- 联合制碱法——侯氏制碱法
- 共159题
[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：（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．
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．
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．
A______ B______
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，碳酸化时产生的现象是______．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）
正确答案
解：1）沉淀剂A源于石灰窑，说明其是生石灰或熟石灰；粗盐中的镁离子和钙离子一般用碳酸钠除去，故答案为：Ca（OH）2或CaO；Na2CO3；
2）实验室提纯粗盐的整个操作过程为：取样、溶解、沉淀、过滤、蒸发、冷却结晶、过滤、烘干几步，故答案为：溶解；过滤；蒸发；过滤；
3）纯碱生产中碳酸化时，会看到溶液中析出晶体，这是由于碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠，故答案为：有晶体析出（或出现浑浊）；碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大；
4）根据操作过程，氨化后通入二氧化碳的溶液发生复分解反应，反应的化学方程式为：H2O+CO2+NH3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl，最终得到NH4Cl还有碳酸氢钠等，碳酸氢钠溶解度很小而结晶，故酸化后滤液的主要成分是NH4Cl；检验其中的氯离子时，要经过取样，加硝酸酸化，加硝酸银，有白色沉淀，该阴离子是氯离子，故答案为：NH4Cl；取样，加硝酸酸化，加硝酸银，有白色沉淀，该阴离子是氯离子；
5）滤液中主要含有的是氯化铵，其和石灰水反应时：NH4++OH-
6）假设加热前纯碱的质量为m1，加热后的质量为m2，则加热损失的质量为：m1-m2，则纯碱中碳酸氢钠的质量为：84（m1-m2）/31，故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数为
解析
解：1）沉淀剂A源于石灰窑，说明其是生石灰或熟石灰；粗盐中的镁离子和钙离子一般用碳酸钠除去，故答案为：Ca（OH）2或CaO；Na2CO3；
2）实验室提纯粗盐的整个操作过程为：取样、溶解、沉淀、过滤、蒸发、冷却结晶、过滤、烘干几步，故答案为：溶解；过滤；蒸发；过滤；
3）纯碱生产中碳酸化时，会看到溶液中析出晶体，这是由于碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠，故答案为：有晶体析出（或出现浑浊）；碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大；
4）根据操作过程，氨化后通入二氧化碳的溶液发生复分解反应，反应的化学方程式为：H2O+CO2+NH3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl，最终得到NH4Cl还有碳酸氢钠等，碳酸氢钠溶解度很小而结晶，故酸化后滤液的主要成分是NH4Cl；检验其中的氯离子时，要经过取样，加硝酸酸化，加硝酸银，有白色沉淀，该阴离子是氯离子，故答案为：NH4Cl；取样，加硝酸酸化，加硝酸银，有白色沉淀，该阴离子是氯离子；
5）滤液中主要含有的是氯化铵，其和石灰水反应时：NH4++OH-
6）假设加热前纯碱的质量为m1，加热后的质量为m2，则加热损失的质量为：m1-m2，则纯碱中碳酸氢钠的质量为：84（m1-m2）/31，故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数为
Ⅰ、利用上述反应原理，设计如下图所示装置，制取碳酸氢钠晶体．B中盛有饱和碳酸氢钠溶液，C烧杯中盛有冰水，D中装有蘸稀硫酸的脱脂棉，图中夹持装置已略去．
2，4，6
可选用的药品有：a．石灰石 b．生石灰 c．6mol/L盐酸 d．稀硫酸 e．浓氨水f．饱和氯化钠溶液．
①A中制备气体的离子方程式______，E中制备气体时所需药品是（选填字母代号）______
②B中溶液作用是______C烧杯中冰水的作用是______．
③检验D出口处是否有氨气逸出的方法是：______
Ⅱ、该小组同学为了测定C中所得晶体的碳酸氢钠的纯度（假设晶体中不含碳酸盐杂质），将晶体充分干燥后，称量质量为wg．再将晶体加热到质量不再变化时，称量所得粉末质量为mg．然后进行如图所示实验：
请填空：操作III的方法为______、______、______；所得晶体中碳酸氢钠的纯度为______．
正确答案
解：Ⅰ、A装置为制取二氧化碳装置，反应的离子方程式为CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O，
B装置用于除去CO2中的HCl；
E装置为制取氨气装置，制取氨气用浓氨水和生石灰来制备，代号为be；
C中反应装置制取碳酸氢钠 NH3+CO2+H2O+NaCl （饱和）═NaHCO3（晶体）+NH4Cl，反应为放热反应，C烧杯中放冰水降低温度有利于平衡向正方向移动；
氨气为刺激性气味气体，要进行尾气处理，检验D出口处是否有氨气逸出的方法是将湿润的红色石蕊试纸放在D出口处，若试纸变蓝，则证明有氨气逸出，若试纸不变蓝，则证明没有氨气逸出；
故答案为：Ⅰ①CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O；be；②除去CO2中的HCl； 降低温度有利于平衡向正方向移动；
③将湿润的红色石蕊试纸放在D出口处，若试纸变蓝，则证明有氨气逸出，若试纸不变蓝，则证明没有氨气逸出
Ⅱ、反应的化学方程式为①2NaHCO3
设样品中碳酸氢钠的质量为x，由上两式可得关系式：
2NaHCO3--CaCO3
84×2 100
x n
x=
碳酸氢钠的质量分数=
故答案为：Ⅱ过滤、洗涤、干燥；
解析
解：Ⅰ、A装置为制取二氧化碳装置，反应的离子方程式为CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O，
B装置用于除去CO2中的HCl；
E装置为制取氨气装置，制取氨气用浓氨水和生石灰来制备，代号为be；
C中反应装置制取碳酸氢钠 NH3+CO2+H2O+NaCl （饱和）═NaHCO3（晶体）+NH4Cl，反应为放热反应，C烧杯中放冰水降低温度有利于平衡向正方向移动；
氨气为刺激性气味气体，要进行尾气处理，检验D出口处是否有氨气逸出的方法是将湿润的红色石蕊试纸放在D出口处，若试纸变蓝，则证明有氨气逸出，若试纸不变蓝，则证明没有氨气逸出；
故答案为：Ⅰ①CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O；be；②除去CO2中的HCl； 降低温度有利于平衡向正方向移动；
③将湿润的红色石蕊试纸放在D出口处，若试纸变蓝，则证明有氨气逸出，若试纸不变蓝，则证明没有氨气逸出
Ⅱ、反应的化学方程式为①2NaHCO3
设样品中碳酸氢钠的质量为x，由上两式可得关系式：
2NaHCO3--CaCO3
84×2 100
x n
x=
碳酸氢钠的质量分数=
故答案为：Ⅱ过滤、洗涤、干燥；
在常温下，某兴趣小组模拟“侯氏制碱法”制取碳酸钠，流程如下：
在常温下，有关物质的溶解度为：
（1）操作Ⅲ中的实验操作名称为______；
（2）操作I和操作II总反应的离子方程式为______；
（3）操作I和II不能颠倒的原因______；
（4）检验所得的碳酸钠粉末是否含有NaHCO3，的实验方案是（写出操作步骤、现象、结论）：______；
（5）为了测定所制取产物的纯度（假设杂质只有碳酸氢钠）．该小组的实验步骤为：
i．使用下列装置组装实验装置，并检查气密性；
ii．称取Wg产品放入C装置的锥形瓶中，加适量蒸馏水溶解
iii．称量D装置的质量为W1g
iv．从分液漏斗滴入稀硫酸，直到不再产生气体为止
v．从a处缓缓鼓入一定量的空气，再次称量D装置质量为W2g．
vi．重复步骤v的操作，直到D装置的质量不再改变，称得D装置的质量为W3g．
根据上述实验回答如下问题：
①第i步，使用上述装置连接的接口顺序为：（b）→（e）（f）→______→______
②产物中碳酸钠的质量分数为（数字可不必化简）______．
正确答案
解：（1）二氧化碳通入氨化的饱和氯化钠溶液中反应生成碳酸氢钠晶体，反应的化学方程式：NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl，操作Ⅲ中的实验操作目的是将沉淀和溶液分开，所以通过过滤，可把混在溶液中的碳酸氢钠晶体分离出来，
故答案为：过滤；
（2）因为氨气的溶解度比二氧化碳大得多，且溶液呈碱性，有利于二氧化碳的吸收；所以操作I先通入足量的氨气，操作II将二氧化碳通入氨化的饱和氯化钠溶液中，根据溶解度表可知，碳酸氢钠的溶解度比碳酸钠小，所以发生NH3+CO2+H2O═NH4HCO3；NH4HCO3+NaCl═NaHCO3↓+NH4Cl，本质为Na++NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4+，
故答案为：Na++NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4+；
（3）二氧化碳微溶于水，先通入二氧化碳，溶液中生成极少量的碳酸，再通入氨气，生成的产物量少，且易生成碳酸铵，氨气在水中溶解度很大，先通入氨气，溶液中生成较多的一水合氨，再通入CO2，生成的产物量多，且易生成碳酸氢铵，
故答案为：由于NH3在饱和NaCl溶液中溶解量比CO2大，先通NH3，溶液呈碱性，更易吸收CO2，有利NaHCO3的生成；所以应先通入NH3；
（4）碳酸氢钠受热易分解，如果碳酸钠中含有碳酸氢钠，取少量产物于试管，加热发生2NaHCO3
故答案为：取少量产物于试管，加热，将产生的气体通入澄清石灰水，若使澄清石灰水变浑浊，证明有NaHCO3；
（5）①空气经过氢氧化钠的洗气瓶可将空气中的二氧化碳吸收，连接试样溶液可将装置中的产生的二氧化碳排出，所以（b）→（e）（f），从试样溶液中产生的二氧化碳混有水蒸气，所以需通过浓硫酸干燥二氧化碳，所以连接→（c）（d），最后通过碱石灰吸收产生的二氧化碳，所以连接→（g）（h）[或（h）（g）]→（i），
故答案为：（c）（d）；（g）（h）[或（h）（g）]→（i）；
②2NaHCO3
故答案为：
解析
解：（1）二氧化碳通入氨化的饱和氯化钠溶液中反应生成碳酸氢钠晶体，反应的化学方程式：NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl，操作Ⅲ中的实验操作目的是将沉淀和溶液分开，所以通过过滤，可把混在溶液中的碳酸氢钠晶体分离出来，
故答案为：过滤；
（2）因为氨气的溶解度比二氧化碳大得多，且溶液呈碱性，有利于二氧化碳的吸收；所以操作I先通入足量的氨气，操作II将二氧化碳通入氨化的饱和氯化钠溶液中，根据溶解度表可知，碳酸氢钠的溶解度比碳酸钠小，所以发生NH3+CO2+H2O═NH4HCO3；NH4HCO3+NaCl═NaHCO3↓+NH4Cl，本质为Na++NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4+，
故答案为：Na++NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4+；
（3）二氧化碳微溶于水，先通入二氧化碳，溶液中生成极少量的碳酸，再通入氨气，生成的产物量少，且易生成碳酸铵，氨气在水中溶解度很大，先通入氨气，溶液中生成较多的一水合氨，再通入CO2，生成的产物量多，且易生成碳酸氢铵，
故答案为：由于NH3在饱和NaCl溶液中溶解量比CO2大，先通NH3，溶液呈碱性，更易吸收CO2，有利NaHCO3的生成；所以应先通入NH3；
（4）碳酸氢钠受热易分解，如果碳酸钠中含有碳酸氢钠，取少量产物于试管，加热发生2NaHCO3
故答案为：取少量产物于试管，加热，将产生的气体通入澄清石灰水，若使澄清石灰水变浑浊，证明有NaHCO3；
（5）①空气经过氢氧化钠的洗气瓶可将空气中的二氧化碳吸收，连接试样溶液可将装置中的产生的二氧化碳排出，所以（b）→（e）（f），从试样溶液中产生的二氧化碳混有水蒸气，所以需通过浓硫酸干燥二氧化碳，所以连接→（c）（d），最后通过碱石灰吸收产生的二氧化碳，所以连接→（g）（h）[或（h）（g）]→（i），
故答案为：（c）（d）；（g）（h）[或（h）（g）]→（i）；
②2NaHCO3
故答案为：
（2015•文昌校级模拟）工业上可用食盐和石灰石为主要原料，经不同的方法生产纯碱．请回答下列问题：
（1）路布兰法是以食盐、石灰石、浓硫酸、焦炭为原料，在高温下进行煅烧，再浸取、结晶而制得纯碱．
①食盐和浓硫酸反应的化学方程式为______；
②硫酸钠和焦炭、石灰石反应的化学方程式为______（已知产物之一为CaS）；
（2）氨碱法的工艺如图1所示，得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯碱．
①图中的中间产物C是______，D是______（写化学式）；
②装置乙中发生反应的化学方程式为______；
（3）联合制碱法是对氨碱法的改进，其优点是______；
（4）有人认为碳酸氢钾与碳酸氢钠的化学性质相似，故也可用氨碱法以氯化钾和石灰石等为原料制碳酸钾．请结合如图2的溶解度（S）随温度变化曲线，分析说明是否可行？______．
正确答案
解：（1）①利用高沸点酸制备挥发性酸，且HCl极易溶于水，故利用直接使用98%浓硫酸和氯化钠制取氯化氢，反应为：NaCl+H2SO4（浓）
②由题目信息可知，硫酸钠与石灰石、焦炭反应生成CaS、Na2CO3，根据元素守恒可知，还原C的氧化物CO或CO2生成，故反应方程式为：Na2SO4+4C+CaCO3
故答案为：Na2SO4+4C+CaCO3
（2）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，
故答案为：Ca（OH）2；NH3；
②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：NH3+CO2+NaCl+H2O=NaHCO3+NH4Cl；
（3）该方法能提高原料的利用率，减少废渣的排放，保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高；NH4Cl 可做氮肥；可与合成氨厂联合，可利用合成氨的产物CO2，
故答案为：提高食盐利用率、副产物氯化铵可用作化肥、可利用合成氨的产物CO2；
（4）由溶解曲线图可知KHCO3和NH4Cl的溶解度相差不大，当温度高于40℃时，由图象可知，降温结晶时会析出较多的KCl，无法大量析出碳酸氢钾；
故答案为：不可行； 碳酸氢钾的溶解度较大，降温过程中不会析出碳酸氢钾晶体．
解析
解：（1）①利用高沸点酸制备挥发性酸，且HCl极易溶于水，故利用直接使用98%浓硫酸和氯化钠制取氯化氢，反应为：NaCl+H2SO4（浓）
②由题目信息可知，硫酸钠与石灰石、焦炭反应生成CaS、Na2CO3，根据元素守恒可知，还原C的氧化物CO或CO2生成，故反应方程式为：Na2SO4+4C+CaCO3
故答案为：Na2SO4+4C+CaCO3
（2）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，
故答案为：Ca（OH）2；NH3；
②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：NH3+CO2+NaCl+H2O=NaHCO3+NH4Cl；
（3）该方法能提高原料的利用率，减少废渣的排放，保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高；NH4Cl 可做氮肥；可与合成氨厂联合，可利用合成氨的产物CO2，
故答案为：提高食盐利用率、副产物氯化铵可用作化肥、可利用合成氨的产物CO2；
（4）由溶解曲线图可知KHCO3和NH4Cl的溶解度相差不大，当温度高于40℃时，由图象可知，降温结晶时会析出较多的KCl，无法大量析出碳酸氢钾；
故答案为：不可行； 碳酸氢钾的溶解度较大，降温过程中不会析出碳酸氢钾晶体．
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