侯氏制碱法的原理及应用带答案文档格式.docx
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可与合成氨厂联合,使合成氨的原料气CO转化成CO2,革除了CaCO3制CO2这一工序。
例11892年,比利时人索尔维以NaCl、CO2、H2O、NH3为原料生产Na2CO3,叫索尔维法.其主要步骤是:
(1)在NH3饱和的NaCl溶液中通入CO2制得NaHCO3;
(2)再将NaHCO3焙烧制得纯碱,CO2循环使用;
(3)在析出小苏打的母液中加入生石灰,NH3循环使用.1940年,我国著名化工专家侯德榜先生,冲破了“索尔维”法的技术封锁,并加以改进,用NaCl固体代替生石灰,加入母液使NH4Cl晶体析出,生产出纯碱和氯化铵.这便是举世闻名的“侯氏制碱法”.试回答:
(1)在氨饱和NaCl溶液中通入CO2的两步反应方程式为。
(2)不能在NaCl溶液中通入CO2制NaHCO3的原因。
(3)析出小苏打的母液中加入生石灰的反应方程式是。
(4)“侯氏制碱法”与“索尔维法”相比其优点是。
例1解析:
CO2在水中发生反应:
CO2+H2O
H2CO3
H++HCO
,因为碳酸是弱酸,所以HCO
在水溶液中浓度很小;
但是在通入氨气后,氨气在水溶液中也发生反应:
NH3+H2O
NH3·
H2O
NH
+OH-,所得到的少量OH-和前一反应中的H+结合生成极弱的电解质H2O,从而使得两个反应都向右进行,可以使溶液中HCO
的浓度变大,由于NaHCO3溶解度较小,所以可析出NaHCO3晶体,母液中为NH4Cl,加入生石灰可生成NH3和CaCl2,改用NaCl,利用NH4Cl溶解度小的原理可析出NH4Cl做肥料,析出NH4Cl的母液循环使用,原料充分利用,NH3循环使用,不生成CaCl2.
答案:
(1)NH3+H2O+CO2=NH4HCO3
NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓
(2)H2CO3酸性比盐酸弱,CO2与NaCl不反应
(3)2NH4Cl+CaO=CaCl2+H2O+2NH3↑
(4)使NH4Cl析出,可做氮肥,不生成CaCl2,原料NaCl充分利用。
例21892年比利时人索尔维以NaCl、CO2、NH3、H2O为原料制得了纯净的Na2CO3,该法又称氨碱法,其主要生产流程如下:
(1)从理论上看,循环生产是否需要再补充NH3?
。
(2)从绿色化学原料的充分利用的角度看,该方法有二个明显的缺陷是:
a;
b。
我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺,创造了侯德榜制碱法又叫联碱法,生产流程可简要表示如下:
该法是将合成氨工厂生产的NH3及副产品CO2,再与饱和食盐水反应……。
该法与氨碱法不同之处有二点:
(3)① 。
② 。
(4)从理论上看,每再生产1molNa2CO3,再补充的物质及其物质的量分别是。
例2
(1)不需要
(2)a.氯化钠未能充分利用;
b.产生CaCl2废弃物
(3)①将NH4Cl作为一种化工产品,不再生产NH3循环使用;
②对分离出NaHCO3和NH4Cl后含NaCl的溶液循环使用。
(4)补充2molNaCl;
2molNH3;
1molCO2
例31942年,我国化工专家侯德榜以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3,进而生产出纯碱,他的“侯氏制碱法”为世界制碱工业做出了突出贡献。
有关反应的化学方程式如下:
NH3+CO2+H2ONH4HCO3;
NH4HCO3+NaClNaHCO3↓+NH4Cl;
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O
(1)“侯氏制碱法”把合成氨和纯碱两种产品联合生产,请写出工业合成氨的化学反应方程式;
已知合成氨为放热反应,若从勒夏特列原理来分析,合成氨应选择的温度和压强是(选填字母)。
a.高温b.低温c.常温d.高压e.低压f.常压
(2)碳酸氢铵与饱和食盐水反应,能析出碳酸氢钠晶体的原因是。
a.碳酸氢钠难溶于水b.碳酸氢钠受热易分解
c.碳酸氢钠的溶解度相对较小,所以在溶液中首先结晶析出
(3)某探究活动小组根据上述制碱原理,欲制备碳酸氢钠,同学们按各自设计的方案进行实验。
第一位同学:
将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠,实验装置如下图所示(图中夹持、固定用的仪器未画出)。
请回答:
①写出甲中发生反应的离子方程式。
②乙装置中的试剂是。
③实验结束后,分离出NaHCO3晶体的操作是(填分离操作的名称)。
第二位同学:
用图中戊装置进行实验(其它装置未画出)。
①为提高二氧化碳在此反应溶液中被吸收的程度,实验时,须先从a管通入
气体,再从b管中通入气体。
②装置c中的试剂为(选填字母)。
e.碱石灰f.浓硫酸g.无水氯化钙
(4)请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法(用简要的文字和相关的化学反应方程式来描述):
例3
(1)b、d
(2)c
(3)第一位同学:
①CaCO3+2H+=Ca2++H2O+CO2↑
②饱和碳酸氢钠溶液
③过滤
①NH3(氨)CO2(二氧化碳)②g
(4)向烧碱溶液中通入过量CO2:
NaOH+CO2NaHCO3;
或向饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2:
Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3等,
其它合理方法均可。
例4我国制碱工业的先驱—侯德榜先生,1939年发明了著名的侯氏制碱法,其核心反应原理可用如下化学方程式表示:
NH3+CO2+NaCl+H2ONH4Cl+NaHCO3(晶体),
依据此原理,欲制得碳酸氢钠晶体,某校学生设计了如下实验装置,其中B装置中的试管内是溶有氨和氯化钠的溶液,且二者均已达到饱和。
(1)A装置中所发生反应的离子方程式为________________________。
C装置中稀硫酸的作用为___________________________________________。
(2)下表中所列出的是相关物质在不同温度下的溶解度数据(g/100g水)
温度
溶
解
盐度
0℃
10℃
20℃
30℃
40℃
50℃
NaCl
35.7
35.8
36.0
36.3
36.6
37.0
NaHCO3
6.9
8.1
9.6
11.1
12.7
14.5
NH4Cl
29.4
33.3
37.2
41.4
45.8
50.4
参照表中数据,请分析B装置中使用冰水的目的是______________________。
(3)该校学生在检查完此套装置气密性后进行实验,结果没有得到碳酸氢钠晶体,指导教师指出应在_____________装置之间(填写字母)连接一个盛有___________的洗气装置,其作用是_____________________________________。
(4)若该校学生进行实验时,所用饱和食盐水中含NaCl的质量为5.85g,实验后得到干燥的NaHCO3晶体的质量为5.04g,则NaHCO3的产率为。
例4
(1)CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O;
吸收从B装置中的试管内逸出的氨气,减少对环境的污染
(2)温度越低,碳酸氢钠的溶解度越小,便于析出
(3)A与B;
饱和NaHCO3溶液(其它合理答案均可给分);
除去CO2中混合的HCl气体
(4)60%
有关侯氏制减法的高考试题
(2005上海)26.(A)我国化学侯德榜(右图)改革国外的纯碱生产工艺,生产流程可简要表示如下:
(1)上述生产纯碱的方法称,副产品的一种用途为。
(2)沉淀池中发生的化学反应方程式是。
(3)写出上述流程中X物质的分子式。
(4)使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上,主要是设计了
(填上述流程中的编号)的循环。
从沉淀池中取出沉淀的操作是
(5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠,可取少量试样溶于水后,再滴加。
(6)向母液中通氨气,加入细小食盐颗粒,冷却析出副产品,通氨气的作用有。
(a)增大NH4+的浓度,使NH4Cl更多地析出
(b)使NaHCO3更多地析出
(c)使NaHCO3转化为Na2CO3,提高析出的NH4Cl纯度
(A)(本题共12分)
(1)联合制碱法或侯德榜制碱法化肥或电解液或焊药等(其它合理答案均给分)
(2)NH3+CO2+H2O+NaCl→NH4Cl+NaHCO3↓
或NH3+CO2+H2O→NH4HCO3NH4HCO3+NaCl→NaHCO3↓+NH4Cl
(3)CO2
(4)I过滤
(5)稀硝酸和硝酸银溶液
(6)ac
(2005天津)28.(19分)根据侯德榜制碱法原理并参考下表的数据,实验室制备纯碱Na2CO3的主要步骤是:
将配制好的饱和NaCl溶液倒入烧杯中加热,控制温度在30~35℃,搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体,加料完毕后,继续保温30分钟,静置、过滤得NaHCO3晶体。
用少量蒸馏水洗涤除去杂质,抽干后,转入蒸发皿中,灼烧2小时,制得Na2CO3固体。
四种盐在不同温度下的溶解度(g/100g水)表
60℃
100℃
37.3
39.8
NH4HCO3
11.9
15.8
21.0
27.0
-①
-
16.4
55.3
77.3
①>35℃NH4HCO3会有分解
(1)反应温度控制在30~35℃,是因为若高于35℃,则,若低于30℃,则;
为控制此温度范围,采取的加热方法为。
(2)加料完毕后,继续保温30分钟,目的是。
静置后只析出NaHCO3晶体的原因是。
用蒸馏水洗涤NaHCO3晶体的目的是除去杂质(以化学式表示)。
(3)过滤所得的母液中含有(以化学式表示),需加入,并作进一步处理,使NaCl溶液循环使用,同时可回收NH4Cl。
(4)测试纯碱产品中NaHCO3含量的方法是:
准确称取纯碱样品Wg,放入锥形瓶中加蒸馏水溶解,加1~2滴酚酞指示剂,用物质的量浓度为c(mol/L)的HCl溶液滴定至溶液由红色到无色(指示CO32-+H+=HCO3-反应的终点),所用HCl溶液体积为V1mL,再加1~2滴甲基橙指示剂,继续用HCl溶液滴定至溶液由黄变橙,所用HCl溶液总体积为V2mL。
写出纯碱样品中NaHCO3质量分数的计算式:
NaHCO3(%)=
(1)NH4HCO3分解反应速率降低水浴加热
(2)使反应充分进行NaHCO3的溶解度最小NaClNH4ClNH4HCO3
(3)NaHCO3NaClNH4ClNH4HCO3HCl
(4)
(2010上海)27.工业生产纯碱的工艺流程示意图如下:
完成下列填空:
1)粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质(沉淀剂A来源于石灰窑厂),写出A、B的化学式。
AB
2)实验室提纯粗盐的实验操作依次为:
取样、、沉淀、、、冷却结晶、、烘干。
3)工业生产纯碱工艺流程中,碳酸化时产生的现像是。
碳酸化时没有析出碳酸钠晶体,其原因是。
4)碳酸化后过滤,滤液D最主要的成分是(填写化学式),检验这一成分的阴离子的具体方法是:
。
5)氨碱法流程中氨是循环使用的,为此,滤液D加入石灰水产生氨。
加石灰水后所发生的反应的离子方程式为:
滤液D加石灰水前先要加热,原因是。
6)产品纯碱中含有碳酸氢钠。
如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数,纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为:
(注明你的表达式中所用的有关符号的含义)
(2010上海)27.
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- 侯氏制碱法 原理 应用 答案