- 联合制碱法——侯氏制碱法
- 共159题
某化学小组模拟“侯氏制碱法”，以NaCl、NH3、CO2和水等为原料以及图1所示装置制取NaHCO3，反应的化学方程式为：
NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3+NH4Cl．然后再将NaHCO3制成Na2CO3．
（1）装置乙的作用是______．为防止污染空气，尾气中含有的______需要进行吸收处理．
（2）由装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时，需要进行的实验操作有______、洗涤、灼烧．
（3）若在（2）中灼烧的时间较短，NaHCO3将分解不完全，该小组对一份加热了t1min的NaHCO3样品的组成进行了研究．取加热了t1min的NaHCO3样品29.6g 完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中缓慢地滴加稀盐酸，并不断搅拌．随着盐酸的加入，溶液中有关离子的物质的量的变化如图2所示．则曲线c 对应的溶液中的离子是______（填离子符号）；该样品中NaHCO3和Na2CO3的物质的量之比是______．
（4）若取10.5g NaHCO3固体，加热了t1min后，剩余固体的质量为7.4g．如果把此剩余固体全部加入到200mL 1mol/L的盐酸中，则充分反应后溶液中H+的物质的量浓度为______（设溶液体积变化忽略不计）．
正确答案
解析
解：（1）装置甲是制备二氧化碳气体的反应装置，生成的二氧化碳气体中含有氯化氢气体，对制备碳酸氢钠有影响，装置乙的作用是吸收氯化氢气体；最后的尾气中含有氨气不能排放到空气中，需要进行尾气吸收；
故答案为：吸收HCl；NH3；
（2）由装置丙中产生的NaHCO3发生的反应为，NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl；制取Na2CO3时需要过滤得到晶体，洗涤后加热灼烧得到碳酸钠；
故答案为：过滤；
（3）若在（2）中灼烧的时间较短，NaHCO3将分解不完全，该小组对一份加热了t1min的NaHCO3样品的组成进行了研究．取加热了t1min的NaHCO3样品29.6g 完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中缓慢地滴加稀盐酸，并不断搅拌．随着盐酸的加入，发生反应 CO32-+H+=HCO3-； HCO3-+H+=CO2↑+H2O；溶液中有关离子的物质的量的变化为碳酸根离子减小，碳酸氢根离子浓度增大，当碳酸根离子全部转化为碳酸氢根离子，再滴入盐酸和碳酸氢根离子反应生成二氧化碳，碳酸氢根离子减小，所以c曲线表示的是碳酸氢根离子浓度变化；碳酸根离子浓度0.2mol/L；碳酸氢根离子浓度为0.1mol/L；样品中NaHCO3和Na2CO3的物质的量之比是1：2；
故答案为：HCO3-； 1：2；
（4）若取10.5g NaHCO3固体物质的量=
2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O△m
2 1 62
0.1mol 0.05mol 10.5g-7.4g
反应后NaHCO3物质的量=0.125mol-0.1mol=0.025mol；NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑；消耗氯化氢物质的量0.025mol；
Na2CO3物质的量=0.05mol，Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑，消耗氯化氢物质的量0.1mol；
剩余氯化氢物质的量=0.200L×1mol/L-0.025mol-0.1mol=0.075mol，剩余溶液中c（H+）=
故答案为：0.375mol/L
NaCl在纯碱工业、氯碱工业、氯酸钾工业、肥皂工业等方面都有重要作用．
（1）19世纪60年代氨碱法是纯碱工业广泛使用的方法，20世纪20年代以后被联合制碱法逐渐取代．
①请写出以NaCl为原料利用氨碱法生产纯碱的化学方程式______、______；
②在联合制碱法中，纯碱工厂与______工厂进行联合生产，以便获得原料______；
③在联合制碱法中循环使用，而在氨碱法中循环使用率不高的物质是______．
（2）氯酸钾是重要的化工产品，在火柴、炸药、雷管、焰火等制造中有重要应用．工业中首先通过电解热食盐水制得氯酸钠，再加入一定量的氯化钾即可得到氯酸钾沉淀．
①在火柴、炸药、雷管、焰火的制造过程中大量使用氯酸钾，主要应用氯酸钾的______性；
②请写出电解食盐水生产氯酸钠的化学方程式______．
（3）在肥皂的工业生成过程中，也要使用NaCl的目的是______．
正确答案
解析
解：（1）①氨气溶于水所得氨水呈碱性，比水更易吸收二氧化碳；向饱和的氯化钠溶液中依次通入氨气、二氧化碳，析出碳酸氢钠晶体，加热碳酸氢钠晶体可制得纯碱，上述反应的化学方程式分别为：NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓（或NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl ），2NaHCO3
故答案为：NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl（或NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl ）；2NaHCO3
②在联合制碱法中，联合制碱法包括两个过程：第一个过程与氨碱法相同，将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，放出的二氧化碳气体可回收循环使用，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液，第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体，在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品，纯碱工厂与合成氨工厂进行联合生产，以便获得原料NH3、CO2，
故答案为：合成氨；NH3、CO2；
③氨碱法的最大缺点在于原料食盐的利用率只有72%～74%，联合制碱法最大的优点是使食盐的利用率提高到96%以上，此外氨碱法与联合制碱法相比，CO2循环使用率也不高，
故答案为：CO2；NaCl；
（2）①处于高价的元素具有氧化性，氯酸钾中氯元素的化合价为+5价，在火柴、炸药、雷管、焰火的制造过程中分解生成氯化钾和氧气，氯元素化合价降低，表现强氧化性，
故答案为：强氧化；
②化合价升高的氯元素被氧化，化合价由-1价升高到+5价，化合价降低的氢元素被还原，化合价由+1价降低到0价，根据氧化还原反应得失电子数相等，反应为：NaCl+3H2O
故答案为：NaCl+3H2O
（3）工业上制肥皂时，为了使肥皂和甘油充分分离，常向皂化锅中慢慢加入食盐颗粒，将高级脂肪酸钠从混合液中析出，
故答案为：加入食盐使肥皂析出；
纯碱和硫酸都是重要的化工原料，用途非常广泛．
（1）利用氨碱法得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯碱．工艺流程如图1所示：图中的中间产物C是______，D是______（写化学式）；装置乙中发生反应的化学方程式为______．
（2）火山喷发所产生的硫磺可用于生产重要的化工原料硫酸．甲企业用接触法生产硫酸采用的主要原料是硫磺和空气．工艺流程如图2所示：为了充分利用反应放出的热最，接触室中应安装______（填设备名称）．吸收塔中填充许多瓷管，其作用是______．为使硫磺充分燃烧，经流量计1通入燃烧室的氧气过量50%．为提高SO2的转化率，经流量计2的氧气量为接触室中SO2完全氧化时理论需氧量的2.5倍，则生产过程中流经流量计1和流量计2的空气体积比应为______．
正确答案
Ca（OH）2
NH3
NH3+CO2+NaCl+H2O=NaHCO3+NH4Cl
热交换器
增大三氧化硫与浓硫酸的接触面，有利于三氧化硫的吸收
6：5
解析
解：（1）碳酸钙加热分解生成CaO与CO2，故A为CaO，B为CO2，CaO在熟化桶内与水反应生成氢氧化钙，故C为Ca（OH）2；氢氧化钙与氯化铵在混合池内反应生成氨气与氯化钙，故D为NH3，氨气与氯化钠溶液混合后，在乙中与二氧化碳发生反应，生成NaHCO3、NH4Cl，反应方程式为NH3+CO2+NaCl+H2O=NaHCO3+NH4Cl，
故答案为：Ca（OH）2；NH3；NH3+CO2+NaCl+H2O=NaHCO3+NH4Cl；
（2）充分利用能量，应安装热交换器，吸引塔中填充许多瓷管，增大三氧化硫与浓硫酸的接触面，有利于三氧化硫的吸收，
燃烧室中的反应为S+O2
故答案为：热交换器；增大三氧化硫与浓硫酸的接触面，有利于三氧化硫的吸收；6：5；
已知NaHCO3低温时溶解度小，侯德榜制碱的方法是：向氨化的饱和食盐水中通入过量的二氧化碳，即有晶体析出，经过滤、洗涤、焙烧得纯碱．此过程可以表示为：
①NaCl （饱和）+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl（此反应是放热反应）
②2NaHCO3
现某化学小组根据上述原理在实验室中模拟制碱过程，下图C装置是溶有氨和NaCl的溶液，且二者均达到了饱和．
（1）制CO2时为了使反应随开随用，随关随停，上图A方框内应选用以下______装置．简述该装置随关随停的理由______．
（2）为使实验能够进行，在B、D方框内补上所需装置，并指明所用试剂（将装置图画在答题纸上）
（3）完成第（2）步，该小组检验气密性合格后进行实验，发现析出的晶体非常少，在老师的指导下，他们对某个装置进行了改进，达到了实验目的．你认为他们的改进方法是______．
（4）若所用饱和食盐水中含有NaCl的质量为5.85g，实验后得到干燥的NaHCO3晶体的质量为5.46g，假设第二步分解时没有损失，则Na2CO3的产率为______．
正确答案
解析
解：（1）启普发生器是随时进行，随时停止的装置，适用于固体和液体不加热反应生成不溶于水的气体制备反应，所以制CO2时为了使反应随开随用，随关随停应符合启普发生器的原理应用，利用止水夹控制气体压强，使液体和固体分离停止反应，打开压强减小液体和固体接触继续反应；
故答案为：C，关闭弹簧夹后反应生成的气体上部压强增大，到达一定程度后可把反应液压回漏斗，使固液分离从而停止反应；
（2）制备装置中C为氨化的饱和氯化钠溶液，制备出二氧化碳气体中含有氯化氢气体，影响碳酸氢钠的生成，B装置中需要通过饱和碳酸氢钠溶液除去；D装置是防止氨气污染环境，需要吸收氨气的试剂，可以是稀硫酸或水；B装置洗气装置，导气管长进短出；D装置是吸收易溶于水的氨气，同时防倒吸的装置；装置为
故答案为：试剂：饱和的碳酸氢钠溶液 试剂：稀硫酸或水
（3）通过降低温度，减小碳酸氢钠的溶解度，使碳酸氢钠析出，所以将C装置浸泡在一个盛有冰水混合物的水槽里（大烧杯）可以达到目的；
故答案为：将C装置浸泡在一个盛有冰水混合物的水槽里（大烧杯）
（4）若所用饱和食盐水中含有NaCl的质量为5.85g，理论上依据化学方程式计算：NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3+NH4Cl；得到碳酸氢钠质量为8.4g，分解生成碳酸钠质量依据化学方程式计算：2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑；碳酸钠的质量为5.3g；实验后得到干燥的NaHCO3晶体的质量为5.46g，生成碳酸钠质量为：
2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑；
168 106
5.46g 3.445g
假设第二步分解时没有损失，则碳酸钠的产率=
故答案为：65%
[化学一选修/化学与技术]纯碱一直以来都是工业生产的重要原料，很长一段时间纯碱的制法都被欧美国家所垄断．20世纪初我国著名的工业化学家侯德榜先生，经过数年的反复研究终于发明了优于欧美制碱技术的联合制碱法（又称侯氏制碱法），并在天津建造了我国独立研发的第一家制碱厂．其制碱原理的流程如下：
（1）侯德榜选择天津作为制碱厂的厂址有何便利条件（举二例说明）______、______．
（2）合成氨工厂需要向制碱厂提供两种原料气体，它们分别是：______、______（填化学式）．这两种气体在使用过程中是否需要考虑添加的顺序______（填“是”或“否”），原因是：______．
（3）在沉淀池中发生的反应的化学方程式是______．
（4）使原料水中溶质的利用率从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．从母液中可以提取的副产品的应用是______（举一例）．
正确答案
解析
解：（1）天津位于沿海地区交通发达，而制碱的原料之一NaCl，在海水中含量丰富，
故答案为：原料丰富；运输方便；
（2）合成氨工厂需要向制碱厂提供两种原料气体，它们分别是二氧化碳和氨气；二氧化碳在水溶液中溶解度小，生成碳酸氢钠少，不能析出晶体，而氨气在水中的溶解度大，先通氨气后通二氧化碳产生碳酸氢铵多，有利于碳酸氢钠的析出；
故答案为：CO2；NH3；是；氨气在水中的溶解度大，先通氨气后通二氧化碳产生碳酸氢铵多，有利于碳酸氢钠的析出；
（3）氨化的饱和氯化钠溶液中通入过量二氧化碳，发生反应二氧化碳和氨水反应生成碳酸氢铵，碳酸氢铵和氯化钠反应，由于碳酸氢钠溶解度小，所以先生成碳酸氢钠晶体析出，反应方程式为：NH4HCO3+NaCl═NaHCO3↓+NH4Cl，
故答案为：NH4HCO3+NaCl═NaHCO3↓+NH4Cl；
（4）碳酸氢钠能溶于水，析出晶体后的溶液中还含有较多碳酸氢钠，所以要循环利用，从母液中有NH4Cl可以做肥料，
故答案为：循环Ⅰ；做肥料．
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