5.3化工生产--侯氏制碱法1-lu

纯碱工业的发展史：纯 碱 是 重 要 化 工 原 料 ， 广 泛 应 用 于 玻 璃 工 业 、 钢铁 工 业 、 化 学 工 业 、 医 药 工 业 、 搪 瓷 、 纺 织 、 印染 、 造 纸 、 食 品 等 。 纯 碱 工 业 始 于 18世 纪 末 ， 法国 人 勒 布 朗 ， 比 利 时 人 索 尔 维 ， 中 国 人 侯 德 榜 等 ，都 先 后 作 出 了 突 出 的 贡 献 。 索 氏 制 碱 原 理 ： NH3+CO2+H2ONH4HCO3NaCl + CO2 + H2O + NH3 NaHCO3 + NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2（CO2循环使用）NH4Cl又可以与熟石灰反应，产生NH3，重新作为原料使用： 2NH4Cl+Ca(OH)22NH3+CaCl2+2H2O （NH3循环使用）NH4HCO3+NaClNaHCO3+NH4Cl饱和食盐水氨盐水沉淀NaHCO3滤液NH4Cl、NaCl石灰石Ca(OH)2石灰乳通NH3过滤洗涤通CO2煅烧CO2(循环使用）Na2CO3产品煅烧CO2CaO NH3(循环使用）废液CaCl2、NaClCa(OH)2一、索尔维制碱法（氨碱法）：流 程 图 ： 标准状况下CO2和NH3在水中的溶解度如下表所示CO2 NH3溶解性（体积比）1: 1.7 1: 700溶液的密度（g cm-3）1 0.88饱和溶液的物质的量浓度（mol L-1）0.076 18思 考 ： 为 什 么 在 饱 和 食 盐 水 中 先 通 入 氨 气？CO2在 NaCl中 溶 解 度 很 小 ， 先 通 NH3使 食 盐 水 显 碱 性 ， 能 吸 收大 量 CO 2气 体 ， 产 生 高 浓 度 的 HCO3-,才 能 析 出 NaHCO3晶 体 。即 ： NaCl(饱 和 )+NH3(先 加 )+H2O+CO2(后 加 )NH4Cl+NaHCO3 一定温度下的溶解度溶解性固体的溶解度（/100g H2O）物质NaCl NaHCO3 NH4HCO3 NH4Cl0 35.7 6.9 11.9 29.7100 39.12 16.4分解75.80时饱和溶液中的物质的量(100gH2O) 0.61 0.08 0.15 0.56 运用离子反应的知识解释氨碱法原理（1）通入氨气和二氧化碳后的溶液中哪些溶质离子大量存在？ （2）Na+、NH4+ 、CI-、 HCO3-四种离子可以大量共存吗？它们可以组成 几种物质？ NaCl、NH4HCO3、NaHCO3、NH4Cl（3）为什么能够得到碳酸氢钠固体呢？Na+、NH4+ 、CI-、 HCO3-20时，NaHCO 3 的溶解度最小 索尔维制碱法CO2、NaCl、NH3索 尔 维 法 的 优 点：缺 点：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 CO 2都 可 循 环 使 用 ；4、 步 骤 简 单 ， 适 合 于 大 规 模 生 产 。1、NaCl利用率低2、生成用途不大的CaCl2（ NH4Cl、NaCl） Ca(OH)2 NH3+CaCl22NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2O 原 料：产 物 的 生 成：滤 液 的 处 理 侯德榜：福建闽侯人，是我国著名的化学家， 制碱工业的先驱和奠基人。 1926年，他用氨碱法生产的“红三角”牌纯碱获 美国费城万国博览会金质奖章。 1932年，他撰写纯碱制造一书，彻底公开了 索尔维法制碱的秘密。 凡 是 黄 头 发 蓝眼 睛 的 人 能 办 到 的 ,我 们 黑 头 发 黑 眼 睛的 人 也 一 定 能 办 到 。 1937年，抗战爆发，为不使天津碱厂落入侵略者之手，工厂迁至川西岷江。但内地食盐稀缺，导致成本上升。如何进一步提高食盐的利用率，不生成无用的CaCl2就成了必须要解决的问题，放在了侯先生的面前 1939年，侯德榜改良了索尔维制碱法，摒弃了氨碱法的缺点，被称为侯德榜制碱法。 二、侯氏制碱（联合制碱法）流程图(联合制碱法）1、 合 成 氨 工 厂 的 反 应 ：2、 向 已 经 氨 化 的 饱 和 食 盐 水 中 通 入 二 氧 化 碳 3、 加 热 碳 酸 氢 钠 ， 得 到 碳 酸 钠 N2的 制 取 ： 空 气 液 化H2、 CO2的 制 取 ： C+H2O(g) H2+CO 、 CO+H2O(g) H2+CO2NH3的 合 成 ： N2+3H2 2NH3高 温 高 温NH3+H2O+CO2+NaCl NH4Cl+NaHCO3（ 析 出 ） 2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2 （ 循 环 使 用 ） 思 考 1： 在 滤 液 中 通 入 氨 气 的 目 的1、 增 大 NH4+的 浓 度 ， 使 NH4Cl更 多 地 析 出2、 使 NaHCO3转 化 为 Na2CO3， 提 高 析 出 NH4Cl的 纯 度思 考 2： 在 滤 液 中 加 入 固 体 NaCl目 的同 离 子 效 应 ， 使 NH4Cl沉 降 ， 在 降 温 至 t1 以 下 分 离 析 出 更 多 的NH4Cl沉 淀 ， 同 时 又 补 充 了 下 一 过 程 中 所 要 的 N a+ NH4Cl NaCl 如何使NH 4Cl从NaCl的饱和溶液中结晶析出，且不夹带NaH CO3固体？NH 4Cl (s) NH 4+ + Cl- 10403020100 20 30 40温度( )S(克/100克水) NH 4Cl NaCl措施：1、通入NH33、降温至(010) 分析：2、加入磨细的食盐NaH CO3 (s) Na+ + H CO3-H CO3- H + + CO32- 饱和食盐水通氨气氨盐水过滤洗涤通CO2碳酸氢钠煅烧纯碱（产品）二氧化碳(循环使用) 滤液:NH 4Cl NaCl加氯化钠细粉、通氨气冷却、过滤、洗涤、干燥氯化铵（产品）饱和NaCl(循环使用)合成氨工厂二氧化碳氨气侯氏制碱法工业流程图 在制小苏打的第一步操作中应在饱和食盐水中先通_气体，后通_气体。3）在析出小苏打的母液中通入_，加入_， ， 使NH 4Cl结晶析出；NaCl循环利用。通氨气的作用 有 。 NH3 CO22、侯德榜制碱法简要步骤NH3（a）增大NH4的浓度，使NH4Cl更多地析出（b）使NaHCO 3更多地析出（c）使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的 NH4Cl纯度a、c 1）制小苏打： NH3+CO2+NaCl+H2O NaHCO3 +NH4Cl2）煅烧小苏打制纯碱， CO2循环使用细小食盐颗粒降温 侯德榜制碱法CO2、NH3、NaCl 滤 液 的 处 理（NaCl、NH4Cl）滤液：NaCl原 料 ：产 物 的 生 成 ： NH3、NaCl滤渣：NH4Cl2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2O“联合制碱法”名称由来：所用原料CO2和NH3是由合成氨厂提供的，故工业上常将侯氏制碱和合成氨联合在一起，所以，称为“联合制碱法”。侯氏制碱法的优点：1、 提 高 了 NaCl利 用 率 （ 96 以 上 ）2、 同 时 得 到 了 纯 碱 和 氯 化 铵 两 种 产 品3、 综 合 利 用 氨 厂 废 弃 物 CO 2， 简 化 操 作 ， 降 低 成 本 三、侯氏制碱法与索氏制碱法的异同点：1、 相 同 点 ：NaClNH3H2OCO2NaHCO3NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2 原 理 相 同 索 氏 制 碱 法 （ 氨 碱 法 ） 侯 氏 制 碱 （ 联 合 制 碱 法 ）滤 液 处理 方 法原 料 来源循 环 物质 优 缺 点 优 点 ：缺 点 ： 2、不同点：Ca(OH)2 +2 NH4 Cl 2 NH3 +CaCl2 +2 H2 OCa(OH)2 来 源 ：CaCO3 CaO+CO2CaO+H2 O Ca(OH)2 1 、 通 入 NH3 ：a、 增 大 NH4+的 浓 度 ， 使 NH4Cl更 多 地 析出b、 使 NaHCO3转 化 为 Na2CO3， 提 高 析出 NH4Cl的 纯 度2 、 降 温 ,并 加 入 过 量 NaCl： 低 温 时NH4Cl 溶 解 度 比 NaCl小 ， 所 以 可以 使 NH4Cl析 出 ， 同 时 补 充 Na+CO 2 NH3 CO2 NaCl1、 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 。CO2 ： 石 灰 石 的 煅 烧 NH3 ： Ca(OH)2 与 NH4 Cl的 反 应 CO2 ： 高 温 下 焦 炭 与 水 蒸 气 的 反 应NH3 ： 工 业 合 成 氨 的 反 应1、 NaCl利用率低 2、生成用途不大的CaCl2优点：1、提高了NaCl利用率 2、产生了有用的化工原料 和肥料 NH4Cl 课堂练习1：（05上海）我国化学侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下CO2 Na 2 CO3X食 盐 水 循 环 II循 环 I母 液(提 取 副 产 品 ) 煅 烧 炉合 成 氨 厂 沉 淀 池NH3NH3(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 的 化 学 反 应 方 程 式 是 。(3 ) 写 出 上 述 流 程 中 X物 质 的 分 子 式 。 联合制碱法或侯德榜制碱法作氮肥NH 3 + CO2 + H2O + NaCl NH4Cl + NaHCO3CO2 (4) 使 原 料 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 ） 的 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 NH4+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 NH4Cl的 纯 度I过滤稀硝酸和硝酸银溶液a、cCO2 Na2 CO3X食 盐 水 循 环 II循 环 I母 液(提 取 副 产 品 ) 煅 烧 炉合 成 氨 厂 沉 淀 池NH3NH3 课堂练习2：工 业 生 产 的 纯 碱 中 常 含 有 少 量 的 NaCl杂 质 。 某 校 研究 性 学 习 活 动 小 组 为 了 测 定 混 合 物 中 纯 碱 的 质 量 分 数 ， 拟 使 用 下图 实 验 装 置 ， 先 测 定 一 定 量 的 样 品 和 酸 反 应 放 出 二 氧 化 碳 的 质 量 ，再 计 算 混 合 物 中 纯 碱 的 质 量 分 数 。(1)甲装置的作用是 ； (2)乙装置反应前先通数分钟空气的作用是 ， 甲装置反应的离子方程式是 。甲乙丙吸 收 空 气 中 的 二 氧 化 碳吸 收 二 氧 化 碳 中 的 水 蒸 气排 出 装 置 中 的 二 氧 化 碳 气 体CO2+2OH- CO32-+H2O丙装置的作用是 (3)若 去 掉 丙 装 置 ， 测 得 的 CO2质 量 会 (填 “ 偏大 ” 或 “ 偏 小 ” )。(4)若 取 ng样 品 装 入 广 口 瓶 ， 且 反 应 前 填 满 碱 石 灰 的 干燥 管 丁 总 质 量 为 mg， 实 验 结 束 后 称 得 干 燥 管 丁 的 总 质量 为 w， 则 Na2CO3质 量 分 数 的 计 算 式 为 _甲乙丙偏 大 %10022 )(53 nmw