侯氏制碱法的发明与原理！

碳酸钠（Na₂CO₃）用途非常广泛，可用于医药、造纸、冶金、玻璃、纺织、染料等工业，也可用作食品工业发酵剂，也是居家生活必备，洗衣、去污、除臭，无所不能。虽然人们曾先后从盐碱地和盐湖中获得碳酸钠，但仍不能满足工业生产的需要。

1862年，比利时人欧内斯特·索尔维(ErnestSolvay 1838-1922)发明了以食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原料制取碳酸钠的'索尔维制碱法'(又称氨碱法)。其工业生产的简单流程如图所示。

索尔维制碱法的原理：

（1）碳酸氢钠的生成

先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液

NaCl+NH₃+H₂O+CO₂= NH₄Cl+NaHCO₃↓

CO₂的来源：CaCO₃=（高温）CaO+CO₂↑，

（2）纯碱的生成

2NaHCO₃=（△）Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O

（3）氨的回收

CaO+ H₂O=Ca(OH)₂，2NH4Cl＋Ca(OH)₂＝CaCl₂＋2NH₃↑＋2H₂O

氨碱法的优缺点：

优点：原料食盐、石灰石价廉易得，产品纯度较高、副产品二氧化碳和氨气课循环使用、生产过程简单

缺点：大量CaCl₂用途不大，NaCl利用率低（只要约70%，约有30%的NaCl留在母液中）。

此后，英、法、德、美等国相继建立了大规模生产纯碱的工厂，并组织了索尔维公会，对会员以外的国家实行技术封锁。

第一次世界大战期间，欧亚交通梗塞。由于我国所需纯碱都是从英国进口的，一时间，纯碱非常缺乏，一些以纯碱为原料的民族工业难以生存。1917年，爱国实业家范旭东在天津塘沽创办了永利碱业公司，决心打破洋人的垄断，生产出中国的纯碱。他聘请正在美国留学的侯德榜（1890-1974）先生出任总工程师。

1920年，侯德榜先生毅然回国任职。他全身心地投入制碱工艺和设备的改进上，终于摸索出了索尔维法的各项生产技术。1924年8月,塘沽碱厂正式投产。1926年，中国生产的'红三角'牌纯碱在美国费城的万国博览会上获得金质奖章。产品不但畅销国内，而且远销日本和东南亚。

针对索尔维法生产纯碱时食盐利用率低，制碱成本高，废液、废渣污染环境和难以处理等不足，侯德榜先生经过上千次试验，在1943年研究成功了联合制碱法。这个新工艺是把氨厂和碱厂建在一起，联合生产。由氨厂提供碱厂需要的氨和二氧化碳。母液里的氯化铵用加入食盐的办法使它结晶出来，作为化工产品或化肥。食盐溶液又可以循环使用。

为了实现这一设计，在1941~1943年抗日战争的艰苦环境中，在侯德榜的严格指导下，经过了500多次循环试验，分析了2000多个样品后，才把具体工艺流程定下来，这个新工艺使食盐利用率从70%一下子提高到96%，也使原来无用的氯化钙转化成化肥氯化铵，解决了氯化钙占地毁田、污染环境的难题。这方法把世界制碱技术水平推向了一个新高度，赢得了国际化工界的极高评价。1943年，中国化学工程师学会一致同意将这一新的联合制碱法命名为'侯氏联合制碱法'。所谓'联合制碱法'中的'联合'，指该法将合成氨工业与制碱工业组合在一起，利用了生产氨时的副产品CO₂，革除了用石灰石分解来生产，简化了生产设备。此外，联合制碱法也避免了生产氨碱法中用处不大的副产物氯化钙，而用可作化肥的氯化铵来回收，提高了食盐利用率，缩短了生产流程，减少了对环境的污染，降低了纯碱的成本。联合制碱法很快为世界所采用。

侯氏制碱法的原理是依据离子反应发生的原理进行的，离子反应会向着离子浓度减小的方向进行。他要制纯碱（Na₂CO₃），就利用NaHCO在溶液中溶解度较小，所以先制得NaHCO。再利用碳酸氢钠不稳定性分解得到纯碱。要制得碳酸氢钠就要有大量钠离子和碳酸氢根离子，所以就在饱和食盐水中通入氨气，形成饱和氨盐水，再向其中通入二氧化碳，在溶液中就有了大量的钠离子，铵根离子，氯离子和碳酸氢根离子，这其中NaHCO₃溶解度最小，所以析出，其余产品处理后可作肥料或循环使用。其工业生产的简单流程如图所示。

其化学方程式可以归纳为以下两步反应。

（1）将二氧化碳通入氨水的氯化钠饱和溶液中，使溶解度较小的碳酸氢钠从溶液中析出：

NaCl+NH₃+H₂O+CO₂=NH₄Cl+NaHCO₃↓

（2）过滤得到碳酸氢钠晶体，NaHCO₃热稳定性很差，受热容易分解：

2NaHCO₃=（△）Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O

根据NH₄Cl在常温下的溶解度比NaCl大，而在低温下却比NaCl溶解度小的原理，在（5℃~10℃）向母液加入NaCl，则NH₄Cl析出，得到化肥，提高了NaCl的利用率。

侯氏制碱法具有以下优点：

保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高到96%以上；另外它综合利用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，同时，生产出两种可贵的产品——纯碱和氯化铵。将氨厂的废气二氧化碳，转变为碱厂的主要原料来制取纯碱，这样就节省了碱厂里用于制取二氧化碳的庞大的石灰窑；将碱厂的无用的成分氯离子(Cl^-)来代替价格较高的硫酸固定氨厂里的氨，制取氮肥氯化铵。从而不再生成没有多大用处、又难于处理的氯化钙，减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生产的优越性。

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