5.3化工生產(chǎn)--侯氏制堿法1-lu

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1、純堿工業(yè)的發(fā)展史：純 堿 是 重 要 化 工 原 料 ， 廣 泛 應(yīng) 用 于 玻 璃 工 業(yè) 、 鋼鐵 工 業(yè) 、 化 學(xué) 工 業(yè) 、 醫(yī) 藥 工 業(yè) 、 搪 瓷 、 紡 織 、 印染 、 造 紙 、 食 品 等 。 純 堿 工 業(yè) 始 于 18世 紀(jì) 末 ， 法國(guó) 人 勒 布 朗 ， 比 利 時(shí) 人 索 爾 維 ， 中 國(guó) 人 侯 德 榜 等 ，都 先 后 作 出 了 突 出 的 貢 獻(xiàn) 。 索 氏 制 堿 原 理 ： NH3+CO2+H2ONH4HCO3NaCl + CO2 + H2O + NH3 NaHCO3 + NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2（CO2循環(huán)使用）NH

2、4Cl又可以與熟石灰反應(yīng)，產(chǎn)生NH3，重新作為原料使用： 2NH4Cl+Ca(OH)22NH3+CaCl2+2H2O （NH3循環(huán)使用）NH4HCO3+NaClNaHCO3+NH4Cl飽和食鹽水氨鹽水沉淀NaHCO3濾液NH4Cl、NaCl石灰石Ca(OH)2石灰乳通NH3過(guò)濾洗滌通CO2煅燒CO2(循環(huán)使用）Na2CO3產(chǎn)品煅燒CO2CaO NH3(循環(huán)使用）廢液CaCl2、NaClCa(OH)2一、索爾維制堿法（氨堿法）：流 程 圖 ： 標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2和NH3在水中的溶解度如下表所示CO2 NH3溶解性（體積比）1: 1.7 1: 700溶液的密度（g cm-3）1 0.88飽和溶液的物

3、質(zhì)的量濃度（mol L-1）0.076 18思 考 ： 為 什 么 在 飽 和 食 鹽 水 中 先 通 入 氨 氣？CO2在 NaCl中 溶 解 度 很 小 ， 先 通 NH3使 食 鹽 水 顯 堿 性 ， 能 吸 收大 量 CO 2氣 體 ， 產(chǎn) 生 高 濃 度 的 HCO3-,才 能 析 出 NaHCO3晶 體 。即 ： NaCl(飽 和 )+NH3(先 加 )+H2O+CO2(后 加 )NH4Cl+NaHCO3 一定溫度下的溶解度溶解性固體的溶解度（/100g H2O）物質(zhì)NaCl NaHCO3 NH4HCO3 NH4Cl0 35.7 6.9 11.9 29.7100 39.12 16.

4、4分解75.80時(shí)飽和溶液中的物質(zhì)的量(100gH2O) 0.61 0.08 0.15 0.56 運(yùn)用離子反應(yīng)的知識(shí)解釋氨堿法原理（1）通入氨氣和二氧化碳后的溶液中哪些溶質(zhì)離子大量存在？ （2）Na+、NH4+ 、CI-、 HCO3-四種離子可以大量共存嗎？它們可以組成 幾種物質(zhì)？ NaCl、NH4HCO3、NaHCO3、NH4Cl（3）為什么能夠得到碳酸氫鈉固體呢？Na+、NH4+ 、CI-、 HCO3-20時(shí)，NaHCO 3 的溶解度最小 索爾維制堿法CO2、NaCl、NH3索 爾 維 法 的 優(yōu) 點(diǎn)：缺 點(diǎn)：1、 原 料 （ 食 鹽 和 石 灰 石 ） 便 宜 ；2、 產(chǎn) 品 純 堿 的

5、 純 度 高 ；3、 副 產(chǎn) 品 氨 和 CO 2都 可 循 環(huán) 使 用 ；4、 步 驟 簡(jiǎn) 單 ， 適 合 于 大 規(guī) 模 生 產(chǎn) 。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：產(chǎn) 物 的 生 成：濾 液 的 處 理 侯德榜：福建閩侯人，是我國(guó)著名的化學(xué)家， 制堿工業(yè)的先驅(qū)和奠基人。 1926年，他用氨堿法生產(chǎn)的“紅三角”牌純堿獲 美國(guó)費(fèi)城萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆?1932年，他撰寫純堿制造一書，徹底公開(kāi)了 索爾維法制堿的秘密。 凡 是 黃 頭 發(fā) 藍(lán)眼 睛 的 人 能 辦 到

6、 的 ,我 們 黑 頭 發(fā) 黑 眼 睛的 人 也 一 定 能 辦 到 。 1937年，抗戰(zhàn)爆發(fā)，為不使天津堿廠落入侵略者之手，工廠遷至川西岷江。但內(nèi)地食鹽稀缺，導(dǎo)致成本上升。如何進(jìn)一步提高食鹽的利用率，不生成無(wú)用的CaCl2就成了必須要解決的問(wèn)題，放在了侯先生的面前 1939年，侯德榜改良了索爾維制堿法，摒棄了氨堿法的缺點(diǎn)，被稱為侯德榜制堿法。 二、侯氏制堿（聯(lián)合制堿法）流程圖(聯(lián)合制堿法）1、 合 成 氨 工 廠 的 反 應(yīng) ：2、 向 已 經(jīng) 氨 化 的 飽 和 食 鹽 水 中 通 入 二 氧 化 碳 3、 加 熱 碳 酸 氫 鈉 ， 得 到 碳 酸 鈉 N2的 制 取 ： 空 氣 液 化

7、H2、 CO2的 制 取 ： C+H2O(g) H2+CO 、 CO+H2O(g) H2+CO2NH3的 合 成 ： N2+3H2 2NH3高 溫 高 溫NH3+H2O+CO2+NaCl NH4Cl+NaHCO3（ 析 出 ） 2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2 （ 循 環(huán) 使 用 ） 思 考 1： 在 濾 液 中 通 入 氨 氣 的 目 的1、 增 大 NH4+的 濃 度 ， 使 NH4Cl更 多 地 析 出2、 使 NaHCO3轉(zhuǎn) 化 為 Na2CO3， 提 高 析 出 NH4Cl的 純 度思 考 2： 在 濾 液 中 加 入 固 體 NaCl目 的同 離 子 效 應(yīng) ， 使 N

8、H4Cl沉 降 ， 在 降 溫 至 t1 以 下 分 離 析 出 更 多 的NH4Cl沉 淀 ， 同 時(shí) 又 補(bǔ) 充 了 下 一 過(guò) 程 中 所 要 的 N a+ NH4Cl NaCl 如何使NH 4Cl從NaCl的飽和溶液中結(jié)晶析出，且不夾帶NaH CO3固體？NH 4Cl (s) NH 4+ + Cl- 10403020100 20 30 40溫度( )S(克/100克水) NH 4Cl NaCl措施：1、通入NH33、降溫至(010) 分析：2、加入磨細(xì)的食鹽NaH CO3 (s) Na+ + H CO3-H CO3- H + + CO32- 飽和食鹽水通氨氣氨鹽水過(guò)濾洗滌通CO2碳酸氫

9、鈉煅燒純堿（產(chǎn)品）二氧化碳(循環(huán)使用) 濾液:NH 4Cl NaCl加氯化鈉細(xì)粉、通氨氣冷卻、過(guò)濾、洗滌、干燥氯化銨（產(chǎn)品）飽和NaCl(循環(huán)使用)合成氨工廠二氧化碳氨氣侯氏制堿法工業(yè)流程圖 在制小蘇打的第一步操作中應(yīng)在飽和食鹽水中先通_氣體，后通_氣體。3）在析出小蘇打的母液中通入_，加入_， ， 使NH 4Cl結(jié)晶析出；NaCl循環(huán)利用。通氨氣的作用 有 。 NH3 CO22、侯德榜制堿法簡(jiǎn)要步驟NH3（a）增大NH4的濃度，使NH4Cl更多地析出（b）使NaHCO 3更多地析出（c）使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3，提高析出的 NH4Cl純度a、c 1）制小蘇打： NH3+CO2+NaC

10、l+H2O NaHCO3 +NH4Cl2）煅燒小蘇打制純堿， CO2循環(huán)使用細(xì)小食鹽顆粒降溫 侯德榜制堿法CO2、NH3、NaCl 濾 液 的 處 理（NaCl、NH4Cl）濾液：NaCl原 料 ：產(chǎn) 物 的 生 成 ： NH3、NaCl濾渣：NH4Cl2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2O“聯(lián)合制堿法”名稱由來(lái)：所用原料CO2和NH3是由合成氨廠提供的，故工業(yè)上常將侯氏制堿和合成氨聯(lián)合在一起，所以，稱為“聯(lián)合制堿法”。侯氏制堿法的優(yōu)點(diǎn)：1、 提 高 了 NaCl利 用 率 （ 96 以 上 ）2、 同 時(shí) 得 到 了 純 堿 和 氯 化 銨 兩 種 產(chǎn) 品3、 綜 合 利 用 氨 廠

11、廢 棄 物 CO 2， 簡(jiǎn) 化 操 作 ， 降 低 成 本 三、侯氏制堿法與索氏制堿法的異同點(diǎn)：1、 相 同 點(diǎn) ：NaClNH3H2OCO2NaHCO3NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2 原 理 相 同 索 氏 制 堿 法 （ 氨 堿 法 ） 侯 氏 制 堿 （ 聯(lián) 合 制 堿 法 ）濾 液 處理 方 法原 料 來(lái)源循 環(huán) 物質(zhì) 優(yōu) 缺 點(diǎn) 優(yōu) 點(diǎn) ：缺 點(diǎn) ： 2、不同點(diǎn)：Ca(OH)2 +2 NH4 Cl 2 NH3 +CaCl2 +2 H2 OCa(OH)2 來(lái) 源 ：CaCO3 CaO+CO2CaO+H2 O Ca(OH)2 1 、 通 入 NH3 ：a、 增 大

12、NH4+的 濃 度 ， 使 NH4Cl更 多 地 析出b、 使 NaHCO3轉(zhuǎn) 化 為 Na2CO3， 提 高 析出 NH4Cl的 純 度2 、 降 溫 ,并 加 入 過(guò) 量 NaCl： 低 溫 時(shí)NH4Cl 溶 解 度 比 NaCl小 ， 所 以 可以 使 NH4Cl析 出 ， 同 時(shí) 補(bǔ) 充 Na+CO 2 NH3 CO2 NaCl1、 原 料 （ 食 鹽 和 石 灰 石 ） 便 宜 ；2、 產(chǎn) 品 純 堿 的 純 度 高 ；3、 副 產(chǎn) 品 氨 和 二 氧 化 碳 都 可 以 回 收 循環(huán) 使 用 ；4、 制 造 步 驟 簡(jiǎn) 單 ， 適 合 于 大 規(guī) 模 生 產(chǎn) 。CO2 ： 石 灰

13、石 的 煅 燒 NH3 ： Ca(OH)2 與 NH4 Cl的 反 應(yīng) CO2 ： 高 溫 下 焦 炭 與 水 蒸 氣 的 反 應(yīng)NH3 ： 工 業(yè) 合 成 氨 的 反 應(yīng)1、 NaCl利用率低 2、生成用途不大的CaCl2優(yōu)點(diǎn)：1、提高了NaCl利用率 2、產(chǎn)生了有用的化工原料 和肥料 NH4Cl 課堂練習(xí)1：（05上海）我國(guó)化學(xué)侯德榜改革國(guó)外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡(jiǎn)要表示如下CO2 Na 2 CO3X食 鹽 水 循 環(huán) II循 環(huán) I母 液(提 取 副 產(chǎn) 品 ) 煅 燒 爐合 成 氨 廠 沉 淀 池NH3NH3(1 ) 上 述 生 產(chǎn) 純 堿 的 方 法 稱 ， 副 產(chǎn) 品 的 一

14、種 用 途為 。(2 ) 沉 淀 池 中 發(fā) 生 的 化 學(xué) 反 應(yīng) 方 程 式 是 。(3 ) 寫 出 上 述 流 程 中 X物 質(zhì) 的 分 子 式 。 聯(lián)合制堿法或侯德榜制堿法作氮肥NH 3 + CO2 + H2O + NaCl NH4Cl + NaHCO3CO2 (4) 使 原 料 氯 化 鈉 的 利 用 率 從 70%提 高 到 90%以 上 ， 主 要 是 設(shè) 計(jì)了 （ 填 上 述 流 程 中 的 編 號(hào) ） 的 循 環(huán) 。 從 沉 淀 池 中 取 出 沉淀 的 操 作 是 。(5)為 檢 驗(yàn) 產(chǎn) 品 碳 酸 鈉 中 是 否 含 有 氯 化 鈉 ， 可 取 少 量 試 樣 溶 于 水

15、 后 ，再 滴 加 。(6) 向 母 液 中 通 氨 氣 ， 加 入 細(xì) 小 食 鹽 顆 粒 ， 冷 卻 析 出 副 產(chǎn) 品 ， 通 氨氣 的 作 用 有 。(a)增 大 NH4+的 濃 度 ， 使 NH4Cl更 多 地 析 出(b)使 NaHCO3更 多 地 析 出(c)使 NaHCO3轉(zhuǎn) 化 為 Na2CO3， 提 高 析 出 NH4Cl的 純 度I過(guò)濾稀硝酸和硝酸銀溶液a、cCO2 Na2 CO3X食 鹽 水 循 環(huán) II循 環(huán) I母 液(提 取 副 產(chǎn) 品 ) 煅 燒 爐合 成 氨 廠 沉 淀 池NH3NH3 課堂練習(xí)2：工 業(yè) 生 產(chǎn) 的 純 堿 中 常 含 有 少 量 的 NaCl

16、雜 質(zhì) 。 某 校 研究 性 學(xué) 習(xí) 活 動(dòng) 小 組 為 了 測(cè) 定 混 合 物 中 純 堿 的 質(zhì) 量 分 數(shù) ， 擬 使 用 下圖 實(shí) 驗(yàn) 裝 置 ， 先 測(cè) 定 一 定 量 的 樣 品 和 酸 反 應(yīng) 放 出 二 氧 化 碳 的 質(zhì) 量 ，再 計(jì) 算 混 合 物 中 純 堿 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 。(1)甲裝置的作用是 ； (2)乙裝置反應(yīng)前先通數(shù)分鐘空氣的作用是 ， 甲裝置反應(yīng)的離子方程式是 。甲乙丙吸 收 空 氣 中 的 二 氧 化 碳吸 收 二 氧 化 碳 中 的 水 蒸 氣排 出 裝 置 中 的 二 氧 化 碳 氣 體CO2+2OH- CO32-+H2O丙裝置的作用是 (3)若 去 掉 丙 裝 置 ， 測(cè) 得 的 CO2質(zhì) 量 會(huì) (填 “ 偏大 ” 或 “ 偏 小 ” )。(4)若 取 ng樣 品 裝 入 廣 口 瓶 ， 且 反 應(yīng) 前 填 滿 堿 石 灰 的 干燥 管 丁 總 質(zhì) 量 為 mg， 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 束 后 稱 得 干 燥 管 丁 的 總 質(zhì)量 為 w， 則 Na2CO3質(zhì) 量 分 數(shù) 的 計(jì) 算 式 為 _甲乙丙偏 大 %10022 )(53 nmw