专题12 侯氏制碱法教师版化学《满分中考重难点题型》精准练九下.docx
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专题12侯氏制碱法教师版化学《满分中考重难点题型》精准练九下
专题12侯氏制碱法
1.工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2,并以它们为原料生产一系列化工产品,称为氯碱工业.在工业上,制取氯气和烧碱的主要工艺流程如下:
(1)环节Ⅰ:
利用海水提取粗盐的过程(如图).
图中①是________(填“蒸发”或“冷却”)池.
(2)母液为氯化钠的________(填“饱和”或“不饱和”)溶液.
(3)环节Ⅱ:
利用工业上粗盐(含MgCl2、CaCl2、Na2SO4等杂质)精制氯化钠(工艺流程如图).
X中含有的阳离子是________;
(4)写出生成沉淀D的一个化学方程式.
(5)溶液E中加过量稀盐酸的作用是.
(6)实验所得精盐的质量大于粗盐中NaCl的质量,原因是.
(7)环节Ⅲ:
电解饱和食盐水生产氯气和烧碱并测定烧碱的纯度.
请写出环节Ⅲ生产中发生反应的化学方程式.
(8)工业烧碱常常含有一定的氯化钠和碳酸钠杂质.为了测定烧碱的含量,小婉同学设计探究方案后进行实验并测得数据如图:
请你利用小婉同学测得的数据计算烧碱样品中氢氧化钠的质量分数(请列出计算过程)________.
(9)小强同学认为小婉同学设计的探究方案不够严密,其理由是:
①探究方案中没考虑氢氧化钠的吸水性.
②探究方案中因缺少________(填操作名称),导致测得的氢氧化钠的质量分数偏小.
(10)环节Ⅳ:
应用举例
氯气与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为:
Cl2+2NaOH═NaCl+NaClO+H2O,工业上用氯气与石灰乳[Ca(OH)2]反应来制取漂白粉,有关反应的化学方程式是_.
【答案】
(1)蒸发
(2)饱和(3)Ba2+
(4)Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2NaCl(或Na2CO3+BaCl2=BaCO3↓+2NaCl)
(5)除尽过量的氢氧化钠和碳酸钠
(6)除杂过程中会生成一些氯化钠
(7)2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑
(8)67.65%(9)洗涤
(10)2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
【解析】环节Ⅰ:
(1)氯化钠的溶解度受温度影响不大,故蒸发结晶,
(2)析出晶体后的溶液仍为饱和环节Ⅱ:
(3)加X产生硫酸钡沉淀,故X中一定含Ba2+;依图示:
溶液B中含有CaCl2,写出生成沉淀D的一个化学方程式Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2NaCl;
(4)溶液E中加过量稀盐酸的作用是除尽过量的氢氧化钠和碳酸钠;
(5)实验所得精盐的质量大于粗盐中NaCl的质量是除杂过程中会生成一些氯化钠环节Ⅲ:
(7)电解饱和食盐水生产氯气和烧碱即2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑解:
设Na2CO3质量为X,NaCl质量为Y
Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑NaCl+AgNO3=AgCl↓+NaNO3
106 4458.5 143.5
x 0.22gy 2.87g
x=5.3g
y=1.17g
则NaOH的质量为20g-5.3g-1.17g=13.53g;则NaOH%=
=67.65%②探究方案中因缺少洗涤,沉淀上会有氢氧化钠,导致测得的氢氧化钠的质量分数偏小。
(10)环节Ⅳ:
依据提示:
2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
2.蛇纹石矿可以看做MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2组成.由蛇纹石制取碱式碳酸镁的实验流程如图1所示:
(1)蛇纹石加盐酸溶解后,溶液有Mg2+等________种金属离子产生,写出产生Mg2+的化学方程式.
(2)进行Ⅰ操作时,控制溶液pH=6~7(有关氢氧化物沉淀的pH见表),沉淀物A中含有________和________.该操作中Ca(OH)2不能过量,若Ca(OH)2过量,溶液pH会升高,可能导致________溶解,________会沉淀析出.
氢氧化物
溶液pH
开始沉淀
沉淀完全
沉淀开始溶解
沉淀完全溶解
Fe(OH)3
2.3
3.4
沉淀不溶
沉淀不溶
Al(OH)3
3.3
5.2
7.8
12.8
Mg(OH)2
8.6
11.1
沉淀不溶
沉淀不溶
(3)已知Mg(HCO3)2受热分解可以产生三种氧化物,请写出该反应方程式.
(4)物质循环使用,能节约资源.上述实验中,可以循环使用的物质是________.
(5)确定产品碱式碳酸镁(mMgCO3•nMg(OH)2•xH2O)的组成.某同学组装仪器如图2所示:
【资料查询】MgCO3、Mg(OH)2受热易分解,各生成对应的两种氧化物.
实验测得:
硬质玻璃管中剩余的固体质量为2.0g,D处浓H2SO4增重0.9g,E处碱石灰增重1.76g.
①A装置中NaOH溶液的作用是________;B装置中药品是________;在实验中要持续通入空气,其目的是.
②通过计算可得碱式碳酸镁(mMgCO3•nMg(OH)2•xH2O)中m:
n=________.x值为________.若将F装置去掉,对实验结果的影响是m值________(填“偏大”、“偏小”或“不变”).
【答案】
(1)3;MgO+2HCl=MgCl2+H2O
(2)Fe(OH)3;Al(OH)3;Al(OH)3;Mg(OH)2
(3)Mg(HCO3)2
MgO+2CO2↑+H2O
(4)CO2
(5)除去空气中的二氧化碳;除去空气中的水蒸气;使得碱式碳酸镁分解产生的二氧化碳和水蒸气被完全排出;4:
1;4;偏大
【解析】
(1)蛇纹石加盐酸溶解,MgO、Fe2O3、Al2O3和HCl反应溶解,反应方程式分别为:
MgO+2HCl=MgCl2+H2O,Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O.而SiO2不与盐酸反应,以沉淀的形式除去.故答案为:
3;MgO+2HCl=MgCl2+H2O;
(2)根据题干中沉淀形成的pH可知,当溶液pH=6~7时,氢氧化铁和氢氧化铝会沉淀析出;若Ca(OH)2过量,溶液pH会升高,pH超过7.8时,氢氧化铝沉淀开始溶解,到达8.6时,氢氧化镁沉淀形成;故填:
Fe(OH)3、Al(OH)3;Al(OH)3;Mg(OH)2;
(3)碳酸氢镁受热分解为氧化镁、二氧化碳和水,故填:
Mg(HCO3)2
MgO+2CO2↑+H2O;
(4)从实验步骤图知:
上述实验中,步骤Ⅱ中通二氧化碳,生成碳酸钙,碳酸钙分解可得到二氧化碳,作为第Ⅱ步的原料,碱式碳酸镁分解得到CO2,可以循环使用的物质是:
CO2;故答案为:
CO2;
(5)①氢氧化钠溶液可以吸收空气中的二氧化碳,避免对后面检验二氧化碳、水造成干扰,所以A框中装置的作用是:
除去空气中的二氧化碳;B中的浓硫酸具有吸水性,是为了除去空气中的水蒸气;故填:
除去空气中的二氧化碳;除去空气中的水蒸气;使得碱式碳酸镁分解产生的二氧化碳和水蒸气被完全排出;②硬质玻璃管中剩余的固体质量为2.0g,C处浓H2SO4增重0.9g,所以m(H2O)=0.9g,D处碱石灰增重1.76g,所以m(CO2)=1.76g,
mMgCO3nMg(OH)2xH2O
(m+n)MgO+mCO2↑+(n+x)H2O↑,
80(m+n)44m18(n+x)
2g1.76g0.9g
解之得:
m=4,n=1,x=4,
所以碱式碳酸镁的化学式为:
4MgCO3•Mg(OH)2•4H2O;
装置F去掉,空气中的二氧化碳和水蒸气会增加碱石灰和浓硫酸的质量,所以对实验结果的影响是m值偏大,x值偏大;故填:
4:
1;4;偏大.
3.小明学习了中国化学家侯德榜发明的候氏制碱法的反应原理,发现最终产物是Na2CO3.
(1)他对制“碱法”的名称产生了疑问,带着疑问去查找资料发现:
Na2CO3属于________类(填酸、碱、盐),俗名________,是一种重要的化工原料,水溶液显碱性.他又对Na2CO3水溶液显碱性的原因产生了兴趣.
(2)【提出问题】Na2CO3溶液显碱性的原因是什么?
【查阅资料】①NaCl、CaCl2溶液显中性,Cl﹣对溶液的酸碱性没有影响.
②Na2CO3在水中全部电离生成Na+和CO32﹣.
【提出猜想】猜想一:
Na+与水作用,使溶液显碱性.
猜想二:
水分子单独起作用,使溶液显碱性.
猜想三:
.
(3)【实验探究】
实验操作
实验现象
结论
将一定量的NaCl溶于水,滴入2滴酚酞
溶液不显红色
猜想一不成立
向一定量的蒸馏水中滴入2滴酚酞
溶液不显红色
猜想二不成立
将一定量的Na2CO3溶于水,滴入2滴酚酞,再向溶液中加入适量的CaCl2
溶液先显红色,加入CaCl2后红色消失,出现________
猜想三成立
(4)【讨论与交流】小明与老师和同学们进行交流,大家肯定了他的结论:
Na2CO3溶液显碱性是因为在溶液中生成了新的微粒.请你写出可能产生的微粒(至少填两种).他们在交流中还发现强碱与强酸反应生成的盐溶液显中性,强酸与弱碱反应生成的盐溶液显酸性,强碱与弱弱酸反应生成的盐溶液显碱性.Na2CO3溶液可以看成是强碱与弱弱酸反应生成的盐溶液,所以显碱笥.由此可推出NH4Cl溶液显________性,KNO3溶液显________性.
【答案】
(1)盐;纯碱或苏打
(2)CO32﹣与水作用,使溶液显碱性
(3)白色沉淀
(4)OH﹣、HCO3﹣;酸;中
【解析】
(1)Na2CO3属于盐类,俗名纯碱或苏打,是一种重要的化工原料,水溶液显碱性;故答案为:
盐;纯碱或苏打;
(2)【提出猜想】Na2CO3溶液显碱性的原因是什么?
猜想一:
Na+与水作用,使溶液显碱性;猜想二:
水分子单独起作用,使溶液显碱性;猜想三:
CO32﹣与水作用,使溶液显碱性;故答案为:
CO32﹣与水作用,使溶液显碱性;
(3)【实验探究】实验探究,将一定量的Na2CO3溶于水,滴入2滴酚酞,再向溶液中加入适量的CaCl2,溶液先显红色,加入CaCl2后红色消失,出现白色沉淀,猜想三成立;故答案为:
白色沉淀;
(4)【讨论与交流】Na2CO3溶液显碱性是因为在溶液中生成了新的微粒,可能产生的微粒是OH﹣、HCO3﹣,NH4Cl溶液是强酸弱碱盐,因此显酸性;KNO3溶液强碱与强酸盐,因此显中性;故答案为:
OH﹣、HCO3﹣;酸;中;
【分析】根据酸碱盐溶液中的离子性质分析,酸性溶液中一定有氢离子,碱性溶液中一定有氢氧根离子,可用酚酞试液检验溶液是否呈碱性,但酸性和中性溶液中酚酞都呈无色,无法鉴别。
4.碳酸钠用途非常广泛,是工业生产中重要的化工原料.在1921年我国科学家侯德榜创造了一种著名的纯碱生产方法﹣﹣“联合制碱法”.“联合制碱法”生产过程:
(1)第一步主要反应为NH3+CO2+H2O═NH4HCO3该反应属于________反应(基本反应类型).
(2)第二步用食盐与NH4HCO3反应.食盐来源于某盐田,该粗盐主要含有氯化钠,此外还含有少量硫酸钠,氯化钙和氯化镁.经净化、精制得到生产碳酸钠所需要的食盐水,其主要流程如图1:
①通过降温使硫酸钠从粗盐水中析出,其原理是氯化钠和硫酸钠的溶解度与温度的变化差异较大,请在溶解度图(如图2)中简单画出氯化钠和硫酸钠的溶解度曲线变化趋势图.
②“精制I”操作中,加入过量含钙元素的碱的化学式是 .
其反应化学方程示为 .
③“精制II”操作中,加入B盐的有关反应方程式为 .
④为保证“精制II”操作中过量B盐把杂质全部除去,请在下表中写出检验溶液中B盐是否过量的实验报告.
实验操作
实验现象
实验结论
⑤查阅资料得知NaCl、NH4HCO3、NaHCO3、NH4Cl在30℃时的溶解度如下表所示:
温度
NH4Cl
NH4HCO3
NaHCO3
NaCl
30℃
41.1g
27.0g
11.1g
36.3g
请根据溶解度表所提供的信息,写出“联合制碱法”中的第二步属于复分解反应的化学方程式:
.
第三步处理制得碳酸钠,反应原理为2NaHCO3
Na2CO3+H2O+CO2↑
【答案】
(1)化合
(2)①如图
②Ca(OH)2;Ca(OH)2+MgCl2=Mg(OH)2↓+CaCl2
③CaCl2+Na2CO3=2NaCl+CaCO3↓;Ca(OH)2+Na2CO3=2NaOH+CaCO3↓
④取“精制II”过滤后的滤液少许于试管中,滴入氯化钙溶液,观察;产生白色沉淀;碳酸钠已过量
⑤NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl
【解析】
(1)NH3+CO2+H2O=NH4HCO3的反应为多变一的化合反应,
(2)①硫酸钠的溶解度随温度变化明显而氯化钠的溶解度受温度变化不明显
②加入碱是使镁离子沉淀,故含钙的碱为氢氧化钙,与氯化镁反应生氢氧化镁和氯化钙,所以本题答案为:
Ca(OH)2;Ca(OH)2+MgCl2=Mg(OH)2↓+CaCl2,
③要除去氯化钙可以加入含碳酸根的盐如碳酸钠,加入的碳酸钠还能除去过量的氢氧化钙,所以本题答案为:
CaCl2+Na2CO3=2NaCl+CaCO3↓;Ca(OH)2+Na2CO3=2NaOH+CaCO3↓,
④碳酸钠属于碳酸盐,能与酸反应生成二氧化碳气体,所以本题答案为:
方法一
实验操作
实验现象
实验结论
取“精制II”过滤后的滤液少许于试管中,滴入氯化钙溶液,观察.
产生白色沉淀
碳酸钠已过量
方法二
实验操作
实验现象
实验结论
取“精制II”过滤后的滤液少许于试管中,滴入稀盐酸,观察.
产生气泡
碳酸钠已过量
⑤用食盐与NH4HCO3反应,能生成碳酸氢钠和氯化铵,所以本题答案为:
NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl.
5.我国制碱工业的先驱侯德榜将制碱与制氨结合起来的联合制碱法,为纯碱和氮肥工业技术的发展做出了杰出的贡献。
其生产工艺流程示意图如下:
(1)粗盐水中主要含有Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质离子,工业上常用加入稍过量的①NaOH溶液、②Na2CO3溶液、③BaCl2溶液及适量的盐酸等除杂、精制。
则加入试剂合理的顺序为 (填字母序号)。
A. ①②③ B. ③②① C. ①③②
(2)加盐酸的作用是(用方程式表示)________、________。
(3)制碱原理可看作是由①CO2+NH3+H2O=NH4HCO3和②NaCl+NH4HCO3=NaHCO3+NH4Cl两个反应加合而成。
反应②为复分解反应,请根据复分解反应发生的条件及表1中相关物质20℃时的溶解度,分析反应②为何能顺利进行?
________。
表1 相关物质的溶解度(20℃)(单位:
g)
NaCl
NH4HCO3
NaHCO3
NH4Cl
36.0
21.7
9.6
37.2
(4)操作2为洗涤、煅烧。
晶体应在以下装置________中(填字母序号)进行“洗涤”操作。
在上述操作中,如何判断晶体已经洗涤干净。
(5)X的化学式为________,若X直接排放到空气中会造成的后果是。
(6)Y是滤液中最主要成分,Y与Ca(OH)2反应的产物之一可用于循环使用,该产物的名称为________,Y的化学式为________,写出Y的一种用途。
【答案】
(1)B,C
(2)NaOH+HCl=NaCl+H2O;Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑
(3)NaHCO3的溶解度较低,析出晶体
(4)B;取最后一次洗涤液,滴加硝酸银溶液,若没有沉淀则已洗涤干净
(5)CO2;温室效应
(6)氨气;NH4Cl;做氮肥
【解析】
(1)加入碳酸钠的作用有两个:
一个是除去溶液中的Ca2+、另一个是除去过量的氯化钡,所以加入的碳酸钠必须排在氯化钡的后面,所以顺序是NaOH、BaCl2、Na2CO3或BaCl2、Na2CO3、NaOH;
(2)加入盐酸的目的是除去过量的氢氧化钠和过量的碳酸钠;(3)由NaCl+NH4HCO3=NaHCO3+NH4Cl可知,碳酸氢钠和氯化铵的质量比为84:
53.5,碳酸氢钠生成的多,但是溶解度很小,20℃时的溶解度为9.6g,所以生成的碳酸氢钠大都以晶体存在,类似于沉淀,符合复分解反应的条件,所以反应能顺利进行;(4)为了能将洗涤的液体与固体及时分离,所以洗涤时应用装置B,如果洗涤干净则洗涤所得溶液中没有氯化铵,所以判断晶体已经洗涤干净的方法是:
取最后一次洗涤液,滴加硝酸银溶液,若没有沉淀则已洗涤干净;(5)碳酸氢钠在加热条件下分解生成碳酸钠和二氧化碳、水,所以X的化学式为CO2,直接排放会导致温室效应;(6)滤液中最主要成分是氯化铵,氯化铵与Ca(OH)2反应的产物是氨气、氯化钙、水,氨气可用于循环使用,氯化铵的化学式为NH4Cl,因含氮元素,可做氮肥。
故答案为:
(1)BC;
(2)NaOH+HCl=NaCl+H2O;Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑;(3)NaHCO3的溶解度较低,析出晶体;(4)B;取最后一次洗涤液,滴加硝酸银溶液,若没有沉淀则已洗涤干净;(5)CO2;温室效应;(6)氨气;NH4Cl;做氮肥。
6.【经典赏析】我国制碱工业的先驱—侯德榜,发明了将制碱与制氨结合起来的联合制碱法。
生产过程是在饱和氨盐水中(NH3和NaCl都达到饱和的溶液)通入CO2。
【查阅资料】
①侯氏制碱法中主要反应:
Ⅰ.NaCl+NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl,
Ⅱ.2NaHCO3
Na2CO3+H2O+CO2↑。
②NaHCO3和NH4Cl的溶解度曲线如图所示。
(1)【思考交流】30℃时,NH4Cl饱和溶液中溶质质量分数与NaHCO3饱和溶液中溶质质量分数相比,前者与后者的关系是_______(填字母)。
A. 大于
B. 小于
C. 等于
D. 无法确定
(2)反应Ⅰ中生成物NaHCO3和NH4Cl的质量比为________(不需化简)。
(3)氨盐水吸收CO2后生成NaHCO3和NH4Cl,先结晶析出的物质是NaHCO3,
原因是。
(4)【实验探究】某小组以粗盐和碳酸氢铵(NH4HCO3)为原料,采用以下流程制备纯碱和NH4Cl。
①粗盐中除了含有泥沙等不溶性杂质,还含有少量的MgCl2等。
若要除去粗盐中的MgCl2,可加入过量的NaOH溶液,过滤,然后向滤液中加入适量盐酸。
写出加入盐酸时反应的化学方程式________。
②过滤时玻璃棒的作用是________。
③沉淀1表面常附有NH4+、Cl-等杂质,洗涤时最好选用下列________饱和溶液(填字母)。
A.NaCl B.NH4Cl C.NH4HCO3 D.NaHCO3
④步骤X包括的操作有________、冷却结晶和过滤。
(5)【拓展延伸】小华设计下图实验装置测定某纯碱样品(含少量杂质NaCl)中碳酸钠的质量分数:
取一定量的样品与足量稀盐酸反应,通过测定生成CO2的体积,计算样品中碳酸钠的质量分数。
(已知常温常压下CO2的密度是1.977g/L)
①如果样品质量为5.3g,则实验中选用的量气管规格最合适的是________(填字母)。
A.500mL B.1000mL C.1500mL D.2000mL
②反应结束后锥形瓶中有CO2残留,会导致测得的碳酸钠质量分数________(填字母)。
A.偏大 B.偏小 C.无影响
③如果5.3g样品中钠元素的质量分数为42%,实验结束后将锥形瓶中溶液蒸干,则所得固体质量为________(结果保留1位小数)。
【答案】
(1)A
(2)84:
53.5
(3)反应生成的碳酸氢钠的质量比氯化铵多,且相同温度下碳酸氢钠的溶解度比氯化铵小
(4)NaOH+HCl=NaCl+H2O;引流;D;蒸发浓缩(或蒸发)
(5)C;C;5.7g(或5.6g)
【解析】
(1)【思考交流】溶解度是一定温度下,100g溶剂里达到饱和时,所溶解的溶质的质量。
饱和溶液溶质的质量分数=溶解度÷(溶解度+100g)×100%。
30℃时,氯化铵的溶解度比碳酸氢钠的溶解度大,NH4Cl饱和溶液中溶质质量分数比NaHCO3饱和溶液中溶质质量分数大;
(2)化学反应中物质的质量比等于化学方程式中化学计量数和相对分子质量乘积的比,反应NaCl+NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl中,生成物NaHCO3和NH4Cl的质量比为84:
53.5;(3)氨盐水吸收CO2后生成NaHCO3和NH4Cl,先结晶析出的物质是NaHCO3,原因是反应生成的碳酸氢钠的质量比氯化铵多,且相同温度下碳酸氢钠的溶解度比氯化铵小;【实验探究】①)在除掉氯化镁时,加入过量的NaOH溶液,过滤,滤液中的溶质为氯化钠和氢氧化钠,向滤液中加入盐酸时,氢氧化钠和盐酸反应生成氯化钠和水,反应的化学方程式NaOH+HCl=NaCl+H2O;②过滤时玻璃棒的作用是引流;③沉淀1表面常附有NH4+、Cl-等杂质,洗涤时,为了不使碳酸氢钠溶解,最好选用碳酸氢钠饱和溶液进行洗涤;(4)步骤X包括的操作有蒸发浓缩、冷却结晶和过滤。
【拓展延伸】①如果样品质量为5.3g,则由化学方程式:
Na2CO3+2HCl= 2NaCl+H2O+CO2↑,可计算出,生成二氧化碳2.2g,约1100mL,实验中选用的量气管规格最合适的是1500mL;②反应结束后锥形瓶中残留CO2的体积,与瓶内原有空气的体积相同,不会导致测得的二氧化碳体积不准确,不影响碳酸钠质量分数;③碳酸钠和盐酸反应生成氯化钠、二氧化碳、水,如果5.3g样品中钠元素的质量分数为42%,根据反应前后元素的种类、质量不变,实验结束后将锥形瓶中溶液蒸干,所得固体质量为5.3g×42%÷(23÷58.5×100%)≈5.7g(或5.6g)。
7.南海海域是我国固有领土,蕴藏着丰富的海洋资源。
充分利用南海海洋资源,结合我国制碱工业先驱侯德榜发明的“侯氏制碱法”基本原理,模拟实现工业联合制取纯碱的过程如下(某些反应产物已略去):
请回答下列问题:
(1)操作a的名称是________;
(2)下列物质中均能与贝壳主要成分、生石灰、熟石灰发生反应的是 (填字母)。
A. 水
B. 盐酸
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