- 联合制碱法——侯氏制碱法
- 共159题
工业以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3,进而生产出纯碱.
(1)写出该实验制备纯碱的反应方程式______、______.
(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______(填字母标号).
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 d.碳酸氢钠的稳定性大于碳酸钠
(3)某活动小组根据上述制碱原理,进行碳酸氢钠的制备实验.
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______,其作用是______;
(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),该操作所需要的玻璃仪器有______
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a管通入______气体,说明原因______
(Ⅱ)有同学建议在戊装置的b管下端连接己装置,理由是______
(4)碳酸氢钠受热所得固体12.28g与足量的石灰水充分反应,所得沉淀经洗涤、干燥质量为12.00g,则所得固体中碳酸钠的质量分数为______.
正确答案
解:(1)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↓,煅烧炉中碳酸氢钠不稳定,在加热条件下能分解生成碳酸钠、水和二氧化碳,反应方程式为2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,
故答案为:NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3+NH4Cl;2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O;
(2)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;
d.碳酸氢钠的稳定性小于碳酸钠,故d错误;
故选c;
(3)①(Ⅰ)利用盐酸制取二氧化碳时二氧化碳中常会含有氯化氢气体,碳酸氢钠能与盐酸反应,所以通过饱和碳酸氢钠的溶液是为了除掉气体中的氯化氢气体,
故答案为:故答案为:饱和碳酸氢钠溶液;除去CO2中的HCl气体;
(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,防止造成污染,
故答案为:吸收未反应完的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;该操作所需要的玻璃仪器为:玻璃棒、漏斗、烧杯,
故答案为:过滤;玻璃棒、漏斗、烧杯;
②(Ⅰ)制取碳酸氢钠时先要得到含氨的饱和食盐水,所以应先通入氨气,而氨气极易溶于水,所以a端通入,从而保证了从b通入二氧化碳时保证了二氧化碳的充分反应;氨气极易溶解于水,能形成较大浓度的溶液,有利于二氧化碳吸收,生成更多的碳酸氢铵,
故答案为:氨气;氨气极易溶解于水,能形成较大浓度的溶液,有利于二氧化碳吸收,生成更多的碳酸氢铵;
(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的吸收率;
(4)碳酸氢钠受热发生的反应为:2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,与足量的石灰水充分反应,
NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O+NaOH;Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH;
反应生成的碳酸钙物质的量==0.12mol;
设加热后的固体12.28g中含碳酸钠物质的量x,碳酸氢钠物质的量为y,依据题意得到:
x+y=0.12,106x+84y=12.28 解得:x=0.1mol;y=0.02mol;
则所得固体中碳酸钠的质量分数=×100%=86.3%,
故答案为:86.3%.
解析
解:(1)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↓,煅烧炉中碳酸氢钠不稳定,在加热条件下能分解生成碳酸钠、水和二氧化碳,反应方程式为2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,
故答案为:NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3+NH4Cl;2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O;
(2)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;
d.碳酸氢钠的稳定性小于碳酸钠,故d错误;
故选c;
(3)①(Ⅰ)利用盐酸制取二氧化碳时二氧化碳中常会含有氯化氢气体,碳酸氢钠能与盐酸反应,所以通过饱和碳酸氢钠的溶液是为了除掉气体中的氯化氢气体,
故答案为:故答案为:饱和碳酸氢钠溶液;除去CO2中的HCl气体;
(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,防止造成污染,
故答案为:吸收未反应完的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;该操作所需要的玻璃仪器为:玻璃棒、漏斗、烧杯,
故答案为:过滤;玻璃棒、漏斗、烧杯;
②(Ⅰ)制取碳酸氢钠时先要得到含氨的饱和食盐水,所以应先通入氨气,而氨气极易溶于水,所以a端通入,从而保证了从b通入二氧化碳时保证了二氧化碳的充分反应;氨气极易溶解于水,能形成较大浓度的溶液,有利于二氧化碳吸收,生成更多的碳酸氢铵,
故答案为:氨气;氨气极易溶解于水,能形成较大浓度的溶液,有利于二氧化碳吸收,生成更多的碳酸氢铵;
(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的吸收率;
(4)碳酸氢钠受热发生的反应为:2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,与足量的石灰水充分反应,
NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O+NaOH;Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH;
反应生成的碳酸钙物质的量==0.12mol;
设加热后的固体12.28g中含碳酸钠物质的量x,碳酸氢钠物质的量为y,依据题意得到:
x+y=0.12,106x+84y=12.28 解得:x=0.1mol;y=0.02mol;
则所得固体中碳酸钠的质量分数=×100%=86.3%,
故答案为:86.3%.
碳酸钠是一种重要的化工产品,一种工业生产流程如图所示.
(1)沉淀池中发生反应的化学方程式为______;
(2)X是______,Y是______(填化学式);
(3)排出液W中的溶质除了氢氧化钙外,还有______;
(4)从理论上分析,在生产过程中______(填“需要”、“不需要”)补充氨气,从原料到产品,该方法总反应过程用化学方程式表示,可写为______;
(5)若生产时,每通入NH344.8L(已折合成标准状况下)可以得到纯碱100.0g,则NH3的利用率为______.
正确答案
解:生成流程为:煅烧石灰石生成二氧化碳和CaO,将二氧化碳、氨气和食盐水在沉淀池中发生反应NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl生成碳酸氢钠,煅烧碳酸氢钠生成碳酸钠、二氧化碳气体和水,则X为CO2;从沉淀池中获得的母液中含有氯化铵、NaCl,母液中加入氧化钙,氯化铵与氧化钙反应生成氨气和氯化钙,则Y为氨气,排除液W中含有氢氧化钙、CaCl2、NaCl,
(1)沉淀池中发生反应的化学方程式为:NaCl+NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl,
故答案为:NaCl+NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl;
(2)根据分析可知,流程中可以循环利用的物质X为CO2,Y为NH3,
故答案为:CO2;NH3;
(3)氨碱法排出液中的溶质除了氢氧化钙外,还有氢氧化钙和氯化铵反应生成的氯化钙及原溶液中的氯化钠,
故答案为:CaCl2、NaCl;
(4)从理论上分析,生产过程中,母液中加入氧化钙反应生成氢氧化钙会和铵盐生成氨气,反应过程中氨气转化为铵盐,铵盐转化为氨气,氨气循环使用,不需要补充氨气;
生成流程中发生反应有:NaCl+NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl、CaCO3═CaO+CO2↑、CaO+H2O═Ca(OH)2、Ca(OH)2+2NH4Cl═CaCl2+2NH3↑+2H2O、2NaHCO3═Na2CO3+H2O+CO2↑,整理可得到总化学方程式为:CaCO3+2NaCl═Na2CO3+CaCl2,
故答案为:不需要;CaCO3+2NaCl═Na2CO3+CaCl2;
(5)发生的反应为:NaCl+NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl、2NaHCO3═Na2CO3+H2O+CO2↑,每当通入NH3 44.8L(已折合成标准状况下)物质的量为:=2mol,
生产过程中得到纯碱100.0g,其物质的量为:=
mol,需要氨气的物质的量为:
=
mol,
则NH3的利用率为:×100%=94.3%,
故答案为:94.3%.
解析
解:生成流程为:煅烧石灰石生成二氧化碳和CaO,将二氧化碳、氨气和食盐水在沉淀池中发生反应NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl生成碳酸氢钠,煅烧碳酸氢钠生成碳酸钠、二氧化碳气体和水,则X为CO2;从沉淀池中获得的母液中含有氯化铵、NaCl,母液中加入氧化钙,氯化铵与氧化钙反应生成氨气和氯化钙,则Y为氨气,排除液W中含有氢氧化钙、CaCl2、NaCl,
(1)沉淀池中发生反应的化学方程式为:NaCl+NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl,
故答案为:NaCl+NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl;
(2)根据分析可知,流程中可以循环利用的物质X为CO2,Y为NH3,
故答案为:CO2;NH3;
(3)氨碱法排出液中的溶质除了氢氧化钙外,还有氢氧化钙和氯化铵反应生成的氯化钙及原溶液中的氯化钠,
故答案为:CaCl2、NaCl;
(4)从理论上分析,生产过程中,母液中加入氧化钙反应生成氢氧化钙会和铵盐生成氨气,反应过程中氨气转化为铵盐,铵盐转化为氨气,氨气循环使用,不需要补充氨气;
生成流程中发生反应有:NaCl+NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl、CaCO3═CaO+CO2↑、CaO+H2O═Ca(OH)2、Ca(OH)2+2NH4Cl═CaCl2+2NH3↑+2H2O、2NaHCO3═Na2CO3+H2O+CO2↑,整理可得到总化学方程式为:CaCO3+2NaCl═Na2CO3+CaCl2,
故答案为:不需要;CaCO3+2NaCl═Na2CO3+CaCl2;
(5)发生的反应为:NaCl+NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl、2NaHCO3═Na2CO3+H2O+CO2↑,每当通入NH3 44.8L(已折合成标准状况下)物质的量为:=2mol,
生产过程中得到纯碱100.0g,其物质的量为:=
mol,需要氨气的物质的量为:
=
mol,
则NH3的利用率为:×100%=94.3%,
故答案为:94.3%.
继侯德榜“联合制碱法”后,上世纪50年代某些化工专家开始研究有机胺制碱法,目前这项研究工作取得了一定进展.其工艺流程如下:
已知:NR3+HCl=NR3•HCl,且NR3•HCl易溶于有机溶剂
(1)制备小苏打的化学方程式是:______;操作①称为______;操作②称为______;
(2)过程③得到产品的化学方程式是:______;
(3)在过程④中,回收有机胺的化学方程式是:______;
(4)本工艺流程中可循环利用的物质是:______.
正确答案
解:有机胺制碱法:有机胺NR3易溶于有机溶剂,和二氧化碳与氯化钠饱和溶液反应生成碳酸氢钠和NR3•HCl,NR3•HCl易溶于有机溶剂,NaHCO3不溶于有机溶剂在水层,通过操作①萃取分液,
有机层通入氨气,在过程④中,NR3•HCl+NH3=NR3+NH4Cl,得到副产品NH4Cl;
水层通过结晶得到小苏打(碳酸氢钠),过程③是加热小苏打,2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,得到产品碳酸钠;
(1)侯氏制碱法,制备小苏打反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓,有机胺制碱法反应①二氧化碳通入胺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+NR3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NR3•HCl,NR3•HCl易溶于有机溶剂,NaHCO3不溶于有机溶剂在水层,分离能分层的混合物用萃取分液;从溶液中析出溶质NaHCO3操作②称为结晶,
故答案为:NaCl+NR3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NR3•HCl;萃取分液;结晶;
(2)过程③是加热小苏打,小苏打为碳酸氢钠,受热分解生成碳酸钠和二氧化碳和水,反应为:2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,
故答案为:2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑;
(3)在过程④中,NR3•HCl和氨气反应NR3•HCl+NH3=NR3+NH4Cl,可回收有机胺NR3,
故答案为:NR3•HCl+NH3=NR3+NH4Cl;
(4)由工艺流程中可知,向饱和的食盐水中通入了二氧化碳,在加热碳酸氢钠时又生成了二氧化碳,所以,CO2是可循环利用的物质,在过程④中,可回收有机胺NR3,NR3是可循环利用的物质,有机溶剂也是可循环利用的物质,
故答案为:CO2、NR3或有机溶剂;
解析
解:有机胺制碱法:有机胺NR3易溶于有机溶剂,和二氧化碳与氯化钠饱和溶液反应生成碳酸氢钠和NR3•HCl,NR3•HCl易溶于有机溶剂,NaHCO3不溶于有机溶剂在水层,通过操作①萃取分液,
有机层通入氨气,在过程④中,NR3•HCl+NH3=NR3+NH4Cl,得到副产品NH4Cl;
水层通过结晶得到小苏打(碳酸氢钠),过程③是加热小苏打,2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,得到产品碳酸钠;
(1)侯氏制碱法,制备小苏打反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓,有机胺制碱法反应①二氧化碳通入胺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+NR3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NR3•HCl,NR3•HCl易溶于有机溶剂,NaHCO3不溶于有机溶剂在水层,分离能分层的混合物用萃取分液;从溶液中析出溶质NaHCO3操作②称为结晶,
故答案为:NaCl+NR3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NR3•HCl;萃取分液;结晶;
(2)过程③是加热小苏打,小苏打为碳酸氢钠,受热分解生成碳酸钠和二氧化碳和水,反应为:2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,
故答案为:2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑;
(3)在过程④中,NR3•HCl和氨气反应NR3•HCl+NH3=NR3+NH4Cl,可回收有机胺NR3,
故答案为:NR3•HCl+NH3=NR3+NH4Cl;
(4)由工艺流程中可知,向饱和的食盐水中通入了二氧化碳,在加热碳酸氢钠时又生成了二氧化碳,所以,CO2是可循环利用的物质,在过程④中,可回收有机胺NR3,NR3是可循环利用的物质,有机溶剂也是可循环利用的物质,
故答案为:CO2、NR3或有机溶剂;
某实验小组,利用如图装置模拟“联合制碱法”.
(1)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.
(2)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______;
(3)C中广口瓶内产生固体的总化学方程式为______.
(4)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)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;
(2)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;
(3)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;
(4)设m1表示加热前纯碱样品的质量,2表示加热后固体的质量,则加热损失的质量为:m1-m2,故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数为=
,
故答案为:=
( m1为样品质量,m2为加热后产品的质量);
解析
解:(1)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;
(2)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;
(3)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;
(4)设m1表示加热前纯碱样品的质量,2表示加热后固体的质量,则加热损失的质量为:m1-m2,故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数为=
,
故答案为:=
( m1为样品质量,m2为加热后产品的质量);
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