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新高一化学 · 必修一 · 钠及其化合物 | 索尔维制碱法与侯氏制碱法
纯碱是怎么造出来的？
馒头蒸得好不好，除了面发得好，还有一样东西功不可没——碱面。它的学名是碳酸钠（Na2CO3），工业上又叫纯碱、苏打。
玻璃要用它，肥皂要用它，造纸和纺织也离不开它。可以说，我们生活的方方面面，都有"纯碱"的影子。但你可能不知道：80 多年前，中国人造纯碱是要看外国人脸色的。直到一位中国化学家出现，才把这件事彻底翻了过来——他叫侯德榜，他发明的制碱法就叫侯氏制碱法。
这一篇，我们把索尔维制碱法和侯氏制碱法这两种工业制碱法，从原料到工艺，一步一步拆开看。
一、一段值得记住的历史
- 1791｜路布兰制碱法（法国）
：用食盐、焦炭、石灰石在固体状态下加热制碱。缺点是难以连续生产、设备腐蚀严重、产品质量不纯，20 世纪 20 年代被淘汰。 - 1862｜索尔维制碱法（比利时）
，又称氨碱法：第一次实现了连续化大生产，成本大幅下降，纯碱从此走进千家万户。 - 1943｜侯氏联合制碱法（中国）
：侯德榜把制碱与合成氨联合起来，既提高了原料利用率，又不再产生废渣，还额外得到氮肥。这是中国人对世界化学工业的贡献。
二、原料：两套工艺，三样东西
- 索尔维制碱法（氨碱法）
：食盐（NaCl）、石灰石（CaCO3）、氨（NH3）。 - 侯氏制碱法（联合制碱法）
：食盐（NaCl）、氨（NH3）、二氧化碳（CO2）。
看出差别了吗？侯氏制碱法不用石灰石，改用合成氨厂排出的废气 CO2。这一步妙在哪里，看到后面"优缺点"就明白了。
三、生产工艺：跟着"气"走一遍
图 1 索尔维制碱法（氨碱法）生产工艺
索尔维法可以拆成五步：
- ① 制 CO2
：高温煅烧石灰石：CaCO3 ＝高温 CaO + CO2↑。 - ② 制石灰乳
：生石灰加水——CaO + H2O ＝ Ca(OH)2。这一步是为最后回收氨准备的。 - ③ 沉淀池（最关键的一步）
：先向饱和食盐水不断通入 NH3，制成氨盐水；再通入 CO2，发生 NaCl + NH3 + CO2 + H2O ＝ NaHCO3↓ + NH4Cl。 - ④ 煅烧出纯碱
：把析出的 NaHCO3 过滤出来加热：2NaHCO3 ＝ΔNa2CO3 + CO2↑ + H2O，得到产品纯碱，同时放出的 CO2 循环使用。 - ⑤ 处理母液
：滤液（母液）里主要是 NH4Cl，加入石灰乳并加热：2NH4Cl + Ca(OH)2 ＝Δ 2NH3↑ + CaCl2 + 2H2O，把 NH3 收回来循环使用，同时排出大量 CaCl2。
看图小窍门：图 1 里两条红色虚线表示物质被"绕回去"循环利用了。循环物质几乎是这类流程题的必考点，读到流程题先找它。
图 2 侯氏联合制碱法生产工艺
侯氏法把前面的步骤几乎照搬（因为生成 NaHCO3 的反应本质完全一样），只改了两处：
- CO2 从哪来
：不再靠煅烧石灰石，而是直接用合成氨厂的废气。 - 母液怎么处理
：不加减石灰乳，而是向母液里加食盐细粉、通入 NH3 并冷却，让 NH4Cl 直接结晶析出——它是氮肥，可以卖钱；剩下的母液（含 NaCl）再送回沉淀池。
"联合"两个字就体现在这里：合成氨厂的废料（CO2）成了碱厂的原料，碱厂无用的 Cl⁻ 又变成了氮肥。一个厂的废物，是另一个厂的宝贝。
四、主要反应：核心其实只有两步
（1）沉淀池：制取 NaHCO3
NaCl + NH3 + CO2 + H2O ＝ NaHCO3↓ + NH4Cl
这条件方程式，要问自己三个"为什么"：
- 为什么先通 NH3 后通 CO2？
NH3 极易溶于水，先通 NH3 使溶液呈碱性，能吸收更多的 CO2；而 NH3 溶解度极大，不会"堵住"溶液。顺序若倒过来，CO2 溶解度小，产品会少得可怜。 - 为什么 NaHCO3 会析出？
在这一温度下，体系里几种物质中 NaHCO3 的溶解度最小，所以它最先以晶体析出。 - 为什么得到的不是 Na2CO3？
溶液中有大量 CO2，酸性环境下先生成酸式盐 NaHCO3，必须再煅烧才能变成 Na2CO3。
（2）煅烧：把 NaHCO3 变成纯碱
2NaHCO3 ＝Δ Na2CO3 + H2O + CO2↑
这条方程式你一定不陌生——它就是检验 Na2CO3 中是否混有 NaHCO3 的原理：加热样品，把产生的气体通入澄清石灰水，若变浑浊，就说明混有 NaHCO3。
（3）索尔维法多出来的两步
CaCO3 ＝高温 CaO + CO2↑ 2NH4Cl + Ca(OH)2 ＝Δ 2NH3↑ + CaCl2 + 2H2O
侯氏法没有这两步，所以也就不需要消耗石灰石，也不会产生 CaCl2 废渣。
五、优缺点：为什么侯氏法赢了
图 3 索尔维制碱法与侯氏联合制碱法对比
索尔维法
- 优点
：能连续化生产，食盐利用率比路布兰法高，产品较纯净，成本低。 - 缺点
：原料中有一半的成分（Cl⁻）没有转化成产品，变成了大量的 CaCl2 废渣，污染环境又难以利用，食盐利用率只有约 70%。
侯氏法
- 提高原料利用率
：食盐利用率提高到 96% 以上，同样多的盐能产出更多纯碱。 - 变废为宝
：不产生 CaCl2 废渣，反而得到有用的氮肥 NH4Cl。 - 联合生产
：与合成氨厂联合，用一个厂的废物作另一个厂的原料，大大降低成本。 - 绿色化学
：CO2、NaCl 都能循环使用，符合绿色化学与循环经济的思想。
难点辨析：同样是 Cl⁻，为什么一个变成废渣、一个变成氮肥？索尔维法中 NaHCO3 析出后，Cl⁻ 主要以 NH4Cl 的形式留在母液里；要想把 NH3 收回来，就得加石灰乳，于是 Cl⁻ 只能变成 CaCl2 被排掉。侯氏法改用"加食盐细粉、通 NH3、冷却"的办法，让 Cl⁻ 直接以 NH4Cl 晶体的形式分离出来——同样是 Cl⁻，一条路是被丢弃的废渣，另一条路是能卖钱的氮肥。
六、例题
例题 1 "NaCl + CO2 + NH3 + H2O ＝ NaHCO3↓ + NH4Cl"是侯氏制碱法的重要反应。下列有关说法不正确的是（ ）
A．该条件下 NaHCO3 的溶解度较小
B．NaHCO3 不是纯碱
C．析出 NaHCO3 固体后的溶液中只含 NH4Cl
D．该反应是在饱和食盐水中先通入 NH3，再通入 CO2
答案：C
解析： 纯碱是 Na2CO3，NaHCO3 俗称小苏打，B 正确；先通 NH3 使溶液呈碱性，可吸收更多 CO2，D 正确；析出 NaHCO3 后的溶液中除 NH4Cl 外，还有未反应完的 NaCl，以及溶解的少量 NaHCO3，所以 C 错误。
这类"说法不正确"的题，四个选项往往分别考 溶解度、物质分类、溶液成分、操作顺序。把"溶液里到底有谁"想清楚（生成物 + 剩余反应物 + 溶解的产物），C 这类陷阱一眼就能拆穿。
例题 2 侯氏制碱法中，向饱和食盐水中应先通 NH3 还是先通 CO2？为什么？
答案：先通 NH3。
解析： NH3 极易溶于水，先通 NH3 使溶液呈碱性，能吸收更多的 CO2，生成更多的 HCO3－，从而使 NaHCO3 更多地析出。
答"为什么"类问题要写出因果链条：NH3 极易溶 → 溶液呈碱性 → 多吸收 CO2 → 多生成 HCO3－ → 多析出 NaHCO3。只写"因为 NH3 溶解度高"是拿不到满分的。
例题 3 "索尔维制碱法"与"侯氏制碱法"是常见的纯碱工业制法。下列关于两者的说法正确的是（ ）
A．两者生产原料来源相同
B．两者均使用了高效催化剂
C．侯氏制碱法将索尔维制碱法与合成氨法两种工艺联合了起来
D．索尔维制碱法食盐利用率更高
答案：C
解析： A 错——侯氏法不用石灰石，原料并不同；B 错——两者都没有使用催化剂；D 错——侯氏法把食盐利用率提高到 96% 以上，比索尔维法（约 70%）高。
例题 4 如何检验产品纯碱中是否混有 NaHCO3？写出操作、现象、结论及相关化学方程式。
答案：取少量样品于试管中加热，将产生的气体通入澄清石灰水。若澄清石灰水变浑浊（试管口同时有水珠生成），说明样品中混有 NaHCO3。
方程式：2NaHCO3 ＝Δ Na2CO3 + H2O + CO2↑
解析： Na2CO3 受热稳定，NaHCO3 受热才分解，用"加热 + 检验 CO2"就能把两者区分开。这也是"Na2CO3 与 NaHCO3 的鉴别"里最常用的一招。
反过来也要会问：如果样品是 NaHCO3 中混有 Na2CO3，能不能用加热法？不能——加热时 NaHCO3 本身就会分解，现象被掩盖。这时要改用加 CaCl2（或 BaCl2）溶液看是否产生白色沉淀。
七、写在最后
纯碱的生产史，其实是一部"不断发现问题、不断解决问题"的历史：路布兰法解决了"能不能造"，索尔维法解决了"能不能连续造"，侯氏法解决了"能不能造得省、造得干净"。
记住两句话：① 核心反应只有两步——沉淀池得 NaHCO3，煅烧得 Na2CO3；② 先通 NH3 后通 CO2，NaHCO3 因溶解度最小而析出。
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