- 联合制碱法——侯氏制碱法
- 共159题
1862年,比利时化学家索尔维发明了氨碱法制碱,1926年,我国化学家侯德榜创立了更为进侯德榜制碱法,也叫联合制碱法,两种制碱的生产流程可简要表示如图:
(1)向沉淀池中通入CO2和氨气时,应先通入氨气的原因是______.
(2)沉淀池中发生反应的化学反应方程式是______,从沉淀池中分离沉淀的操作是______.
(3)氨碱法生产流程示意图中的Y是______,从原料到产品,氨碱法总反应过程用化学方程式表示,可写为______.
(4)联合制碱法中从滤液中提取氯化铵晶体的过程推测,所得结论正确是______(选填编号).
a.常温时氯化铵的溶解度比氯化钠小
b.通入氨气能增大NH4+的浓度,使氯化铵更多析出
c.加入食盐细粉能提高Na+的浓度,使NaHCO3结晶析出
d.通入氨气能使NaHCO3转化为Na2CO3,提高析出的NH4Cl纯度
(5)联合制碱法相比于氨碱法,氯化钠利用率从70%提高到90%以上,主要是设计了循环Ⅰ,联合制碱法的另一项优点是______.
(6)产品纯碱中含有碳酸氢钠,可以用加热分解的方法测定产品中纯碱的质量分数,已知样品质量为ag,加热至质量不再改变时称重为bg,则纯碱的质量分数为______.
正确答案
解析
解:(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:因为CO2溶解度小,而NH3易溶于水,先通入NH3有利于后面CO2的吸收;
(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↓,过滤是把不溶于溶液的固体和液体分开的一种分离混合物的方法,从沉淀池中分离沉淀NaHCO3晶体,可用过滤的方法,故答案为:NH3+CO2+NaCl+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl;过滤;
(3)氨碱法的生产流程中循环Ⅰ是氧化钙和水反应生成氢氧化钙,氢氧化钙与铵盐反应生成的氨气可以循环使用,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↑合并得到总化学方程式为:CaCO3+2NaCl═Na2CO3+CaCl2,
故答案为:NH3; CaCO3+2NaCl═Na2CO3+CaCl2;
(4)a.常温时氯化铵的溶解度比氯化钠大,故a错误;
b.通氨气作用有增大NH4+的浓度,使NH4Cl更多地析出和使NaHCO3转化为Na2CO3,提高析出的NH4Cl纯度,故b正确;
c.加入食盐细粉目的是提高Cl-的浓度,促进氯化铵结晶析出,故c错误;
d.通入氨气使溶液碱性增强,使碳酸氢钠转换为溶解度较大的碳酸钠,可以提高氯化铵的纯度,故d正确;
故选bd;
(5)联合制碱法的主要原理是:①向浓氨水中通入足量的CO2后,氨气、水和CO2发生化合反应而生成NH4HCO3溶液;②然后加入食盐细粒充分搅拌,生成的碳酸氢钠和氯化铵;③将析出的碳酸氢钠加热得碳酸钠、二氧化碳和水,相对于氨碱法制碱,即向过滤后的滤液中加熟石灰以回收氨,使之循环使用能够避免产生大量的含有CaCl2的溶液,或节省石灰窑、蒸氨塔等设备,
故答案为:避免产生大量的含有CaCl2的溶液,或节省石灰窑、蒸氨塔等设备;
(6)设原混合物中碳酸钠的质量为X,
2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑ 固体减少的质量
168 106 18 44 62
(a-x)g (a-b)g
列比例式:=
解得X=
,所以纯碱的质量分数为:
×100%,
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-NH3↑+H2O;由于滤液中还含有一定量的碳酸氢钠,故此加石灰水前先加热,是为防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀,故答案为:NH4++OH-
NH3↑+H2O;防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀;
(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,故答案为:
.
与索尔维制碱法相比,侯德榜制碱法最突出的优点是( )
正确答案
解析
解: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%,
故选A.
(2015春•益阳校级月考)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)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.请结合图2的溶解度(S)随温度变化曲线,分析说明是否可行?______.
(4)某工厂用氨制硝酸,再进一步制NH4NO3.已知由NH3制HNO3时产率为88%,由NH3被HNO3的吸收率为98%.则该工厂用100吨氨最多能制硝酸铵______吨.(计算结果保留整数)
正确答案
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)NaHSO4+HCl↑或2NaCl+H2SO4(浓)
Na2SO4+2HCl↑,
故答案为:NaCl+H2SO4(浓)NaHSO4+HCl↑或2NaCl+H2SO4(浓)
Na2SO4+2HCl↑;
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+CaCO3CaS+Na2CO3+4CO或Na2SO4+2C+CaCO3
CaS+Na2CO3+2CO2,
故答案为:Na2SO4+4C+CaCO3CaS+Na2CO3+4CO或Na2SO4+2C+CaCO3
CaS+Na2CO3+2CO2;
(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)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,所以该方法不可行,
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,在铵盐水碳酸化时无法大量析出;
(4)设制备出的NH4NO3的物质的量为xmol,
根据反应NH3+HNO3=NH4NO3可知:NH3~NH4NO3,由于NH3被HNO3的吸收率为98%,故在此反应中所需的NH3的物质的量为:=1.02xmol;
同时据反应可知:NH3~HNO3~NH4NO3,而由NH3制HNO3时产率为88%,故生成xmolNH4NO3,需要的制备硝酸的NH3的物质的量为:=1.136xmol,
即制得xmolNH4NO3所需的氨气的物质的量为:(1.02x+1.136x)mol,
根据氨气的质量为100t即108g可得:(1.02x+1.136x)mol×17g/mol=108g,
解得:x=2728364.07mol,
NH4NO3的质量为:m=nM=2728364.07mol×80g/mol≈218t,
故答案为:218.
我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业作出了突出贡献.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=Na2CO3+CO2↑+H2O.
Ⅰ.原理分析
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,在溶液中首先结晶析出
Ⅱ.实验探究
(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).
回答下列有关问题:
a.乙装置中的试剂是______;
b.丁装置中稀硫酸的作用是______;
c.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(其他装置未画出)进行实验.
a.实验时,须先从______管通入______气体,再从______管中通入______气体.
b.有同学建议在戊装置的b导管下端连接己装置,理由是______.
(3)请再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法:______.
正确答案
解析
解:工业上侯氏制碱法是在饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳,由于氨气在水中的溶解度大,所以先通入氨气,通入足量的氨气后再通入二氧化碳,生成了碳酸氢钠,由于碳酸氢钠的溶解度较小,所以溶液中有碳酸氢钠晶体析出,将碳酸氢钠晶体加热后得纯碱碳酸钠,
Ⅰ.a.碳酸氢钠易溶于水,故错误;
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,故正确;
故选c;
Ⅱ.(1)a.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;
b.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;
c.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)a.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;
b.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)碳酸钠溶液里通过量的CO2能生成碳酸氢钠,在烧碱溶液里通入过量CO2也能生成碳酸氢钠,故答案为:往烧碱溶液中通入过量CO2(或往饱和Na2CO3溶液中通入CO2过量等).
扫码查看完整答案与解析