- 联合制碱法——侯氏制碱法
- 共159题
【化学选修2-化学与技术】
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（A来源于石灰窑厂），则B的化学式为______．
（2）②过滤后滤液中要通入C和D气体，则先通入的C气体是______（填化学式），原因是______．
（3）通入C和D气体后发生反应的化学方程式是______．
（4）④过滤后，向滤液中通入氨气，加入细小食盐颗粒，析出副产品______（填化学式），通氨气与加入细小食盐颗粒的作用是______．
（5）写出⑤煅烧发生反应的化学方程式：______．产品纯碱中含有碳酸氢钠．若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ω（NaHCO3）=______（注明表达式中所用的有关符号的含义）．
正确答案
解：（1）粗盐中含有硫酸根离子、碳酸根离子、镁离子，常用的提纯食盐的沉淀剂为氢氧化钙溶液和碳酸钠溶液，沉淀剂A来源于石灰窑厂，所以A是氢氧化钙，B是碳酸钠，故答案为：Na2CO3；
（2）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：NH3；因为二氧化碳在水中的溶解度小而氨气在水中的溶解度比较大，且通入氨气溶液呈碱性有利于反应进行；
（3）碳酸氢钠的溶解度比碳酸钠小，滤渣是碳酸氢钠，所以先后通入C和D气体后，发生反应NH3+H2O+CO2+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl，
故答案为：NH3+H2O+CO2+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl；
（4）先后通入C和D气体后，④过滤后，滤渣是碳酸氢钠，向滤液中通入氨气，加入细小食盐颗粒，溶液中的氯离子和铵根离子的浓度增大，使氯化铵大量析出，故析出的副产品为：NH4Cl，
故答案为：NH4Cl；增大溶液中的氯离子和铵根离子的浓度，使氯化铵大量析出；
（5）煅烧时，碳酸氢钠分解2NaHCO3
故答案为：
解析
解：（1）粗盐中含有硫酸根离子、碳酸根离子、镁离子，常用的提纯食盐的沉淀剂为氢氧化钙溶液和碳酸钠溶液，沉淀剂A来源于石灰窑厂，所以A是氢氧化钙，B是碳酸钠，故答案为：Na2CO3；
（2）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：NH3；因为二氧化碳在水中的溶解度小而氨气在水中的溶解度比较大，且通入氨气溶液呈碱性有利于反应进行；
（3）碳酸氢钠的溶解度比碳酸钠小，滤渣是碳酸氢钠，所以先后通入C和D气体后，发生反应NH3+H2O+CO2+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl，
故答案为：NH3+H2O+CO2+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl；
（4）先后通入C和D气体后，④过滤后，滤渣是碳酸氢钠，向滤液中通入氨气，加入细小食盐颗粒，溶液中的氯离子和铵根离子的浓度增大，使氯化铵大量析出，故析出的副产品为：NH4Cl，
故答案为：NH4Cl；增大溶液中的氯离子和铵根离子的浓度，使氯化铵大量析出；
（5）煅烧时，碳酸氢钠分解2NaHCO3
故答案为：
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来源与石灰窑厂），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，现用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，样品质量为m1，加热后剩余固体质量为m2，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为______．
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）/31m1；故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数
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）/31m1；故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数
（2014春•湖南校级月考）氮气是制备含氮化合物的一种重要物质，而氮的化合物用途广泛．
（1）下面是利用氮气的一种途径：
①工业上过程Ⅱ的常见化学方程式是______；
②在碱性溶液中通过电解法可以实现由N2制取NH3：2N2+6H2O
（2）在25℃下将2a mol•L-1的氨水与0.02mol•L-1的盐酸等体积混合，反应后若溶液显中性，则NH3•H2O的电离常数Kb=______．（用含a的代数式表示）
（3）我国化学工程专家侯德榜（1890-1974）于1943年创立的侯氏制碱法，是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法．其生产流程可简要表示如图：
①在沉淀池加入饱和食盐水，应先通入的气体是______；
②沉淀池中反应的化学方程式为______；
（4）实验室模拟侯氏原理制备纯碱的主要步骤包括：将配制好的饱和NaCl溶液倒人烧杯中，加热到一定温度范围，搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体；加料完毕后，继续保温30min，箭置，过滤得NaHCO3晶体，洗涤晶体，干燥后，转入坩埚中，灼烧2小时，制得Na2CO3晶体．请参考表中的数据填空．
四种盐在不同温度下的溶解度表（g/100g水）
①实验中只析出NaHCO3晶体的原因是______．
②操作过程中反应温度应控制在30℃＜t＜______．
③过滤后得到母液中含有的离子有______，向其中加入适量盐酸，并做进一步处理，使NaCl循环利用，同时回收NH4Cl．
正确答案
解：（1）①氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程，过程Ⅱ的化学方程式为：N2+O2
②阴极N2得到电子，化合价升高，发生还原反应，阳极OH-失去电子发生氧化反应，阴极反应：N2+6e-+6H2O=2 NH3+6OH-，故答案为：N2+6e-+6H2O=2 NH3+6OH-；
（2）反应后溶液中存在电荷守恒：c（NH4+）+c（H+）=c（Cl-）+c（OH-），因为c（NH4+）=c（Cl-），所以c（H+）=c（OH-），溶液呈中性；由溶液的电荷守恒可得：c（H+）+c（NH4+）=c（Cl-）+c（OH-），已知c（NH4+）=c（Cl-），则有c（H+）=c（OH-），所以溶液显中性；平衡时溶液中c（NH4+）=c（Cl-）=0.01mol/L，根据物料守恒得n（NH3．H2O）=（a-0.01）mol/L，根据电荷守恒得c（H+）=c（OH-）=10-7mol/L，电离常数只与温度有关，则此时NH3•H2O的电离常数Kb=
（3）①二氧化碳在水中的溶解度较小，氨气极易溶于水，所以应该先通氨气有利于吸收二氧化碳，
故答案为：NH3；
②氨气、二氧化碳、水和氯化钠发生反应生成碳酸氢钠和氯化铵，反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl═NH4Cl+NaHCO3↓，故答案为：NH3+CO2+NaCl+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl；
（4）①根据表中数据知道：在相同的温度下，碳酸氢钠的溶解度较小，所以实验中只析出NaHCO3晶体，故答案为：在相同的温度下，碳酸氢钠的溶解度较小；
②碳酸氢铵与碳酸氢钠的溶解度在30℃时相差较大，有利于碳酸氢钠析出，若温度过低，则反应速率较慢，高于35℃时NH4HCO3开始分解，故反应温度控制在30～35℃之间为宜；故答案为：35℃；
③过滤除去析出的碳酸氢钠，溶液中还有部分碳酸氢钠未析出，是碳酸氢钠的饱和溶液，还有溶解在溶液中未析出的NaCl、NH4Cl、NH4HCO3，所得的母液主要成分为NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3，Na+、Cl-、HCO3-、NH4+．
故答案为：Na+、Cl-、HCO3-、NH4+．
解析
解：（1）①氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程，过程Ⅱ的化学方程式为：N2+O2
②阴极N2得到电子，化合价升高，发生还原反应，阳极OH-失去电子发生氧化反应，阴极反应：N2+6e-+6H2O=2 NH3+6OH-，故答案为：N2+6e-+6H2O=2 NH3+6OH-；
（2）反应后溶液中存在电荷守恒：c（NH4+）+c（H+）=c（Cl-）+c（OH-），因为c（NH4+）=c（Cl-），所以c（H+）=c（OH-），溶液呈中性；由溶液的电荷守恒可得：c（H+）+c（NH4+）=c（Cl-）+c（OH-），已知c（NH4+）=c（Cl-），则有c（H+）=c（OH-），所以溶液显中性；平衡时溶液中c（NH4+）=c（Cl-）=0.01mol/L，根据物料守恒得n（NH3．H2O）=（a-0.01）mol/L，根据电荷守恒得c（H+）=c（OH-）=10-7mol/L，电离常数只与温度有关，则此时NH3•H2O的电离常数Kb=
（3）①二氧化碳在水中的溶解度较小，氨气极易溶于水，所以应该先通氨气有利于吸收二氧化碳，
故答案为：NH3；
②氨气、二氧化碳、水和氯化钠发生反应生成碳酸氢钠和氯化铵，反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl═NH4Cl+NaHCO3↓，故答案为：NH3+CO2+NaCl+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl；
（4）①根据表中数据知道：在相同的温度下，碳酸氢钠的溶解度较小，所以实验中只析出NaHCO3晶体，故答案为：在相同的温度下，碳酸氢钠的溶解度较小；
②碳酸氢铵与碳酸氢钠的溶解度在30℃时相差较大，有利于碳酸氢钠析出，若温度过低，则反应速率较慢，高于35℃时NH4HCO3开始分解，故反应温度控制在30～35℃之间为宜；故答案为：35℃；
③过滤除去析出的碳酸氢钠，溶液中还有部分碳酸氢钠未析出，是碳酸氢钠的饱和溶液，还有溶解在溶液中未析出的NaCl、NH4Cl、NH4HCO3，所得的母液主要成分为NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3，Na+、Cl-、HCO3-、NH4+．
故答案为：Na+、Cl-、HCO3-、NH4+．
1942年，我国化学专家侯德榜先生打破国外对制碱技术的垄断，发明了著名的侯氏制碱法，已知：直接从海水中获得的粗盐含有较多的Ca2+、Mg2+，某工业生产纯碱的工艺流程示意图如下：
（1）沉淀A的化学式为______．
（2）煅烧过程中发生反应的化学反应方程式为______．
（3）煅烧是否完全关系到产品的质量，某检验员对煅烧过程中的样品进行检验，其实验方法如下：
首先，称取样品（含有Na2CO3和NaHCO3）4.02g，向其中加入250mL稀HCl，产生CO2的体积为896mL（标准状况下）；然后，将过量的HCl用0.2mol/L的NaOH溶液滴定，当消耗NaOH溶液的体积为150mL时，恰好完全中和，计算样品中的Na2CO3的百分含量．
正确答案
解：（1）在粗盐的水溶液里加入CaO和Na2CO3后得到的沉淀A为Mg（OH）2和CaCO3，故答案为：Mg（OH）2和CaCO3；
（2）碳酸氢钠受热分解的化学方程式为2NaHCO3
（3）样品过量盐酸反应生成CO2物质的量为0.04mol，设碳酸钠的物质的量为xmol，碳酸氢钠为ymol，结合原子守恒可得：①x+y=0.04 ②106x+84y=4.02，解得x=0.03mol，则样品中碳酸钠的质量百分数为
解析
解：（1）在粗盐的水溶液里加入CaO和Na2CO3后得到的沉淀A为Mg（OH）2和CaCO3，故答案为：Mg（OH）2和CaCO3；
（2）碳酸氢钠受热分解的化学方程式为2NaHCO3
（3）样品过量盐酸反应生成CO2物质的量为0.04mol，设碳酸钠的物质的量为xmol，碳酸氢钠为ymol，结合原子守恒可得：①x+y=0.04 ②106x+84y=4.02，解得x=0.03mol，则样品中碳酸钠的质量百分数为
我国化工专家侯德榜，勇于创新，改进氨碱法设计了“联合制碱法”，为世界制碱工业作出了突出贡献．请完成下列问题：
（1）氨碱法和联合制碱法是两大重要的工业制碱法，下列表达中，不正确的是______．
某实验小组，利用下列装置模拟“联合制碱法”．
（2）取上述仪器连接装置，顺序为：（a）接______、______接______；（b）接______；
检验气密性后装入药品，应该先让______装置（填上述字母）先发生反应，直到产生的气体不能再在C中溶解时，再通入另一装置中产生的气体．
（3）C中用球形干燥管而不用直导管，其作用是______，D中应选用的液体为______；
（4）C中广口瓶内产生固体的总化学方程式为______．
正确答案
解：（1）A．氨碱法：以食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原料，联合制碱法：以食盐、氨和二氧化碳（其中二氧化碳来自合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气）为原料，其中氨碱法原料中有石灰石，不是生石灰，故A错误；
B．氨碱法可能的副产物为氯化钙，联合制碱法可能的副产物氯化铵，故B正确；
C．氨碱法循环物质：氨气、二氧化碳，联合制碱法循环物质：氯化钠，二氧化碳，故C错误；
D．氨碱法原料（食盐和石灰石）便宜，产品纯碱的纯度高，副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用，制造步骤简单，适合于大规模生产，但设备复杂；能耗高，氨碱法的最大缺点还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，废弃物少，故D正确；
故选AC．
（2）足量的CO2与NaOH反应生成NaHCO3，装置A产生CO2，装置B产生NH3，装置D除去二氧化碳中的HCl，二氧化碳与氨气通入C中应防止倒吸，则b接c，故a接f、e接d，
先通入氨气，氨气与水形成呈碱性的氨水可与二氧化碳与水生成的碳酸发生反应，更有利于二氧化碳气体的吸收，故应先发生氨气的制备反应，
故答案为：f、e、d、c；B；
（3）氨气极易溶于水，用直导管向饱和氯化钠溶液中通入氨气，容易发生倒吸，C中用球形干燥管可以防止倒吸，
故答案为：防倒吸；饱和NaHCO3溶液；
（4）侯氏制碱法，也称为联合制碱法，化学反应原理是用氨气和二氧化碳与氯化钠饱和溶液反应生成碳酸氢钠，然后加热碳酸氢钠制取碳酸钠，反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓，
故答案为：CO2+NH3+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl．
解析
解：（1）A．氨碱法：以食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原料，联合制碱法：以食盐、氨和二氧化碳（其中二氧化碳来自合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气）为原料，其中氨碱法原料中有石灰石，不是生石灰，故A错误；
B．氨碱法可能的副产物为氯化钙，联合制碱法可能的副产物氯化铵，故B正确；
C．氨碱法循环物质：氨气、二氧化碳，联合制碱法循环物质：氯化钠，二氧化碳，故C错误；
D．氨碱法原料（食盐和石灰石）便宜，产品纯碱的纯度高，副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用，制造步骤简单，适合于大规模生产，但设备复杂；能耗高，氨碱法的最大缺点还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，废弃物少，故D正确；
故选AC．
（2）足量的CO2与NaOH反应生成NaHCO3，装置A产生CO2，装置B产生NH3，装置D除去二氧化碳中的HCl，二氧化碳与氨气通入C中应防止倒吸，则b接c，故a接f、e接d，
先通入氨气，氨气与水形成呈碱性的氨水可与二氧化碳与水生成的碳酸发生反应，更有利于二氧化碳气体的吸收，故应先发生氨气的制备反应，
故答案为：f、e、d、c；B；
（3）氨气极易溶于水，用直导管向饱和氯化钠溶液中通入氨气，容易发生倒吸，C中用球形干燥管可以防止倒吸，
故答案为：防倒吸；饱和NaHCO3溶液；
（4）侯氏制碱法，也称为联合制碱法，化学反应原理是用氨气和二氧化碳与氯化钠饱和溶液反应生成碳酸氢钠，然后加热碳酸氢钠制取碳酸钠，反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓，
故答案为：CO2+NH3+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl．
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