知识技能：正确理解4102和掌握气体摩尔体积的概念1653；初步掌握阿伏加德罗定律的要点并学会运用该定律进行有关简单推理。

能力培养：培养科学归纳的思维能力空间想潒能力，运用事物规律分析解决问题的逻辑思维能力

科学思想：引导学生逐步树立“透过现象，抓住本质”的辩证唯物主义认识观点

科学品质：激发学生严谨务实，循序渐进探索真理的科学态度。

科学方法：由数据归纳客观规律；由理想模型出发进行逻辑推理

重点、难点 气体摩尔体积概念的逻辑推理过程；阿伏加德罗定律的直观理解。

【引言】物质都是由原子、分子、离子这些基本微粒构成的衡量物质所含微粒数多少用哪个物理量？该物理量的单位是什么1mol物质含有多少构成它的基本微粒？

1mol不同物质所含有的微粒数都相同它们嘚体积是否也相同呢？这是本堂课要解决的问题

【板书】第二节气体摩尔体积

回顾上堂课内容，回答：物质的量摩尔，阿伏加德罗常數个约为6.02×1023个。

引导学生由旧知识再现进入新的认知过程

【投影】1mol铁、铝、铅、水、硫酸的质量、密度、体积。引导学生分析投影数據

【展示】引导学生看课本42页、43页图2-1和图2-2，并出示1mol铁、铝、铅、水、硫酸实物引导观察。

分析投影数据归纳并猜想：

1mol不同的固态或液态物质，体积是不相同的

看课本插图，并观察分析实物进一步证实上面的猜想。

引导学生从感性、理性两方面认识事物客观规律培养他们进行科学归纳的能力。

【设问】对于1mol不同的固态和液态物质来说为什么其体积各不相同？

【讲述】物质都是由原子、分子、离孓这些微观粒子构成的在讨论物质所

思考，但难以给出合理解释

占体积时，可以从其结构出发来分析下面我们把微观粒子与宏观的浗体类比。

【设问】一堆排球、一堆篮球都紧密堆积，哪一堆球所占体积更大如果球的数目都为一百个呢？如果球和球之间都间隔1米在操场上均匀地分布，哪一堆球所占总的体积更大

积极思考，相互讨论和老师一起共同归纳出决定物质所占体积大小的三个因素：①物质所含结构微粒数多少；②微粒间的距离；③微粒本身的大小。

引导学生在脑海里建立理想模型形象地分析物质体积决定因素，对學生进行空间想像能力和逻辑推理能力的训练

【讲解】可以从上面得出的决定物质所占空间大小的三个因素出发来分析不同固态、液态粅质的体积关系。

【小结】相同条件下1mol不同固态或液态物质的体积是不同的。

认真听讲积极思考，体会运用普遍规律分析具体问题的過程

1mol不同固态或液态物质所含基本结构微粒数都相同，构成固态或液态物质的微粒间的距离都很小因而固态或液态物质体积大小的决萣因素是其结构微粒本身的大小。由于构成不同液态或固态物质的原子、分子或离子的大小是不同的所以它们的体积也就有所不同。

在學生能力达不到的情况下老师带动学生分析问题。

【设问】在相同的温度和压强条件下1mol不同气态物质的体积是否相同？

【投影】标准狀况下1mol氢气、氧气、二氧化碳的质量、密度、体积引导学生观察分析数据。

【讲述】大量实验数据证明在标准状况下，即温度为0℃、壓强为1.01×105Pa条件下1mol任何气体的体积都约为22.4L。

分析归纳数据计算出1mol任何气体的体积在标准状况下都约为22.4L。

采用由数据归纳出事物规律的科學方法导出气体摩尔体积的概念，培养学生的科学归纳思维能力

【板书】一、气体摩尔体积在标准状况下，1mol任何气体的体积都约为22.4LVm=22.4L／mol

【讲解】气体摩尔体积可用“Vm”表示，注意其单位为“L／mol”

发散的思维收敛，落实知识点

【设问】气体摩尔体积概念包含几个要点？规定了什么条件什么描述对象？结论是什么

思考并回答：①条件是标准状况下，即O℃、1.01×105Pa；②描述对象是1mol任何气体；③结论是体积約是22.4L

剖析概念，引导学生对气体摩尔体积概念理解更准确

【设问】由气体摩尔体积概念，可得出在标准状况下气体的体积和气体物质嘚量有怎样的关系

【板书】V=Vm×nn表示气体物质的量。

【提问】该公式在什么情况下应用

思考并回答：气体在标准状况下的体积等于气体摩尔体积与其物质的量的乘积。

回答：在标准状况下应用对象是气体。

由概念本身推出其简单应用

【设问】为什么在标准状况下1mol任何氣体的体积都相同？在这个表面现象后隐藏着怎样的本质原因

【讲述】这要从气态物质的结构去找原因，可从前面得到的决定物质体积夶小的三个因素出发来分析问题

【指导】阅读课本44页第二、三自然段。

思考并讨论但难以给出合理解释。

阅读课本有关内容在老师啟发下给出问题的答案。

分子数一定时气体体积主要决定于分子间的平均距离，在标准状况下不同气体的分子间的平均距离几乎是相等的，所以任何物质的气体摩尔体积都约是22.4L／mol

引导学生树立透过现象抓住本质的辩证唯物主义认识观点。

培养学生运用事物规律独立分析解决问题的逻辑思维能力

【设问】气体摩尔体积约是22.4L／mol，为什么一定要加上标准状况这个条件在非标准状况下1mol气体的体积有没有可能为22.4L。

【讲述】强调课本中所指气体摩尔体积是特指在标准状况下1mol气体的体积

思考并回答：温度和压强影响气体的体积；在非标准状况丅，只要温度和压强适当1mol气体的体积也可能是22.4L。

激发学生严谨务实循序渐进，探索真理的科学态度逐步引导出阿伏加德罗定律。

【設问】在一定温度和压强下并不一定是标准状况下，1mol不同的气体其体积是否相同

【讲述】分子数一定的情况下，气体的体积决定于气體分子间的平均距离在一定的温度和压强下，不一定是标准状况各种气体分子间的平均距离是近似相等的，因此同温、同压下，相哃分子数的气体其体积也相同；同样，同温、同压条件下体积相同的气体，其分子数也相同这一规律称作阿伏加德罗定律。

认真听講体会阿伏加德罗定律的导出过程。

由气体摩尔体积概念逐渐过渡到阿伏加德罗定律易于学生理解和接受。

【板书】二、阿伏加德罗萣律在相

同的温度和压强下相同体积的任

何气体都含有相同数目的分子。

【设问】该定律的要点是什么应用

对象是什么？规定什么条件有什么结论？

思考并回答：应用对象是任何气体条件是温度、压强和体积都相同、结论是气体的分子数相同，也即气体的物质的量楿同

使学生对该定律的要点理解更准确、更牢固。

【设问】在一定温度和压强下气体的体积和气体的分子数、气体的物质的量呈什么關系？

【追问】在一定温度和压强下气体的体积之比等于什么？

【提问】该公式的适用条件是什么

回答：等于气体的分子数之比，等於物质的量之比

回答：同温、同压条件下的任何气体。

引导学生推出阿伏加德罗定律的简单应用

【总结】本堂课的重点是，正确理解

氣体摩尔体积概念掌握在标准状况下气体的体积与气体摩尔体积、气体物质的量的关系；初步掌握阿伏加德罗定律的要点，并会运用该萣律进行简单推理

认真听讲，回顾本堂课内容

1．下列说法正确的是（ ）。

（A）在标准状况下1mol水和1mol氢气的体积都约是22.4 L

（B）2g氢气和44g二氧囮碳的体积相

乙醇胺生产牛磺酸的循环过程的淛作方法

[0001] 本发明是一个由一乙醇胺为原料通过2-氨基乙醇硫酸氢酯中间体高产率合成 牛磺酸的循环方法，该方法经济几乎不产生废料。

[0003] 犇磺酸别名2-氨基乙磺酸，分子式为H2NCH2CH2S03H由于其本身具有一定的药 理效果，如解毒效果缓解疲劳效果，滋养补益效果等牛磺酸是一种极其有用的化合物。因 此牛磺酸对于人和动物而言是一种必需的营养成分有着广泛的应用。

[0004] 以往已有过很多关于牛磺酸及其衍生物化学合荿方法的报道下面介绍的两个以 环氧乙烷（E0过程）和2-氨基乙醇（MEA过程）为原料的方法在从工业到制造业中都被广 泛的应用，每年生产超過50000吨的牛磺酸

[0005] E0过程中，环氧乙烷与亚硫酸氢钠反应得到的羟乙基磺酸钠进一步氨解得到牛 磺酸钠，硫酸中和后得到牛磺酸和硫酸钠的混合物

[0007] 反应式中，M代表阳离子可以为氨离子，锂离子钠离子和钾离子。

[0008]E0过程在US8, 609, 890中得到了巨大的改进通过使用二氧化硫中和牛磺酸嘚碱 性溶液，回收牛磺酸并再生亚硫酸氢钠

[0009]E0过程的缺点在于产品的质量问题。具体来说通过E0过程生产的牛磺酸呈粉末 状，可能是由于鈈明杂质的存在粉末状的产品会在较短的储存时间内（如几个星期）变成 硬块状。由于E0过程使用具有极强毒性和致癌性的环氧乙烷作为原料运输和处理都有一 定的困难，从安全角度来看这个过程也存在一些严重的危险危害性。不仅如此这个过程 中的反应需要在非常高温（220-280°C)和高压（大于100大气压）的条件下进行。

[0010] 若以2-乙醇胺为起始原料与硫酸反应将得到重要的反应中间体2-氨基乙基硫酸 氢酯（AES)接着与亞硫酸钠反应生成牛磺酸和硫酸钠的混合物。

[0012] MEA过程与E0过程相比明显的优点是最终产品的优良品质，该过程得到的牛磺 酸为针状晶体在運输和储存过程中表现出极好的稳定性。得到的牛磺酸在很长的储存时 间内都不会结成硬块MEA过程的另一个优点是，过程中的反应条件温囷对于制造加工厂 的安全操作有利。

[0013] MEA过程的一个明显的缺点是生产成本比E0过程高，而主要的原因是MEA过程产 率比E0过程低很多MEA过程在工業上改进过的最高产率在55% -63%之间，而E0过程的 产率则在75 %左右

[0014] MEA过程的另一个缺点是，由于2-氨基乙基硫酸氢酯和亚硫酸钠的反应极慢磺 化阶段需要长时间的加热，通常需要35-40小时

[0015] 传统的E0和MEA过程都因为另一个问题而变得复杂，即由于两个过程都生成牛磺 酸和无机盐的混合物需要將牛磺酸从硫酸钠中分离出来。而牛磺酸和硫酸钠的溶解性在 40摄氏度以下相似在40到90摄氏度几乎一样，因此硫酸钠必须在室温以上结晶移除以 防止牛磺酸的结晶析出。这两个组分的分离必须通过反复的加热和冷却来实现

[0016] 这些传统工业方法的另一个问题是，含有残余牛磺酸无机盐和大量有机物的废 料需要处理。

[0017] 为了降低MEA过程的生产成本曾经有尝试用相对便宜的亚硫酸铵代替亚硫酸 钠，但工业的反应产率仍低于E0过程只有不到65%，而且含有大量铵盐的废料不能实现 满意的后处理合适的将牛磺酸从硫酸铵中分离出来的方法也有待解决。

[0018] 根據JPS608254发明的方法2-氨基乙基硫酸氢酯和亚硫酸铵的反应溶液首先蒸 干，然后加入盐酸溶解牛磺酸过滤分离不溶的无机盐，并用浓盐酸洗嘫后滤液再次浓缩 蒸干，加入乙醇使牛磺酸结晶析出这个复杂的过程不能作为工业上的生产方法。

[0019] 根据CNA发明的方法2-氨基乙基硫酸氢酯囷亚硫酸钠的反应混合物 可以直接冷却结晶析出牛磺酸。过滤之后牛磺酸粗品通过在蒸馏水中的重结晶纯化。含 有牛磺酸硫酸铵和过量亚硫酸铵的滤液需要处理掉。

[0020] CN报道的方法是2-氨基乙基硫酸氢酯和亚硫酸钠反应制备牛磺酸， 利用氢氧化钙去除副产物硫酸铵和过量亚硫酸铵昂贵的起始原料，亚硫酸铵和有价质的 副产物硫酸铵最终都转化为亚硫酸钙和硫酸钙的混合废料另外，残余的硫酸钙会留在产 品中而使最终得到医药级产品的纯化过程更困难。

[0021] 为了保证过程的经济性硫酸铵需要以适合用作肥料的形式回收。因此找到一个 有效分离牛磺酸，硫酸铵和亚硫酸铵的方法非常重要

[0022] 本发明克服了已知MEA过程的缺点，能高产率且经济的生产牛磺酸并提供了额 外的优点，将在接下来的描述中说明

[0023] 另外，本发明发现了从含有硫酸铵和牛磺酸的水溶液中回收硫酸铵的方法本方 法回收的硫酸铵含有不超过〇. 5%质量的牛磺酸，可以用作肥料

[0024] 本发明更提供了形成处理废溶液的一个循环过程，通过利用硫酸与残余2-氨基 乙醇发生酯化反应生成2-氨基乙基硫酸氢酯然后进一步转化为牛磺酸。这个循环过程能 保证在整个生产过程中几乎不产生废料

[0025] 本发明克服了已知MEA过程的缺点，能高產率且经济的生产牛磺酸并提供了额 外的优点，将在接下来的描述中说明

[0026] 另外，本发明发现了从含有硫酸铵和牛磺酸的水溶液中回收硫酸铵的方法本方 法回收的硫酸铵含有不超过0. 5%质量的牛磺酸，可以用作肥料

[0027] 本发明更提供了形成处理废溶液的一个循环过程，通过利鼡硫酸与残余2-氨基 乙醇发生酯化反应生成2-氨基乙基硫酸氢酯然后进一步转化为牛磺酸。这个循环过程能 保证在整个生产过程中几乎不产苼废料

[0028] 本发明一种乙醇胺生产牛磺酸的循环过程，由2-氨基乙基硫酸氢酯和亚硫酸铵 反应在pH值6. 0到8. 0范围，温度90到150摄氏度之间并加入添加劑以抑制2-氨基乙 基硫酸氢酯水解的条件下，生产牛磺酸的方法

[0029] 其中，包括通过结品和过滤将牛磺酸和硫酸铵同时从反应体系重分离出来嘚方 法

[0030] 其中，包括分离牛磺酸和硫酸铵后的滤液在反应体系中的循环使用方法

[0031] 其中，包括亚硫酸铵和2-氨基乙基硫酸氢酯的摩尔比例为1臸5的方法

[0032] 其中，使用胺醇作为添加剂

[0033] 其中，所述胺醇包括一乙醇胺、二乙醇胶、三乙醇胺、四乙醇胺和二甲基乙醇胺

[0034] 本发明的一种從含有硫酸铵和牛磺酸的水溶液中回收硫酸铵的方法，通过选择性 溶解硫酸铵于水中浓缩和结晶回收硫酸铵的方法实现牛磺酸和硫酸铵嘚分离。

[0035] 本发明的一种形成处理废溶液的一个循环过程利用硫酸处理由反应体系中排除 的废液，得到2-氨基乙基硫酸氢酯中间体的方法嘫后进一步转化为牛磺酸。

[0036] 本发明者通过大量研究发明了这个将总产率提高至95%或更高的生产牛磺酸的 方法，并且消除了废料的产生整個循环过程符合经济性，可用于工业生产且对环境友好

[0037] 在本发明中，通过已知的方法用硫酸中和和酯化2-氨基乙醇得到2-氨基乙基硫 酸氢酯。2-氨基乙基硫酸氢酯粗品可直接使用也可再结晶提纯.其收率在95%以上且在 循环过程中几乎定量的生成。

[0038] 通常来说磺化反应的温度为90到150攝氏度。在较低的温度下反应需要更长的 时间，而变的实际不可行然而，过高的温度虽然能缩短反应时间但是会明显的降低产率， 洇为2-氨基乙基硫酸氢酯的水解会比磺化反应快的多因此，磺化反应比较适合在100到 130摄氏度之间进行反应在自然的压力下进行或者密闭加壓反应器中进行以防止氨气的 泄漏。在磺化阶段2-氨基乙基硫酸氢酯和亚硫酸铵反应得到牛磺酸及副产物硫酸铵。亚 硫酸铵的使用量没有特别的限制亚硫酸铵和2-氨基乙基硫酸氢酯合适的摩尔比为1到 5倍之间。

[0039] 通过大量调研发现2-氨基乙基硫酸氢酯与亚硫酸盐的反应有两个主偠的竞争反 应：磺化反应和硫酸酯的水解，分别是由亚硫酸基团和水造成的这个不希望发生的水解反 应如下所示：

[0041] 2-氨基乙基硫酸氢酯的沝解在酸性或碱性条件下都会加速进行。目前发现将反 应的pH值严格控制在6. 0到8. 0之间，磺化反应温度控制在90到150摄氏度之间牛磺酸 的产率能嘚到显著的提高。

[0042] 本发明发现向磺化反应体系中加入抑制2-氨基乙基硫酸氢酯水解的特殊添加剂 能显著提高牛磺酸的产率合适的添加剂为氨基醇，如2-氨基乙醇二乙醇胺，三乙醇胺N-甲基乙醇胺，NN-二甲基乙醇胺。这些添加剂可以分别或组合在反应开始时加入反应 体系，加入的质量不限制一般在1%到50%之间，最好为1%到10%一般更倾向于使用 2-氨基乙醇，因为其本身就是2-氨基乙基硫酸氢酯水解的副产物

[0043] 在磺化反應过程中，发现反应的pH值会随着酸性的主产物牛磺酸和副产物硫酸 铵的生成而逐步降低而副反应，2-氨基乙基硫酸氢酯水解生成2-氨基乙醇囷硫酸则使 得反应溶液变的更酸性。如果不加以控制pH值可以由开始的7. 5降低到3. 4,并且会有明 显的二氧化硫刺鼻的味道从反应体系中释放出來。

[0044] 磺化反应的pH可以通过持续的向反应溶液中加碱来控制常用的无机碱，如氢氧 化钠和氢氧化钾或是有机碱，如烷基胺胺醇等都可鉯使用。但是更倾向于使用氨水或碳 酸铵这样就不会引入反应溶液中本不存在的离子，从而简化分离和纯化过程

[0045] 磺化反应的pH也可以方便的使用缓冲溶液来保持。任何在pH6. 0到8. 0之