ソルベー法（アンモニアソーダ法）の反応式、問われ方まとめ

どうも、わたなべです。

 

 

さあ工業的製法の有名な炭酸ナトリウムの製法として、ソルベー法があげられます。

 

 

 

このソルベー法ですが、物質が多くて悩みどころが多いです。ですが、ソルベー法は実際は、それほど難しくありません。

 

 

 

なので、今日はこのソルベー法を徹底的にまとめていこうと思います。

 

 

また、このアンモニアソーダ法は、反応式が書ければよいという問題ではなく、

 

 

ソルベー法の装置も実際に入試問題で出ています。なので、この反応の流れを追って勉強していきましょう。

ソルベー法（アンモニアソーダ法）の理念

ソルベー法、アンモニアソーダ法には理念があります。

 

 

それは、安いCaCO₃とNaClでなんとかNa₂CO₃を作れないかな〜ということです。

 

 

だって、NaClなんて海に行けば腐る程、無限と言っても良いほど取れます。

そして、CaCO₃ですが、これは鍾乳洞や石灰石などの成分ですから、これも腐る程あります。

これから炭酸ナトリウムを作り出します。

そう、安い材料で良いものをつくりたいと言う理念のもと、アンモニアソーダ法は開発されました。

 

 

名前の由来もアンモニアからソーダ（Na塩）を作る方法だからアンモニアソーダ法と言う名前になっています。

 

 

また、ソルベー法は５つほどの式を並べられる事で、色々な反応が絡んでいるように見えますが、

 

 

実際主な反応は２つしかありませんので、それ以外の反応は材料集めにすぎないのです！

 

 

ソルベー法①炭酸水素ナトリウムを生成する反応

まずこの行程では、NaCl水溶液中にアンモニアを溶かします。

この後に、CO₂を溶かし込みます。

この画像の赤枠のように二酸化炭素は下から吹き込みます。

 

上図で赤枠のところで反応がおこります。この赤枠の所をソルベー塔と言ったり、反応塔と言ったりします。

 

 

その反応の順番に考えていきます。

 

今やった説明の流れの通りに反応式を書いていけば最初の反応式は簡単に書けます。

NaCl+H₂Oの溶液中にアンモニアを溶かします。


この赤枠のところでNaCl水にアンモニアを溶かし込みます。

NaCl+H₂O＋NH₃となります。

 

 

ここにCO₂を吹き込んでいきます。

 

 

NaCl+H₂O+NH₃+CO₂となり、

 

 

そして、目的は、NaHCO3ですので、右辺にNaHCO3は確実にあります。

 

 

NaCl+H₂O+NH₃+CO₂→NaHCO₃

 

 

そしてまだ残っているのがNH₄Clなのでそれを書いて、反応式が完成します。

 

NaCl+H₂O+NH₃+CO₂→NaHCO₃+NH₄Cl

 

 

ちなみに、よくわからない語呂ですが、僕は今から言う語呂で覚えています。

 

 

化合物の並ぶ順番が変わりますが気にしないで大丈夫です。反応式で化合物の順番は気にする必要はありません。

 

 

 

この語呂は野球チームです。草野球で、自分のチームに兄さんが加担してくれました。

 

 

兄さんはナックルを投げるため、全く打たれません。守備では飛んでこないので見ずに安心できます。

 

 

観戦にきていたナフコさんも安心しています。

 

 

という語呂です。

 

ソルベー法②炭酸水素ナトリウムの熱分解

この反応式は、熱分解のところで説明しましたが、炭酸水素塩は2HCO₃^–→H₂O+CO₂+CO₃^2-の反応が起るのでしたね。

 

なのでこの反応も、

2NaHCO₃→Na₂CO₃+H₂O+CO₂

 

 

という反応が起ります。これで炭酸ナトリウムは完成なので、基本的に主な行程は①と②のみです。

ちなみにこの反応式の右辺で出来たCO₂は再び①に再利用されます。

 

 

しかし、ソルベー法は、アンモニアとCO₂という原料を作る行程もキッチリ考えます。

ソルベー法行程③

次は、ソルベー法の最初の兄さん加担の式の原料の１つであるCO₂を作る方法を考えます。

反応式自体は全然難しくありません。

とはいえ、これも実は熱分解のところで話したもので炭酸塩の熱分解です。

CO₃^2-→CO₂+O^2-

なので、原料であるCaCO₃に当てはめていけば良いだけです。すると、

CaCO₃→CaO+CO₂

と言う反応が起ります。

重要なのはこの反応がどこで起っているかです。これが起っているのはこの赤枠の所です。


先ほど説明したように、ソルベー塔は下からCO₂が供給されますがそれにCO₂を供給しているのがこの石灰炉です。

実際に

「この場所は何をするところですか？」

という出題もありました。なのでちゃんと知っておきましょう。

ソルベー法行程④

ソルベー法行程③で出来たCaOをご覧下さい。

なんとこれもリサイクルします!!

この辺りから多くの受験生がソルベーを神格化しますw

このCaOを水と反応させます。

CaO+H₂O→Ca(OH)₂

これは次の行程に使います。

ソルベー法行程⑤

ソルベー法行程①の反応が終わった後（兄さん加担の式の右辺)を見てください。

NaCl+H₂O+NH₃+CO₂→NaHCO₃+NH₄Cl

右辺にNH₄Clがあります。このNH₄Clをこのまま捨てるのはもったいないので再利用します。

 

NH₄ClからなんとかNH₃を取り出したいです。

このような弱塩基の塩から弱塩基の分子を取り出すときどうしますか？

 

そうですよね？弱塩基遊離反応ですね。なので、ここに強塩基のCa(OH)₂を加えます。

2NH₄Cl+Ca(OH)₂→CaCl₂+2NH₃+2H₂O

と言う反応が起ります。

ソルベー法のまとめ式

 

ソルベー法は、安いNaClとCaCO₃からNa₂CO₃をつくる反応です。ここまでわかれば、

2NaCl+CaCO₃→Na₂CO₃+CaCl₂である事はすぐわかります。

ソルベー法に関する疑問

ソルベー法ではよくこんな疑問がわきます。

いきなり反応できないの？

このような疑問が産まれても仕方が無いです。

 

しかし、これは理由があります。

沈殿反応を学んだと思いますが、CaCO₃が沈殿しやすい事を学びましたね！

2NaCl+CaCO₃→Na₂CO₃+CaCl₂

の反応より

Na₂CO₃+CaCl₂→2NaCl+CaCO₃ の反応の方が多く起ります_。

逆反応の方が起りやすいのです。

つまり一向に反応が進まないのです。だから回りくどく、NaHCO3を経由していくのです。

アンモニアっていらなくね？

そういえば、アンモニアって最初出てきましたが、結果的にあんまり関わってないですよね。

って言われても仕方が無い気がしますが、、

もちろんアンモニアにも意味があります。

アンモニアを溶かす理由としてCO₂を溶かしやすくするためです。CO₂は水に溶けますが積極的にメチャクチャ溶けるわけではありません。

なので、溶液を塩基性にする事で、中和で塩にして溶液にイオンとして存在させるために入れておくのです。

なぜHCO₃^–で終わりなのか？

と思われるかもしれませんが、これはNaHCO₃の組み合わせの溶解度が非常に小さいのです。

 

なので、HCO₃^–が中和でCO₃^2-になる前に、NaHCO₃の形で沈殿してしまうのです。

 

いかがでしょうか、ソルベー法は結構疑う事無く暗記しようとする人が多いですが、なるべく暗記を減らせるようにしました。

 

 

 

なので、最初の一番だるい反応式も語呂で覚えれば書きやすくなりますし、流れを覚えているだけでも書きやすくなります。

 

 

キッチリ復習しておいてください！