- 联合制碱法——侯氏制碱法
- 共159题
（2015•德阳模拟）碳酸氢钠是一种重要的化工原料，在日常生活中也有广泛的用途，侯德榜先生发明了连续生产纯碱与氯化铵的联合制碱工艺，成为近代化学工业的奠基人之一，该反应原理为：NH3+CO2+H2O+NaCl（饱和）═NaHCO3↓+NH4Cl△H＜0．
现用如图所示装置和上述原理制取碳酸氢钠晶体，图中夹持装置已略去．
可选用的药品有：①石灰石②生石灰③6mol/L盐酸④稀硫酸⑤浓氨水⑥饱和氯化钠溶液⑦饱和碳酸氢钠溶液
请回答下列问题
（1）仪器a的名称是______．
（2）B中应选用的药品是______（填序号）
（3）在实验过程中，应先向C中通入的气体的化学式是______，其原因是______．
（4）D中脱脂棉应浸润的试剂是______（填写字母编号）
a．浓硫酸 b．稀硫酸 c．氢氧化钠溶液 d．浓硝酸
（5）该小组同学为了测定C中所得晶体中碳酸氢钠的纯度（假设晶体中不含碳酸盐杂质），先将晶体充分干燥后，称量质量为wg，称量质量为wg，然后进行如下图所示实验：
①操作Ⅲ中的方法是______，______，______
②所得晶体中碳酸氢钠的纯度是______．（不必化简）
正确答案
解：（1）A装置为制取二氧化碳的装置，仪器a为圆底烧瓶，故答案为：圆底烧瓶；
（2）B装置的作用为除去二氧化碳中的氯化氢，二氧化碳在饱和碳酸氢钠溶液中溶解度不大，氯化氢能够与碳酸氢钠反应生成二氧化碳，所以B中盛有试剂为饱和碳酸氢钠溶液，
故答案为：⑦；
（3）CO2在水中溶解度小，氨气极易溶于水，则先通NH3至饱和，然后通入二氧化碳气体，有利于NaHCO3析出，
故答案为：NH3；CO2在水中溶解度小，先通NH3至饱和，有利于NaHCO3析出；
（4）氨气易挥发，D中脱脂棉应浸润的试剂吸收逸出的氨气，浓硫酸能使棉花脱水、浓硝酸具有挥发性，氨气为碱性气体，与硫酸反应，所以选择稀硫酸，
故答案为：b；
（5）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，此时为碳酸氢钠粗品质量，操作1将晶体加热到质量不再变化时，所得粉末为碳酸钠和杂质，然后溶解，加入氢氧化钡溶液，氢氧化钡跟碳酸钠反应生成碳酸钡，将生成的碳酸钡过滤、洗涤、干燥，称量为n g，
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～BaCO3
84×2 197
x n
所得晶体中碳酸氢钠的纯度
故答案为：过滤；洗涤；干燥；
解析
解：（1）A装置为制取二氧化碳的装置，仪器a为圆底烧瓶，故答案为：圆底烧瓶；
（2）B装置的作用为除去二氧化碳中的氯化氢，二氧化碳在饱和碳酸氢钠溶液中溶解度不大，氯化氢能够与碳酸氢钠反应生成二氧化碳，所以B中盛有试剂为饱和碳酸氢钠溶液，
故答案为：⑦；
（3）CO2在水中溶解度小，氨气极易溶于水，则先通NH3至饱和，然后通入二氧化碳气体，有利于NaHCO3析出，
故答案为：NH3；CO2在水中溶解度小，先通NH3至饱和，有利于NaHCO3析出；
（4）氨气易挥发，D中脱脂棉应浸润的试剂吸收逸出的氨气，浓硫酸能使棉花脱水、浓硝酸具有挥发性，氨气为碱性气体，与硫酸反应，所以选择稀硫酸，
故答案为：b；
（5）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，此时为碳酸氢钠粗品质量，操作1将晶体加热到质量不再变化时，所得粉末为碳酸钠和杂质，然后溶解，加入氢氧化钡溶液，氢氧化钡跟碳酸钠反应生成碳酸钡，将生成的碳酸钡过滤、洗涤、干燥，称量为n g，
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～BaCO3
84×2 197
x n
所得晶体中碳酸氢钠的纯度
故答案为：过滤；洗涤；干燥；
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）卢布兰芳是以食盐、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1中的中间产物C是______，D______．（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为原料制碳酸钾．请结合2图的溶解度（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）
故答案为：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； 因为KHCO3的溶解度较大，且在常温下与KCl溶解度相差小，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；
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）
故答案为：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； 因为KHCO3的溶解度较大，且在常温下与KCl溶解度相差小，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；
（2015•宿州一模）碳酸钠（Na2CO3）俗名纯碱，在制皂、纺织、玻璃等许多行业有重要用途．我国化学工程专家侯德榜创立的联合制碱法，流程如下：
（1）写出反应①的化学方程式：______
（2）实验室中NaHCO3煅烧沉淀需选用______（填“陶瓷”或“铁质”）坩埚；该法需要进行多次过滤操作，若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：______，______．
（3）为提高原料利用率，向饱和食盐水中应先通______（填“CO2”或“NH3”）．
（4）根据最后分离出的流程，判断低温时溶解度：NH4Cl______NaCl（填“＞”或“＜”）．
正确答案
解：（1）侯德榜制碱的原理，是饱和食盐水中通入氨气再通二氧化碳，反应生成氯化铵和碳酸氢钠，方程式为：NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓，故答案为：NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓．
（2）煅烧生成的碳酸钠与陶瓷的主要成份二氧化硅反应，生成硅酸钠，所以选择在铁质坩埚中；滤液中有少量浑浊，可能原因有：滤纸破损、漏斗中液面高于滤纸边缘等，故答案为：铁质；滤纸破损、滤液超过滤纸边缘；
（3）氨气极易溶于水，而二氧化碳微溶于水，先通入氨气，溶液呈碱性，再通入二氧化碳气体可之更多地转化为HCO3-，故答案为：NH3；
（4）根据最后分离出的流程，析出氯化铵得到饱和的食盐水，可知氯化钠的溶解度大，故答案为：＜．
解析
解：（1）侯德榜制碱的原理，是饱和食盐水中通入氨气再通二氧化碳，反应生成氯化铵和碳酸氢钠，方程式为：NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓，故答案为：NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓．
（2）煅烧生成的碳酸钠与陶瓷的主要成份二氧化硅反应，生成硅酸钠，所以选择在铁质坩埚中；滤液中有少量浑浊，可能原因有：滤纸破损、漏斗中液面高于滤纸边缘等，故答案为：铁质；滤纸破损、滤液超过滤纸边缘；
（3）氨气极易溶于水，而二氧化碳微溶于水，先通入氨气，溶液呈碱性，再通入二氧化碳气体可之更多地转化为HCO3-，故答案为：NH3；
（4）根据最后分离出的流程，析出氯化铵得到饱和的食盐水，可知氯化钠的溶解度大，故答案为：＜．
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+H2O═NH4Cl+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）
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，指寻教师指出应在______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______．
正确答案
解：（1）A装置是指取二氧化碳气体的装置，是碳酸钙和盐酸发生反应生成氯化钙、水和二氧化碳；反应的离子方程式为：CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O；C装置稀硫酸是尾气处理装置吸收过量的氨气，防止污染环境；
故答案为：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）B装置中的试管内是溶有氨和氯化钠的饱和溶液，通入二氧化碳气体会发生反应生成碳酸氢钠和氯化铵，依据图标分析可知温度越低，碳酸氢钠的溶解度越小，所以温度越低越有利于碳酸氢钠的晶体析出；
故答案为：温度越低碳酸氢钠溶解度越小，便于析出；
（3）二氧化碳气体中含有氯化氢气体，通入后和氨气反应不能生成碳酸氢钠，所以的不到碳酸氢钠晶体，所以需要加一个洗气装置用饱和碳酸氢钠溶液除去二氧化碳中的氯化氢气体；
故答案为：AB，饱和碳酸氢钠溶液；除去二氧化碳气体中的氯化氢气体；
（4）饱和食盐水中含NaCl的质量为5.85g，依据化学方程式计算NH3+CO2+NaCl+H2O═NH4Cl+NaHCO3（晶体），理论得到碳酸氢钠质量为8.4g：实验后得到干燥的NaHCO3晶体的质量为5.04g，则碳酸氢钠的产率=
故答案为：60%
解析
解：（1）A装置是指取二氧化碳气体的装置，是碳酸钙和盐酸发生反应生成氯化钙、水和二氧化碳；反应的离子方程式为：CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O；C装置稀硫酸是尾气处理装置吸收过量的氨气，防止污染环境；
故答案为：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）B装置中的试管内是溶有氨和氯化钠的饱和溶液，通入二氧化碳气体会发生反应生成碳酸氢钠和氯化铵，依据图标分析可知温度越低，碳酸氢钠的溶解度越小，所以温度越低越有利于碳酸氢钠的晶体析出；
故答案为：温度越低碳酸氢钠溶解度越小，便于析出；
（3）二氧化碳气体中含有氯化氢气体，通入后和氨气反应不能生成碳酸氢钠，所以的不到碳酸氢钠晶体，所以需要加一个洗气装置用饱和碳酸氢钠溶液除去二氧化碳中的氯化氢气体；
故答案为：AB，饱和碳酸氢钠溶液；除去二氧化碳气体中的氯化氢气体；
（4）饱和食盐水中含NaCl的质量为5.85g，依据化学方程式计算NH3+CO2+NaCl+H2O═NH4Cl+NaHCO3（晶体），理论得到碳酸氢钠质量为8.4g：实验后得到干燥的NaHCO3晶体的质量为5.04g，则碳酸氢钠的产率=
故答案为：60%
我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业做出了突出贡献．他以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 
（1）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
（2）某探究活动小组根据上述制碱原理，进行碳酸氢钠的制备实验，同学们按各自设计的方案实验．
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）．
试回答下列有关问题：
（Ⅰ）乙装置中的试剂是______；
（Ⅱ）丁装置中稀硫酸的作用是______；
（Ⅲ）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（其它装置未画出）进行实验．
（Ⅰ）实验时，须先从______管通入______ 气体，再从______管中通入______气体；
（Ⅱ）有同学建议在戊装置的b管下端连接己装置，理由是______；
（3）请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法：______．
正确答案
解：（1）a．碳酸氢钠易溶于水，故A错误；
b．碳酸氢钠受热易分解，与其在溶液中首先结晶析出无关，故B错误；
c．碳酸氢钠的溶解度相对于氯化铵来说碳酸氢钠的溶解度更小一些，所以在溶液中首先结晶析出，故C正确；
故选C；
（2）①（I）利用盐酸制取二氧化碳时，因盐酸易挥发，所以，二氧化碳中常会含有氯化氢气体，碳酸氢钠能与盐酸反应不与二氧化碳反应，所以通过碳酸氢钠的溶液是可以除掉二氧化碳气体中的氯化氢气体，故答案为：饱和碳酸氢钠溶液；
（II）实验过程中氨气可能有剩余，而稀硫酸能与氨气反应，所以稀硫酸的作用是吸收末反应的NH3，故答案为：吸收未反应的NH3；
（III）分离出NaHCO3晶体的操作是分离固体与液体，常采用的实验操作是过滤操作，故答案为：过滤；
②（I）制取碳酸氢钠时先要得到含氨的饱和食盐水，氨气极易溶于水，二氧化碳能溶于水，所以应先通入氨气，所以a端通入，从而保证了从b通入二氧化碳时，二氧化碳被充分反应；故答案为：a、NH3，b、CO2；
（II）装置改动后反应物的二氧化碳与溶液的接触面积变大，提高了二氧化碳的吸收率，故答案为：增大气体与溶液接触面积，提高CO2吸收率；
（3）从题干信息NH4HCO3+NaCl═NaHCO3↓+NH4Cl；可得制取碳酸氢钠的方法，同时也可采用烧碱溶液中通入过量CO2或往饱和Na2CO3 溶液中通入过量CO2 等得到碳酸氢钠，
故答案为：用碳酸氢铵与适量饱和食盐水反应，或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．
解析
解：（1）a．碳酸氢钠易溶于水，故A错误；
b．碳酸氢钠受热易分解，与其在溶液中首先结晶析出无关，故B错误；
c．碳酸氢钠的溶解度相对于氯化铵来说碳酸氢钠的溶解度更小一些，所以在溶液中首先结晶析出，故C正确；
故选C；
（2）①（I）利用盐酸制取二氧化碳时，因盐酸易挥发，所以，二氧化碳中常会含有氯化氢气体，碳酸氢钠能与盐酸反应不与二氧化碳反应，所以通过碳酸氢钠的溶液是可以除掉二氧化碳气体中的氯化氢气体，故答案为：饱和碳酸氢钠溶液；
（II）实验过程中氨气可能有剩余，而稀硫酸能与氨气反应，所以稀硫酸的作用是吸收末反应的NH3，故答案为：吸收未反应的NH3；
（III）分离出NaHCO3晶体的操作是分离固体与液体，常采用的实验操作是过滤操作，故答案为：过滤；
②（I）制取碳酸氢钠时先要得到含氨的饱和食盐水，氨气极易溶于水，二氧化碳能溶于水，所以应先通入氨气，所以a端通入，从而保证了从b通入二氧化碳时，二氧化碳被充分反应；故答案为：a、NH3，b、CO2；
（II）装置改动后反应物的二氧化碳与溶液的接触面积变大，提高了二氧化碳的吸收率，故答案为：增大气体与溶液接触面积，提高CO2吸收率；
（3）从题干信息NH4HCO3+NaCl═NaHCO3↓+NH4Cl；可得制取碳酸氢钠的方法，同时也可采用烧碱溶液中通入过量CO2或往饱和Na2CO3 溶液中通入过量CO2 等得到碳酸氢钠，
故答案为：用碳酸氢铵与适量饱和食盐水反应，或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．
扫码查看完整答案与解析