联合制碱工业教案1 - 图文

高三化学——

化工生产专题

松江区教师进修学院附属立达中学 夏登峰

[教学背景]

【教学内容】“化工生产”是高三化学教材第五章非金属元素的最后一节内容，包括氯碱工业、联合制碱工业等。

【意 义】化工生产与理论实际关系密切，教材安排非金属元素及其化合物、氧化还原反应、离子互换反应、动态平衡等化学原理、理论等内容之后学习化工生产，学生已有一定的知识储备，对所学知识起到一定的指导作用。学习化工生产为学生后续学习金属及其冶炼打下了基础，同时巩固了已有知识。

【课标要求】对于氯碱工业和联合制碱工业的教学，应注意对原理以及生产流程的设计、比较、改进等相关资源进行充分挖掘和展示，提高学生的感性认识和理论联系实际的能力，激发学生的兴趣和求知欲，落实情感态度和价值观的教育。注意从生产流程的角度引导学生认识化学理论与生产实际的关系，发挥理论的指导作用。引导学生用对比的方法，运用化工生产的基本原理分析索氏制碱法和候氏制碱法异同、氯碱工业的改进，根据实际生产进行相关的计算通过思考、互动，从中理解物料平衡、能源充分利用、绿色化学等思想，感受化学原理应用于实际化工生产的方法和科学技术的发展。

一．[教学目标]

知识与技能

1、氯碱工业原理（B） 2、索氏制碱法原理(A)

3、候氏制碱法和简单流程，并与索氏制碱法作对比(B)

4、化工生产的一些基本原理(充分利用原料、充分利用能量和保护环境)(A) 过程与方法

1、用对比的方法，分析索氏制碱法和候氏制碱法，感受化学原理应用于实际化工生产的方法；产生学习兴趣，懂得化学和生活改善、生产发展、社会进步的关系（A）

2、从电解池的改进中了解技术改革的基本思路，探讨氯碱工业发展的前景（A） 2、通过预习、查找资料等培养自学能力和批评精神（A） 情感态度价值观

1、体验化学工业发展和社会物质文明提高的关系，树立“绿色化学”思想，增强民族自豪感（A）

2、用“充分利用原料、充分利用能量和保护环境”原理分析化工生产优点和缺点，形成合理利用资源、保护环境，确立可持续发展的观念，增强社会责任感（A） 教学重点和难点

重点：氯碱工业原理、候氏制碱法原理

难点：①食盐水的精制、电解槽中离子隔膜的作用、②候氏制碱法生产流程及优点

[教学过程]

一、氯碱工业

1、电解饱和食盐水原理（包括电子流动、电极反应式、物质检验、总方程式、电解、与电解池比较）

问题：工业上是如何电解饱和食盐水的？相互之间会发生哪些反应？

工业生产中，为了避免产物氢气与氯气混合反应，需要使用特殊的电解槽——立式隔膜电解槽

2、氯碱工业装置——立式隔膜电解槽 电解原理示意图

氯碱工业主要产品——烧碱、氢气、氯气、盐酸

主要设备——阳离子交换膜电解槽。优点：阳极（金属钛）氯气不易腐蚀；阳离子交换膜隔成阴极室和阳极室，防止氢气氯气混合，防止氯气与氢氧化钠作用影响烧碱质量

讨论：从电解饱和食盐水的电解槽流出的氯化钠和氢氧化钠的混合溶液，如何能取得产品，又不浪费原料？

3、生产工艺流程

粗盐 H2O NaOH Na2CO3 H2 Cl2 10%NaOH 16%NaCl溶液 化 盐 精 制 电 解 脱 盐 沉 渣 NaCl晶体 50%NaOH溶 液 4、饱和食盐水的精制 讨论：如何从食盐水中除去Mg2+、Ca2+、SO42-等杂质

饱和食盐水的精制，除去食盐中的Mg2+、Ca2+、SO42-——NaOH、Na2CO3、HCl

5、氯碱工业的特点

氯碱工业的特点除原料易得、生产流程较短外，主要还有两个突出问题：

（l）能源消耗大:每生产1吨100％烧碱需耗电2580度，耗汽5吨，总能耗折标准煤为 1.815吨。

（3）腐蚀和污染 氯碱产品如烧碱、盐酸等均具有强腐蚀性，在生产过程中使用的原料如石棉、汞和所产生的含氯废气都可能对环境造成污染，因此防止腐蚀和三废处理也一直是氯碱工业的努力方向。

【例题1】氯碱厂电解饱和食盐水制取氢氧化钠的工艺流程示意图如下图。依据下图，完成下列填空： 粗盐 NaOH Na2CO3 H2 Cl2 10%NaOH 16%NaCl溶 化 精 电 脱 液 沉 渣 50%NaO NaCl晶体 H溶 液 （1）在电解过程中，与电源正极相连的电极所发生反应的化学方程式为 与电源负极相连的电极附近，溶液的pH值

（2）工艺食盐水含Mg2+、Ca2+等杂质，精制过程中发生反应的离子方程式为 （3）如果粗盐中SO42-含量较高，必须添加钡试剂除去SO42-，该钡试剂是 A. Ba(OH)2 B.Ba(NO3)2 C. BaCl2

(4)为了有效除去Mg2+、Ca2+、SO42-，加入试剂的合理顺序为 A.先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂 B.先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3 C.先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3

（5）脱盐工序中利用NaOH 和NaCl在溶解度上的差异，通过 、冷却、 （填操作名称）除去NaCl

（6）在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阳极区，为阳极区和阴极区，防止氯气与氢氧化钠反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，氯气与氢氧化钠充分接触，产物仅是氢氧化钠和氢气，相应的化学方程式为

【分析】本题利用氯碱厂电解饱和食盐水制取氢氧化钠知识重在对实验原理、装置原理与操作原理的训练。在除杂过程中应注意不能引入新的杂质。为了除尽杂质，所加的试剂必须过量，但是最后又不能引起新的杂质，所以前面引进的杂质要能被后面所加试剂除去，而最后加入过量试剂要不影响产品的纯度。

【答案】(1)2Cl－－2e Cl2↑ 升高

(2)Ca2＋＋(CO3)2(3)A/C (4)BC

CaCO, Mg2＋＋2OH

3

]Mg(OH)2

(5) 蒸发 过滤

(6) NaCl＋H2O NaClO＋H↑

2

二、联合制碱工业

纯碱是一种基本化工原料，自然界提供廉价的石灰石和氯化钠（海水），怎样转化为碳酸钠呢。

1、索尔维法——氨碱法 原料：食盐、氨、二氧化碳

NH4HCO3 NH4HCO3＋NaCl NaHCO3↓＋NH4Cl 化学方程式：NH3＋CO2＋H2O

2NaHCO3加热 Na2CO3↓＋CO2↑＋H2O

石灰石的作用：（1）提供二氧化碳，产生可循使用的氨气。

CaCO3高温 CaO＋CO2↑ CaO＋H2O Ca(OH)2

2NH4CI＋Ca(OH)2 CaCl2＋2NH3↑＋2H2O

2、候氏制碱法——联合制碱法 人物介绍——我国化学家侯德榜 原理：同索尔维法

原料不同：焦炭、空气、水和食盐

改进工艺：滤液不再加Ca(OH)2回收NH3，而是加固体食盐，使NH4CI析出，除去NH4CI后的母液循环使用制Na2CO3。不但使原料食盐得到充分利用，还生产出了化肥。

问题：原料不用石灰石，二氧化碳来源？氨不回收，氨来源？ 二氧化碳、氨均来自合成氨厂，故称为“联合制碱法”。

评价：从化工生产的基本原理的三个方面对氨碱法和联合制碱法进行评价。

3、归纳：氨碱法和联合制碱法比较

化工生产基本原理 （1）充分利用原料

（2）充分利用能量 （3）保护环境

氨碱法（索氏） 食盐利用率低72%—74%， 大量氯化钙作为废液排出 有石灰窑、蒸氨塔等耗能设备，需燃料加热

大量氯化钙作为废液排出，产生污染 原料低廉，成本降低，氨循环利用产品纯度高，制造步骤简单

联合制碱法（候氏） 母液循原料利用率高 98%，

环使用，同时生产碳酸钠和氯化铵两产品

利用合成氨放出热量，降低了耗能。节省石灰窑、蒸氨塔等设备，提高生产效率

避免产生大量含氯化钙废液污染

原料利用率高，充分利用能量，几乎无污染，生产碳酸钠和氯化铵两产品，降低了生产成本

优 点

缺 点 不同之处 不同之处

氯化钠未能，耗能大，产生氯化钙废弃物等污染

析出碳酸钠后母液中继续加入食盐，通入氨气，使氯化铵析出，得到碳酸钠和氯化铵两种产品

①联合制碱法将氯化铵作为一种化工产品，不再生产氨循环使用；

②对分离出碳酸氢钠和氯化铵后含氯化钠的溶液循环使用。

【例题2】我国化学家侯德榜（右图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：

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