侯氏制碱法.docx
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侯氏制碱法.docx
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侯氏制碱法
侯氏制碱法
其化学方程式可以归纳为以下三步反应。
(1)NH3+H2O+CO2=NH4HCO3(首先通入氨气,然后再通入二氧化碳)
(2)NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓(NaHCO3溶解度最小,所以析出。
)
加热
(3)2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O(NaHCO3热稳定性很差,受热容易分解)
且利用NH4Cl的溶解度,可以在低温状态下向
(2)中的溶液加入NaCl,则NH4Cl析出,得到化肥,提高了NaCl的利用率。
侯氏制碱法的原理是依据离子反应发生的原理进行的,离子反应会向着离子浓度减小的方向进行。
也就是很多初中高中教材所说的复分解反应应有沉淀、气体和难电离的物质生成。
他要制纯碱(Na2CO3),就利用NaHCO3在溶液中溶解度较小,所以先制得NaHCO3,再利用碳酸氢钠不稳定性分解得到纯碱。
要制得碳酸氢钠就要有大量钠离子和碳酸氢根离子,所以就在饱和食盐水中通入氨气,形成饱和氨盐水,再向其中通入二氧化碳,在溶液中就有了大量的钠离子、铵根离子、氯离子和碳酸氢根离子,这其中NaHCO3溶解度最小,所以析出,其余产品处理后可作肥料或循环使用。
分析一下整个过程
原料是NH3和CO2以及食盐水
发生的反应为:
NaCl+NH3+CO2+H2O→NaHCO3↓+NH4Cl
进入沉淀池以后,得到NaHCO3进入煅烧炉,煅烧后得到Na2CO3和CO2,CO2进入循环II,所以X是CO2,
沉淀池中的母液为食盐水、NH3、Na2CO3和NH4Cl的混合物
所以可以再次进入沉淀池,其中食盐水是循环利用的
NH4Cl通过食盐细粉的同离子效应而析出了
得到了铵肥,由于NH3被消耗了,所以需要再次补充氨气
所以侯氏制碱法中循环利用的是CO2和食盐水
好处是产生纯碱的同时,产生了铵肥,同时氯化钠的利用率比较高
索氏制碱法
分析一下整个流程:
原料也是NH3、NH3和食盐水
发生的反应为:
NaCl+NH3+CO2+H2O→NaHCO3↓+NH4Cl
CO2是由CaCO3煅烧得到的,产物同时还有CaO
在母液中含有的成分为NaCl、NH3、Na2CO3还有CaCl2等
其中排除液W包含CaCl2和NaCl
CaO和母液中的NH4Cl结合又生成了NH3
可以循环利用,即Y为NH3
主要区别:
索维尔制碱法===原料利用率低,有CaCl2副产物,几乎无用
和侯氏制碱法--原料利用率高,副产物NH4Cl,肥料
例11892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。
(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2我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业作出了突出贡献。
以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3,进而生产出纯碱。
有关反应的化学方程式为:
NH3+CO2+H2O===NH4HCO3;NH4HCO3+NaCl===NaHCO3↓+NH4Cl;2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O。
【探究实例】
Ⅰ.原理分析
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,在溶液中首先结晶析出
Ⅱ.实验探究
(1)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)。
回答下列有关问题:
①乙装置中的试剂是____________;
②丁装置中稀硫酸的作用是____________;
③实验结束后,分离出NaHCO3晶体的操作是________(填分离操作的名称)。
(2)另一位同学用图中戊装置(其他装置未画出)进行实验。
①实验时,须先从______________管通入________________气体,再从________________管中通入________________气体。
②有同学建议在戊装置的b导管下端连接己装置,理由是
________________________________________________________________________。
(3)请再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析 Ⅱ.
(1)甲装置是CO2的发生装置,由于盐酸易挥发,故生成的CO2气体中会含有HCl气体,乙装置的作用是除去CO2中的HCl气体,所以乙装置中的试剂是饱和碳酸氢钠溶液,丙是制备碳酸氢钠的发生装置,丁的作用是吸收多余的NH3,防止其污染环境。
从溶液中分离出NaHCO3晶体的方法是过滤。
(2)实验时必须制取含氨的饱和NaCl溶液,然后使之与CO2反应。
因为NH3极易溶于水,CO2在水中的溶解度不大,故先从a导管通入NH3,后从b导管通入CO2。
己装置中有多孔球泡,增大CO2气体与溶液的接触面积,提高了CO2在溶液中的吸收率。
(3)此题是开放性试题,制备少量碳酸氢钠的方法:
①用碳酸氢铵与适量的饱和食盐水反应;②往烧碱溶液中通入过量CO2;③往饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2等。
答案 Ⅰ.c Ⅱ.
(1)①饱和碳酸氢钠溶液 ②吸收未反应的NH3 ③过滤
(2)①a NH3 b CO2 ②增大CO2气体与溶液接触的面积,提高CO2在溶液中的吸收率
(3)往烧碱溶液中通入过量CO2(或往饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2等)
例3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。
(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%
4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
(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
5.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
0℃
10℃
20℃
30℃
40℃
50℃
60℃
100℃
NaCl
35.7
35.8
36.0
36.3
36.6
37.0
37.3
39.8
NH4HCO3
11.9
15.8
21.0
27.0
-①
-
-
-
NaHCO3
6.9
8.1
9.6
11.1
12.7
14.5
16.4
-
NH4Cl
29.4
33.3
37.2
41.4
45.8
50.4
55.3
77.3
①>35℃NH4HCO3会有分解
请回答:
(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)
5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)
6.在酸性条件下碘酸钾是一种较强的氧化剂,可与碘化物、亚硫酸盐等还原性物质反应。
工业生产碘酸钾的流程如下:
请回答下列问题:
(1)已知反应室Ⅰ发生的反应中,两种还原产物所得电子数相同,请写出该反应的化学方程式:
________________________________________________________________________。
(2)反应室Ⅰ需加热煮沸,其目的是:
①加快反应速率,使反应物充分反应:
②______________________________,有利于反应向正方向进行。
(3)已知几种物质的溶解度见下表:
KCl
KH(IO3)2
KClO3
溶解度 g/100g水(25℃)
20.8
0.8
7.5
溶解度 g/100g水(80℃)
37.1
12.4
16.2
由上表数据分析可知,操作Ⅰ的名称为________________________________________。
(4)在反应室Ⅱ中加入KOH调节溶液的pH=10,其目的是_________________________
________________________________________(用离子方程式表示)。
(5)某同学欲测定成品中碘酸钾的含量,设计了如下实验:
①准确称取1g样品,加适量蒸馏水使其完全溶解;
②用稀硫酸酸化上述所得溶液,加入过量KI溶液,充分搅拌;
③以淀粉为指示剂,逐滴加入2.0mol·L-1的Na2S2O3溶液,当蓝色刚好褪去时,消耗Na2S2O3溶液12.00mL,则成品中KIO3的质量分数为________________________
(已知:
KIO3+5KI+3H2SO4===3K2SO4+3I2+3H2O,I2+2Na2S2O3===2NaI+Na2S4O6)。
答案
(1)6I2+11KClO3+3H2O===6KH(IO3)2+5KCl+3Cl2↑
(2)除去反应生成的Cl2 (3)冷却结晶、过滤 (4)OH-+H+===H2O (5)85.6%
侯氏制碱法
其化学方程式可以归纳为以下三步反应。
(1)NH3+H2O+CO2=NH4HCO3(首先通入氨气,然后再通入二氧化碳)
(2)NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓(NaHCO3溶解度最小,所以析出。
)
加热
(3)2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O(NaHCO3热稳定性很差,受热容易分解)
且利用NH4Cl的溶解度,可以在低温状态下向
(2)中的溶液加入NaCl,则NH4Cl析出,得到化肥,提高了NaCl的利用率。
侯氏制碱法的原理是依据离子反应发生的原理进行的,离子反应会向着离子浓度减小的方向进行。
也就是很多初中高中教材所说的复分解反应应有沉淀、气体和难电离的物质生成。
他要制纯碱(Na2CO3),就利用NaHCO3在溶液中溶解度较小,所以先制得NaHCO3,再利用碳酸氢钠不稳定性分解得到纯碱。
要制得碳酸氢钠就要有大量钠离子和碳酸氢根离子,所以就在饱和食盐水中通入氨气,形成饱和氨盐水,再向其中通入二氧化碳,在溶液中就有了大量的钠离子、铵根离子、氯离子和碳酸氢根离子,这其中NaHCO3溶解度最小,所以析出,其余产品处理后可作肥料或循环使用。
分析一下整个过程
原料是NH3和CO2以及食盐水
发生的反应为:
NaCl+NH3+CO2+H2O→NaHCO3↓+NH4Cl
进入沉淀池以后,得到NaHCO3进入煅烧炉,煅烧后得到Na2CO3和CO2,CO2进入循环II,所以X是CO2,
沉淀池中的母液为食盐水、NH3、Na2CO3和NH4Cl的混合物
所以可以再次进入沉淀池,其中食盐水是循环利用的
NH4Cl通过食盐细粉的同离子效应而析出了
得到了铵肥,由于NH3被消耗了,所以需要再次补充氨气
所以侯氏制碱法中循环利用的是CO2和食盐水
好处是产生纯碱的同时,产生了铵肥,同时氯化钠的利用率比较高
索氏制碱法
分析一下整个流程:
原料也是NH3、NH3和食盐水
发生的反应为:
NaCl+NH3+CO2+H2O→NaHCO3↓+NH4Cl
CO2是由CaCO3煅烧得到的,产物同时还有CaO
在母液中含有的成分为NaCl、NH3、Na2CO3还有CaCl2等
其中排除液W包含CaCl2和NaCl
CaO和母液中的NH4Cl结合又生成了NH3
可以循环利用,即Y为NH3
主要区别:
索维尔制碱法===原料利用率低,有CaCl2副产物,几乎无用
和侯氏制碱法--原料利用率高,副产物NH4Cl,肥料
例11892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我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业作出了突出贡献。
以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3,进而生产出纯碱。
有关反应的化学方程式为:
NH3+CO2+H2O===NH4HCO3;NH4HCO3+NaCl===NaHCO3↓+NH4Cl;2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O。
【探究实例】
Ⅰ.原理分析
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,在溶液中首先结晶析出
Ⅱ.实验探究
(1)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)。
回答下列有关问题:
①乙装置中的试剂是____________;②丁装置中稀硫酸的作用是____________;
③实验结束后,分离出NaHCO3晶体的操作是________(填分离操作的名称)。
(2)另一位同学用图中戊装置(其他装置未画出)进行实验。
①实验时,须先从___________管通入____________气体,再从___________管中通入_____________气体。
②有同学建议在戊装置的b导管下端连接己装置,理由是
________________________________________________________________________。
(3)请再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法:
________________________________________________________________________。
例3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。
4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
5.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
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