课题3 纯碱的生产
教学目标
知识与技能：
1. 了解纯碱的生产及发展过程。
2. 了解体验天然碱的生产与化工生产之间的联系及体验技术的发展过程。
3. 了解路布兰法，掌握氨碱法（索尔维法）及联合制碱法（侯氏制碱法）。
过程与方法：
学会运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取信息，并运用比较、分类、归纳、概括等方法对知识进行加工分析，逐步培养独立思考的能力和提高自主学习化学的能力。
情感态度与价值观：
在讨论与交流中培养与别人合作的能力，培养团队精神，并且注意加强化学与生活的联系，激发学生学习化学的兴趣，从而提高学化学、爱化学的自觉性。
教学重点：
氨碱法的生产原理
教学难点：
复杂盐溶液体系中固体物质的析出结晶即离子反应的实质
教学工具：
多媒体课件 黑板
教学方法：
讲授法 讨论法 分析法 总结法
教学设计：
【引课】
这一节课，我们一起来讨论“纯碱的生产”的相关问题。
【板书】
课题3 纯碱的生产
纯碱的化学名称是？（碳酸钠）
那碳酸钠有哪些用途呢？（图片）
发酵粉、洗碗、制肥皂、制药、制松花蛋、纺织、玻璃、造纸、漂染，还可以用于其他含钠化合物的制备。
自然界中是否存在天然的碳酸钠？（图片）
碱湖。
我们如何能够获得这些天然的纯碱呢？
（1） 一些生长在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。
（2） 当冬季来临时，碱湖中所含的碳酸钠结晶析出，经过简单的加工就可以使用。
历史上，一般经过张家口和古北口转运到全国各地，因此，在我国素有“口碱”之说。
【思考与交流】
1.从天然碱的形成推测碳酸钠在水中结晶析出主要受到哪些因素的影响？
改变温度、结晶水合物的组成以及溶剂水的质量等因素，可以改变碳酸钠在水中的溶解情况，提高结晶析出的速率和质量（纯度）。
【过渡】18世界中期工业革命以后，天然碱和从植物的灰烬中提取的碱已经不能满足生产发展的需要，纯碱工业随之发展起来。
2.根据天然碱的存在及其主要化学成分，请你设想工业生产碳酸钠的主要原料是什么？为什么？
碳酸钠中含有钠离子和碳酸根离子。自然界中存在的含钠离子的化合物很多，大量存在的、最常见的是氯化钠；因此，氯化钠是比较理想的生产原料之一。碳酸根可以有碳酸盐直接提供，也可有由二氧化碳制取，较为理想的原料是碳酸钙。
【过渡】世界上最早实现碳酸钠的工业生产的路布兰法的原料就是用的氯化钠和碳酸钙。我们简单的了解一下：
【资料卡片】
世界上最早是通过路布兰法实现了碳酸钠的工业生产。其生产原理是：
1. 用硫酸将食盐转变成硫酸钠
NaCl+H2SO4==NaHSO4+HCl↑
NaCl+NaHSO4==Na2SO4+ HCl↑
2. 将硫酸钠与木炭、石灰石一起加热，反应生成碳酸钠和硫化钙
Na2SO4+2C==Na2S+2CO2↑
Na2S+CaCO3==Na2CO3+CaS
从反应原理上，同学们分析一下这个方法有哪些缺点？
原料利用不充分、成本较高、设备腐蚀严重等
【过渡】正是因为如此，促使人们研究新的制碱方法，知道19世纪60年代后逐渐被氨碱法所取代。
一、 氨碱法生产硫酸
氨碱法是由比利时人索尔维发明的，所以，氨碱法也称为索尔维制碱法。氨碱法的原料也是氯化钠和碳酸钙，不同的是它还使用了炼焦的副产品氨。
原料：CaCO3、NaCl 、NH3
【过渡】为了更好的理解氨碱法的原理，我们进行这样一个探究：
【科学探究】
1、 向AgNO3溶液中滴加KCl溶液会有什么现象？
会有白色沉淀生成。
白色沉淀是什么？（氯化银）
溶液中应该含有哪些溶质离子？（银例子、钾离子、硝酸根、氯离子）
它们能够组成哪些溶质?（硝酸银、氯化钾、硝酸钾、氯化银）
那析出的为什么不是其他的溶质粒子呢？（因为氯化银的溶解度很小）
这个反应的离子方程式为：Ag++Cl-==AgCl↓
【过渡】很好！现在我们来分析第二个问题。
2、20℃时，把碳酸氢铵、氯化钠和水配制成一混合溶液，当把溶液加热蒸发后冷却至20℃，首先析出的物质是什么？
是溶解度较小的那种物质。
那么，溶液中的离子能够形成哪些溶质粒子呢？（碳酸氢铵、氯化钠、碳酸氢钠、氯化铵）
大家参照“溶解度表”，看析出的物质是什么啊？（碳酸氢钠）
很好！这个反应的化学方程式该怎么写呢？大家试着写一下。
NH4HCO3+NaCl====NaHCO3↓+NH4Cl
离子方程式为： HCO3-+Na+====NaHCO3↓
通过这两个反应，大家谈一下你对物质的溶解性和离子反应的实质的认识？
物质溶和不溶是相对的，离子反应的实质就是向着离子浓度减小的方向进行。
【过渡】根据这个反应，我们该怎么得到纯碱呢？
2NaHCO3====Na2CO3+CO2↑+H2O↑
那我如何利用原料制取碳酸氢钙？（CaCO3==CaO+CO2↑）
CO2+H2O+NH3=== NH4HCO3
好！现在我们把两个方程式叠加得到的方程式是怎样的？
NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl
反应原理的方程式分布写和写总反应式都可以。
【过渡】现在我们来分析氨碱法流程中的物料转化。
CaCO3===CaO+CO2 CaO+H2O===Ca(OH)2
NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl
2NaHCO3====Na2CO3+CO2+H2O
2NH4Cl +Ca(OH)2==CaCl2+NH3+H2O
氨碱法的优点：
原料便宜易得，氨和部分二氧化碳可循环利用，产品纯度高，步骤简单。
氨碱法的缺点：
副产物氯化钙的处理问题，氯化钠的利用率低。
【过渡】这两个问题被我国化学家侯德榜解决了，他发明了联合制碱法，也称为侯氏制碱法。
二、联合制碱法
现在我们先来认识一下我们的国宝级任务。
个人简历：
1890年 出生
1911年 考入清华留美预备学校，后以10门功课
1000分的优异成绩被保送到美国留学
1916年 获美国麻省理工学院学士学位
1919年 获美国哥伦比亚大学硕士学位
1921年 获博士学位
【过渡】现在让我们一起来认识这个伟大的发明，解开它神秘的面纱？
联合制碱法是什么样的呢？
联合制碱法的原理和氨碱法一样，大家很失望吧？其实，氨碱法一直被西方的一些国家所控制，当时并为公布于世。
联合制碱法与氨碱法有自己的不同之处：氨碱法的原料来自于合成氨（二氧化碳、氨气），同时得到的副产品是氯化铵，氯化铵有什么用途呢？（氮肥，焊药，电解液）这里面氯化铵是以溶液的形式存在的，如何让它析出呢？氯化铵析出和溶解存在溶解平衡。所以，加入氯离子或者铵根离子均可以使其析出。事实工业上也是这么做的，向里面通入氨气或者加入食盐颗粒，析出氯化铵后的溶液含有氨水和氯化钠，又可以作什么呢？（返回做反应物）这样的话，氯化钠的利用率怎么样了呢？（提高了）提高到了96%。
综合以上的分析，大家总结一下，联合制碱法有哪些优点呢？
综合利用了合成氨的原料，提高了氯化钠的利用率，减少了环境污染。
【过渡】综合以上内容，大家总结一下联合制碱法与氨碱法有哪些异同？
相同点：原理相同
不同点：原料来源不同，副产物不同
思考题：在生产过程中，是先通入氨气，还是先通入二氧化碳？
提示：考虑氨气和二氧化碳的溶解度大小。
先通入二氧化碳，溶液中存在碳酸，碳酸的量比较少；再通入氨气，氨气易溶于水，一水合氨的量比较多；此时产物应该是碳酸铵而不是碳酸氢铵。反过来，如果我们先通入氨气，溶液中会存在较多的一水合氨，再通入二氧化碳时，二氧化碳和一水合氨反应，通入的二氧化碳过量就会生成碳酸氢铵，也就是说，此时二氧化碳溶解的多少不是受溶解度限制，而是受反应控制。那么，先通入氨气起到的作用就是为了更多的溶有二氧化碳。
【思考与交流】人类历史上，科学技术的突破性重大发现和成果总是与一些伟大的名字联系在一起，路布兰（1791）、索尔维（1862）和侯德榜（1924）的名字都铭刻在人类制碱技术发展的历史上，你知道吗？路布兰是一名医生，索尔维是在工作中学习化学的，侯德榜是化学工程学博士。根据三个人所处的年代及学习经历，你对技术与科学的关系有哪些新的认识？
课下大家查阅资料，下节课之前我们来讨论。
【总结】综合这节课的学习，你认为你学到哪些内容？重点是什么？难点是什么？
【习题】
1.下列属于侯氏制碱法的优点的是（ D ）
A.氨和二氧化碳由合成氨厂提供
B.母液可回收氯化铵
C.氯化钠的利用率达96%
D.以上全是
2.工业上常用氨碱法制碳酸钠，但却不能用氨碱法制碳酸钾，这是因为在溶液中（ A）
A.KHCO3溶解度较大
B.KHCO3溶解度较小
C.K2CO3溶解度较大
D.K2CO3溶解度较大
3为了检验纯碱的质量（可能含有少量小苏打），取少量样品进行实验，可以采用的方法是（ A）
A.加热后通入澄清石灰水，观察现象
B.滴加盐酸，观察现象
C.溶于水中，滴加少量BaCl2溶液，观察现象
D.溶于水中，滴加少量澄清的石灰水，观察现象
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