4Cl结晶析出，并得到不需要再精制的食盐水可重新用于生产。

(5)与索尔维制碱法相比，侯氏制碱法具有不产生CaCl2废料，同时得到纯碱与NH4Cl 两种产品，食盐利用率高等优点。

1．在制小苏打(NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl)的操作中，应在饱和食盐水中()A．先通入CO2，达到饱和后再通入NH3B．先通入NH3，达到饱和后再通入CO2C．CO2和NH3同时通入D．以上3种方法都行答案B解析先通入NH3，使溶液呈碱性，再通入CO2，可增大HCO－3浓度，有利于析出NaHCO3晶体。

2．以下关于氨碱法与联合制碱法的认识，不正确的是()A．氨碱法生产纯碱的原料便宜易得，步骤简单，是最早的制碱工艺B．联合制碱法又称侯氏制碱法，是侯德榜在氨碱法的基础上改造形成的C．在联合制碱法中，氯化钠的利用率比氨碱法中的高D．联合制碱法避免了氨碱法中对氯化钙的处理答案A解析氨碱法生产纯碱的原料为食盐和石灰石，便宜易得，但它并非是最早的制碱工艺，最早的制碱方法是路布兰法。