- 联合制碱法——侯氏制碱法
- 共159题
1862年比利时化学家索尔维以NaCl、CO2、NH3、H2O为主要原料，制得纯净碳酸钠，称之为索尔维制碱法．
索尔维制碱法的主要操作程序是：①在饱和食盐水中通入氨气氨化后，再通入二氧化碳，析出碳酸氢钠晶体；
②将碳酸氢钠固体在250℃焙烧以制得碳酸钠，生成的二氧化碳可循环使用；
③在分离出碳酸氢钠固体的母液里，加入生石灰加入，使氨逸出，并循环使用．
阅读以上材料，回答以下各问：
（1）饱和食盐水要先氨化后，再通入二氧化碳，在这个生成NaHCO3过程中，发生的两步化学方程式是______、______．
（2）在析出NaHCO3晶体的母液中，加入生石灰并加热时，发生反应的化学方程式是______．
（3）把NaHCO3变为Na2CO3的化学方程式是______．
（4）我国化学家侯德榜提出了将索尔维制碱与合成氨联合生产，创立了全新的现代制碱工艺，被世界化学界称为侯氏制碱法．
侯氏制碱法的主要特点是：用合成氨厂生产的NH3及CO2为原料，在析出NaHCO3晶体的母液里，加入食盐，使氯化铵晶体析出，饱和食盐水循环使用．
阅读以上材料，简析侯氏制碱法的优点：______．
正确答案
解：（1）氨化的饱和NaCI溶液中通过入CO2，反应生成碳酸氢钠和氯化铵，方程式为：CO2+NH3+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl；
故答案为：CO2+NH3+H2O=NH4HCO3、NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl；
（2）析出小苏打的母液中含有氯化铵和碳酸氢钠，加入生石灰后，生石灰与水反应生成氢氧化钙，碳酸氢钠溶液与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀，氢氧化钙与氯化铵反应生成氨气，发生的化学方程式为：CaO+H2O=Ca（OH）2、NaHCO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+NaOH+H2O、2NH4Cl+Ca（OH）2
故答案为：CaO+H2O=Ca（OH）2、NaHCO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+NaOH+H2O、2NH4Cl+Ca（OH）2
（3）碳酸氢钠受热分解的化学方程式为2NaHCO3
（4）索尔维法缺点：大量CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70%，约有30%的NaCl留在母液中；
侯氏制碱法的优点：把合成氨和纯碱两种产品联合生产，提高了食盐利用率，缩短了生产流程，减少了对环境的污染，降低了纯碱的成本．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到96%；NH4Cl可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，减少无用的氯化钙生成；
故答案为：使NH4Cl析出，可做氮肥；减少无用的CaCl2生成，原料NaCl充分利用．
解析
解：（1）氨化的饱和NaCI溶液中通过入CO2，反应生成碳酸氢钠和氯化铵，方程式为：CO2+NH3+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl；
故答案为：CO2+NH3+H2O=NH4HCO3、NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl；
（2）析出小苏打的母液中含有氯化铵和碳酸氢钠，加入生石灰后，生石灰与水反应生成氢氧化钙，碳酸氢钠溶液与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀，氢氧化钙与氯化铵反应生成氨气，发生的化学方程式为：CaO+H2O=Ca（OH）2、NaHCO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+NaOH+H2O、2NH4Cl+Ca（OH）2
故答案为：CaO+H2O=Ca（OH）2、NaHCO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+NaOH+H2O、2NH4Cl+Ca（OH）2
（3）碳酸氢钠受热分解的化学方程式为2NaHCO3
（4）索尔维法缺点：大量CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70%，约有30%的NaCl留在母液中；
侯氏制碱法的优点：把合成氨和纯碱两种产品联合生产，提高了食盐利用率，缩短了生产流程，减少了对环境的污染，降低了纯碱的成本．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到96%；NH4Cl可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，减少无用的氯化钙生成；
故答案为：使NH4Cl析出，可做氮肥；减少无用的CaCl2生成，原料NaCl充分利用．
（2014•新建县校级模拟）纯碱是一种重要的化工原料．目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺．
①“氨碱法”产生大量CaCl2废弃物，写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式：______；
②写出“联合制碱法”有关反应的化学方程式：______；
③CO2是制碱工业的重要原料，“联合制碱法”与“氨碱法”中CO2的来源有何不同？______．
正确答案
解：①氨碱法工艺中产生大量CaCl2是由氯化铵和消石灰在加热条件下反应后生成氨气和氯化钙的反应，反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca（OH）2
故答案为：2NH4Cl+Ca（OH）2
②联合制碱法是在氨的饱和NaCl溶液中二氧化碳气体，反应生成碳酸氢钠，解热碳酸氢钠即可制备碳酸钠，反应的有关方程式为，NH3+CO2+H2O+NaCl（饱和）=NaHCO3↓+NH4Cl、2NaHCO3
故答案为：NH3+CO2+H2O+NaCl（饱和）=NaHCO3↓+NH4Cl、2NaHCO3
③CO2是制碱工业的重要原料，联合制碱法中CO2来源于石灰石煅烧，氨碱法中CO2的来源于合成氨工业的废气，
故答案为：“氨碱法”CO2来源于石灰石煅烧，“联合制碱法”CO2来源于合成氨工业的废气．
解析
解：①氨碱法工艺中产生大量CaCl2是由氯化铵和消石灰在加热条件下反应后生成氨气和氯化钙的反应，反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca（OH）2
故答案为：2NH4Cl+Ca（OH）2
②联合制碱法是在氨的饱和NaCl溶液中二氧化碳气体，反应生成碳酸氢钠，解热碳酸氢钠即可制备碳酸钠，反应的有关方程式为，NH3+CO2+H2O+NaCl（饱和）=NaHCO3↓+NH4Cl、2NaHCO3
故答案为：NH3+CO2+H2O+NaCl（饱和）=NaHCO3↓+NH4Cl、2NaHCO3
③CO2是制碱工业的重要原料，联合制碱法中CO2来源于石灰石煅烧，氨碱法中CO2的来源于合成氨工业的废气，
故答案为：“氨碱法”CO2来源于石灰石煅烧，“联合制碱法”CO2来源于合成氨工业的废气．
联合制碱法也称侯德榜制碱法，生产原料为空气、焦炭、水和氯化钠，其生产流程如图1：
已知几种盐的溶解度（g/100gH2O）如下表：
回答下列问题：
（1）合成氨的原料有：______．
（2）写出沉淀池中的离子方程式______；生成沉淀的原因有（填编号）______．
a．反应体系中NaHCO3溶解度最小
b．反应消耗了溶剂H2O
c．生成NaHCO3的质量比NaCl多
（3）从母液中分离出NH4Cl，加入NaCl通入NH3的原因是______；不析出NaHCO3和NH4HCO3的原因______．
（4）制得的纯碱中含有少量NaCl，为测定纯碱样品中Na2CO3的含量．现准确称取mg样品，利用图2实验装置，根据反应前后U型管的质量差来测定样品中Na2CO3的含量，你认为是否合理？______．若不合理，其原因是______（若合理，此空不需回答）．
正确答案
解：（1）氨气和氢气来合成氨气，氮气来自空气，氢气来自焦炭和水的反应产物，即合成氨的原料有空气、焦炭、水，
故答案为：空气、焦炭、水；
（2）沉淀池中发生的化学反应为饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳析出碳酸氢钠晶体，反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓，离子方程式为：Na++NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4+，反应体系中NaHCO3溶解度最小，并且反应消耗了溶剂H2O，此外生成NaHCO3的质量比NaCl多，这些都是碳酸氢钠沉淀的原因，
故答案为：Na++NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4+；abc；
（3）从母液中分离出NH4Cl，加入NaCl通入NH3，这样做的原因是增加Cl-浓度和NH4+浓度，以利析出NH4Cl，析出NaHCO3固体后，母液中HCO3-浓度较小，且通入NH3将HCO3-转化为CO32-，不析出NaHCO3和NH4HCO3，
故答案为：增加Cl-浓度和NH4+浓度，以利析出NH4Cl；析出NaHCO3固体后，母液中HCO3-浓度较小，且通入NH3将HCO3-转化为CO32-；
（4）实验原理是根据碱石灰增加的质量即为二氧化碳的质量，结合碳酸钠和盐酸反应的方程式来进行测定，得到碳酸钠的质量的，但是反应后的CO2不能被U型管中碱石灰全部吸收，以及盐酸挥发的HCl使U型管中碱石灰增重都会导致实验误差，故答案为：反应后的CO2不能被U型管中碱石灰全部吸收；盐酸挥发的HCl使U型管中碱石灰增重．
解析
解：（1）氨气和氢气来合成氨气，氮气来自空气，氢气来自焦炭和水的反应产物，即合成氨的原料有空气、焦炭、水，
故答案为：空气、焦炭、水；
（2）沉淀池中发生的化学反应为饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳析出碳酸氢钠晶体，反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓，离子方程式为：Na++NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4+，反应体系中NaHCO3溶解度最小，并且反应消耗了溶剂H2O，此外生成NaHCO3的质量比NaCl多，这些都是碳酸氢钠沉淀的原因，
故答案为：Na++NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4+；abc；
（3）从母液中分离出NH4Cl，加入NaCl通入NH3，这样做的原因是增加Cl-浓度和NH4+浓度，以利析出NH4Cl，析出NaHCO3固体后，母液中HCO3-浓度较小，且通入NH3将HCO3-转化为CO32-，不析出NaHCO3和NH4HCO3，
故答案为：增加Cl-浓度和NH4+浓度，以利析出NH4Cl；析出NaHCO3固体后，母液中HCO3-浓度较小，且通入NH3将HCO3-转化为CO32-；
（4）实验原理是根据碱石灰增加的质量即为二氧化碳的质量，结合碳酸钠和盐酸反应的方程式来进行测定，得到碳酸钠的质量的，但是反应后的CO2不能被U型管中碱石灰全部吸收，以及盐酸挥发的HCl使U型管中碱石灰增重都会导致实验误差，故答案为：反应后的CO2不能被U型管中碱石灰全部吸收；盐酸挥发的HCl使U型管中碱石灰增重．
工业上利用粗盐（含有较多的Ca2+和Mg2+）生产纯碱的工艺流程示意图如图：
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）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______．
（3）碳酸化后过滤，滤液D最主要的成分是______（填写化学式）．
（4）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．则加澄清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______．
（5）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，需要测定的数据是加热前样品的质量（m1）与加热后残留固体的质量（m2），则纯碱中碳酸氢钠的质量分数为______．
正确答案
解：（1）粗盐水中含有Mg2+、Ca2+，用Ca（OH）2或CaO将Mg2+转化为Mg（OH）2，再用Na2CO3将Ca2+转化为CaCO3沉淀，
故答案为：Ca（OH）2或CaO；Na2CO3；
（2）由于溶液中存在氨气，氯化钠，当通入二氧化碳后，碳酸化后发生反应的化学方程式是：NH3+CO2+H2O+NaCl→NH4Cl+NaHCO3↓，有晶体析出；由于碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大，所以没有碳酸钠析出，
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；
（3）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，
故答案为：NH4Cl；
（4）滤液中主要含有的是氯化铵，其和石灰水反应时：NH4++OH-
故答案为：NH4++OH-
（5）m1表示加热前纯碱样品的质量，m2表示加热后固体的质量，则加热损失的质量为：m1-m2，
2NaHCO3
168 106 62
m（NaHCO3） m1-m2
则：m（NaHCO3）=
故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数为：
故答案为：
解析
解：（1）粗盐水中含有Mg2+、Ca2+，用Ca（OH）2或CaO将Mg2+转化为Mg（OH）2，再用Na2CO3将Ca2+转化为CaCO3沉淀，
故答案为：Ca（OH）2或CaO；Na2CO3；
（2）由于溶液中存在氨气，氯化钠，当通入二氧化碳后，碳酸化后发生反应的化学方程式是：NH3+CO2+H2O+NaCl→NH4Cl+NaHCO3↓，有晶体析出；由于碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大，所以没有碳酸钠析出，
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；
（3）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，
故答案为：NH4Cl；
（4）滤液中主要含有的是氯化铵，其和石灰水反应时：NH4++OH-
故答案为：NH4++OH-
（5）m1表示加热前纯碱样品的质量，m2表示加热后固体的质量，则加热损失的质量为：m1-m2，
2NaHCO3
168 106 62
m（NaHCO3） m1-m2
则：m（NaHCO3）=
故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数为：
故答案为：
NH3+CO2+H2O=NH4HCO3
NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl
2NaHCO3
（1）“侯氏制碱法”把合成氨和纯碱两种产品联合生产，已知合成氨为放热反应：①若从反应速率角度考虑选择条件为______（选填字母，下同）；
②若从平衡移动原理角度来考虑选择条件为______；
③综合考虑该生产应选择的条件是______．
a．高温 b．低温 c．常温 d．高压 e．低压 f．常压 j．催化剂
（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______（选填字母）
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
（3）某探究活动小组根据上述制碱原理，欲制备碳酸氢钠，设计了如下的方案进行实验．
甲同学：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）．实验结束后，分离出NaHCO3晶体的操作是______（填操作名称）．乙同学：用图中戊装置进行实验（其它装置未画出）．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．
（4）请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠固体的方法（用必要的文字说明并写出有关化学反应方程式）：______．
正确答案
解：（1）①若从反应速率角度考虑选择条件为高温、高压和使用催化剂，
故答案为：adj；
②合成氨为气体物质的量减少的放热反应，高压、低温有利于提高氨的平衡浓度，从勒沙特列原理可以选择bd，
故答案为：bd；
③适宜的温度和压强下，可以提高反应物的转化率，使得催化剂的催化活性较高，让化学反应有利于正向进行，同时加入催化剂可以加快反应速率，所以实际工业合成氨的反应条件为：高温、高压、催化剂，即adj正确，
故答案为：adj；
（2）根据复分解反应完成的条件可知，NaHCO3的溶解度较小，是析出碳酸氢钠晶体的主要原因，所以c正确，
故答案为：c；
（3）固液分离操作用过滤操作．由于CO2的溶解度较小，因此通入CO2前，应先从a管通入氨气（防止NH3倒吸），因为氨气、H2O、CO2反应生成NH4HCO3，可以大大提高CO2的吸收，b管通入CO2有利于CO2的充分吸收，
故答案为：过滤；氨气；CO2；
（4）可以将过量的CO2通入NaOH溶液或Na2CO3中，反应的化学方程式为：NaOH+CO2=NaHCO3或Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，
故答案为：NaOH+CO2=NaHCO3或Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3．
解析
解：（1）①若从反应速率角度考虑选择条件为高温、高压和使用催化剂，
故答案为：adj；
②合成氨为气体物质的量减少的放热反应，高压、低温有利于提高氨的平衡浓度，从勒沙特列原理可以选择bd，
故答案为：bd；
③适宜的温度和压强下，可以提高反应物的转化率，使得催化剂的催化活性较高，让化学反应有利于正向进行，同时加入催化剂可以加快反应速率，所以实际工业合成氨的反应条件为：高温、高压、催化剂，即adj正确，
故答案为：adj；
（2）根据复分解反应完成的条件可知，NaHCO3的溶解度较小，是析出碳酸氢钠晶体的主要原因，所以c正确，
故答案为：c；
（3）固液分离操作用过滤操作．由于CO2的溶解度较小，因此通入CO2前，应先从a管通入氨气（防止NH3倒吸），因为氨气、H2O、CO2反应生成NH4HCO3，可以大大提高CO2的吸收，b管通入CO2有利于CO2的充分吸收，
故答案为：过滤；氨气；CO2；
（4）可以将过量的CO2通入NaOH溶液或Na2CO3中，反应的化学方程式为：NaOH+CO2=NaHCO3或Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，
故答案为：NaOH+CO2=NaHCO3或Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3．
扫码查看完整答案与解析