侯氏制碱法学案.doc

2020~2021学年高 一 年级 化学 学科 学案
编者：段娟 审核人：段娟 日期：2020.10.23
侯式制碱法原理和简单流程
【知识梳理】
实验背景：无水碳酸钠，俗名纯碱、苏打。它是玻璃、造纸、肥皂、洗涤剂、纺织、制革等工业的重要原料，还常用作硬水的软化剂，也用于制造钠的化合物。它的工业制法主要有氨碱法和联合制碱法两种。
一、实验原理
化学反应原理：

总反应 ：
将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体再加热，制得纯碱产品：

二、 氨碱法（又称索尔维法）
1．原料：
食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气
2．步骤：
先把氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，
再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液，

将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体，再加热煅烧制得纯碱产品。
（放出的二氧化碳气体可回收循环使用）
含有氯化铵的滤液与石灰乳[Ca(OH)2]混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。
CaO＋H2O Ca(OH)2，2NH4Cl＋Ca(OH)2 CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
其工业流程图为：

3．氨碱法的优点是：
（１）原料（食盐和石灰石）便宜；（２）产品纯碱的纯度高；
（３）副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；（４）制造步骤简单，适合于大规模生产。
4．氨碱法的缺点是：
（1）产生大量无用的副产品CaCl2（２）NaCl利用率只有70%，约有30%的NaCl留在母液中。
（3）设备多，耗能大。
三、 联合制碱法（又称侯氏制碱法）
1．原料：
食盐、氨气和二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。

2．步骤：
联合制碱法包括两个过程：
第一个过程与氨碱法相同：将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。
第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。
由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。所以在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液，已基本上被氯化钠饱和，可回收循环使用。
其工业生产的简单流程如图所示：

此法优点：保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高到96%；NH4Cl可做氮肥可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，革除了CaCO3制CO2这一工序。
学后练习
1.联碱法（候氏制碱法）和氨碱法的生产流程简要表示如下图：
CO2
Na2CO3
X
食盐水
循环II
循环I
母液
NH4Cl
煅烧炉
合成氨厂
沉淀池
NH3
NH3
食盐细粉
Z
冷却至10℃以下，过滤
联碱法（候氏制碱法）生产流程示意图

CO2
Na2CO3
X
食盐水，NH3
母液
煅烧炉
煅烧
沉淀池
CaO
Y

排出液W
循环II
循环I
氨碱法生产流程示意图
石灰石

（1）沉淀池中发生反应的化学方程式为_______________________。
（2）填写化学式：X是________，Y是_______；Z中除了溶解的氨气、食盐外，其它溶质还有__________；排出液中的溶质除了氢氧化钙外，还有___________。
（3）在氨碱法生产过程中氨要循环使用，但不需要补充，在母液中加生石灰前先要加热的原因是 。氨碱法总反应过程可用化学方程式表示为___________________。
（4）根据联碱法中从母液中提取氯化铵晶体的过程推测，所得结论正确是_____。
a．常温时氯化铵的溶解度比氯化钠小 b．通入氨气能增大NH4+的浓度，使氯化铵更多析出
c．加入食盐细粉能提高Na+的浓度， 使NaHCO3结晶析出
d. 通入氨气能使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度
（5）联碱法中，每当通入NH3 44.8L（已折合成标准状况下）时可以得到纯碱100.0g，则NH3的利用率为______；相比于氨碱法，氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了 （填上述流程中的编号）。指出联碱法的另一项优点_________________。
（6）绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。根据“联合制碱法”总反应，列出计算原子利用率的表达式：原子利用率（%）= 。

2、1942年，我国化工专家侯德榜以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3，进而生产出纯碱，他的“侯氏制碱法”为世界制碱工业做出了突出贡献。有关反应的化学方程式如下：
NH3＋CO2＋H2O →NH4HCO3 ；
NH4HCO3＋NaCl→NaHCO3↓＋NH4Cl ；
2NaHCO3 Na2CO3＋CO2↑＋H2O
（1）“侯氏制碱法”把合成氨和纯碱两种产品联合生产，请写出工业合成氨的化学反应方程式 ；已知合成氨为放热反应，若从勒夏特列原理来分析，合成氨应选择的温度和压强是 （选填字母）。
a．高温 b．低温 c．常温 d．高压 e．低压 f．常压
（2）碳酸氢铵与饱和食盐水反应，能析出碳酸氢钠晶体的原因是 。
a．碳酸氢钠难溶于水 b．碳酸氢钠受热易分解
c．碳酸氢钠的溶解度相对较小，所以在溶液中首先结晶析出
（3）某探究活动小组根据上述制碱原理，欲制备碳酸氢钠，同学们按各自设计的方案进行实验。
第一位同学：将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠，实验装置如下图所示（图中夹持、固定用的仪器未画出）。
请回答：
①写出甲中发生反应的离子方程式
②乙装置中的试剂是 。
③实验结束后，分离出NaHCO3 晶体的操作是 （填分离操作的名称）。

第二位同学：用图中戊装置进行实验（其它装置未画出）。
①为提高二氧化碳在此反应溶液中被吸收的程度，实验时，须先从a管通入 气体，再从b管中通入 气体。
②装置c中的试剂为 （选填字母）。
e ．碱石灰 f．浓硫酸 g．无水氯化钙
（2） 请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法（用简要的文字和相关的化学反应方程式来描述）： 。