侯氏制碱法的探究

龙源期刊网侯氏制碱法的探究作者：张春旺来源：《下一代》2019年第03期龙源期刊网摘要：碳酸钠作为一种重要的工业原料，用途十分广泛，与我们的生活息息相关。而制碱所涉及到化学反应原理和实验操作都是中学化学所学习的内容，通过侯氏制碱法这个实验可以提高物质的分离提纯能力，培养对化学学科的兴趣爱好，激发爱国主义情怀。关键词：侯氏制碱法;物质的分离一、研究背景碳酸钠作为一种重要的工业原料，用途十分广泛，与我们生活息息相关。纯碱工业始创于18世纪，在很长的一段时间内制碱法把持在英、法、德、美等国家手中。1943年我国化学工程专家侯德榜把氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生成纯碱和氯化铵两种产品，即侯氏制碱法，又称联合制碱法。相比氨碱法，侯氏制碱法大幅提高原料的利用率，在学术界获得很高的评价，也为我国的民族工业做出杰出的贡献。碳酸钠、碳酸氢钠的性质先后出现在初中生活中常见的盐、高中几种重要的金属化合物，可见它们在中学化学中是非常具有代表性的一组盐，高一学生在学习离子反应、金属化合物后，根据侯氏制碱法原理，制备碳酸钠，有助于学生掌握碳酸钠和碳酸氢钠性质，锻炼多种实验操作。二、教学过程研究（一）实验原理侯氏制碱法包括两个过程：第一个过程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，己基本上被氯化钠饱和，可回收循环使用。其化学方程式可以归纳为以下三步反应：龙源期刊网↓2NaHCO3Na2C03+C02↑+H2O↑（二）以往学生实验过程出现的几个问题1.如何制取CO2在教学中我们通常用强酸和碳酸盐反应制取CO2，如：HCl+CaC03H2O+CaCL2+CO2↑H2S04+Na2C03Na2S04+H20+C02↑本次实验的目的制取Na2C03，所以笔者不建议用Na2C03作为原材料，合成碳酸氢钠的反应是放热反应，反应所需的二氧化碳一般不宜用盐酸来制得，特别是较浓盐酸将逸出相当多的氯化氢气体，不利于碳酸氢钠生成。本实验用碳酸钙粉末与难挥发性稀硫酸的稀溶液反应，由于硫酸钙微溶于水，所以这里不选用块状的大理石作为反应物，使用过量的碳酸钙粉末并采用磁力搅拌器辅助，有很好的实验效果。H2S04+CaC03Ca2S04↓+H20+CO2↑2.如何确保向饱和氨化食盐水中通二氧化碳后有沉淀生成在洗气装置中（饱和氨化食盐水通过量二氧化碳）大量存在的离子有Cl-、Na+、NH4+、HC03-，则溶液中可能存在的几种化合物对应的溶解度表如表l通过图表更直观的看到几种物质的溶解度随温度的变化通过对氯化钠、碳酸氢钠、氨气、碳酸氢铵、氯化铵几种物质的溶解度不难看出氯化铵、碳酸氢铵、碳酸氢钠的溶解度随着温度升高而增大，氯化钠受温度影响很小，氨气随着温度升高溶解度降低。通入过量二氧化碳，使得在室温（20℃）时产生的碳酸氢钠达到饱和，再冷却至O℃，确保有晶体析出。3.如何得到碳酸钠析出的晶体就是碳酸钠吗？显然不是，通过表1和图1我们可以知道碳酸氢钠、氯化铵、碳酸氢铵都可能会析出，我们可以利用这三种盐的共性来除杂，原理如下：龙源期刊网↑+C02↑NH4ClNH3↑+HCl↑NH4HC03NH3↑+C02↑+H20↑我们可以看到通过加热可以去除掉氯化铵、碳酸氢铵这两种杂质，同时得到碳酸钠。（三）实验步骤1.按照图2所示组建好实验装置。2.分别取5ml饱和氨化食盐水于支管试管和小试管中，加入2滴酚酞指示剂。锥形瓶中加入20g碳酸钙，放入磁子，盖好塞子后，向分液漏斗中加20ml3mol/L的稀硫酸。3.打开磁力搅拌器，边搅拌边滴加稀硫酸，至支管试管中红色褪去，且有沉淀生成时记录所用时间，做两次平行試验。（下转第246页）（上接第240页）4.在反心结束支支管试管冷却至室温后，放入冰箱中冷却至O℃，低温过滤得到固体。5.加热所得固体。（四）实验现象分析室温20℃时开始进行反应，支管试管中溶液颜色逐渐变浅，在上层内壁有结晶出现，如图3，反应一分钟后，支管试管中气泡数量远大于尾管中的气泡数量，其反应为：NH3（g）+H20（g）+CO2（g）=NH4HC03（s）制取碳酸氢钠过程放热，使得溶液中氨气逸出，期间二氧化碳不断通入，且尾管液封较深，使得支管试管内压强增加，相当于增大反应物的浓度，反应速率加快，所以在支管试管内壁上先看到结晶，而尾管内壁上并没有出现结晶。给所得固体加热，固体变粉红，试管口有小液滴生成，并有白烟生成、有刺激性气味逸出，持续加热红色退去。说明析出的固体中含有氯化铵，因为并没有除去酚酞，碳酸钠、氨气在有水蒸气的条件下使得酚酞变红，如果滴加酚酞，即可得到纯净的碳酸钠，也可以用无水乙醇洗涤所得固体，除去酚酞。龙源期刊网滤液中加入氯化钠完全溶解后，在低温状态下通入氨气，可以继续用于制碱反应，从而提高原料的利用率。三、教学反思通过综合实验可以很好的地锻炼学生的实验能力，有助于激发学生对化学学科的学习动力，加深对所学理论知识的理解和应用，串联已经学习的知识点，推导出知识脉络。参考文献[1]王力胜，常见物质的溶解度表，百度文库，2014-8-21[2]白玉山;于鷃，侯氏制碱法中的绿色化学思想化学教学，2004-09-15[3]张媛婷;张博，论侯氏制碱法在化学教学中的重要价值，亚太教育，2016-02-15