- 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．有关反应的化学方程式为：NH3+CO2+H2O═NH4HCO3；NH4HCO3+NaCl═NaHCO3↓+NH4Cl；2NaHCO3
（Ⅰ）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
（Ⅱ）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：
①乙装置中的试剂是______，其作用是______；
②丁装置中稀硫酸的作用是______；
③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．
①实验时，须先从a管通入______气体，说明原因______；
②有同学建议在戊装置的b管下端连接己装置，理由是______．
正确答案
解析
解：（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；
故答案为：C；
（Ⅱ）（1）①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；
②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；
③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，此操作需要的玻璃仪器有玻璃棒、漏斗及烧杯，故答案为：过滤；玻璃棒；漏斗；烧杯；
（2）①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，则应先通入氨气，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a端通入NH3，故答案为：NH3；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；
②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．
某化学小组模拟“侯氏制碱法”，以NaCl、NH3、CO2和水等为原料以及如图1所示装置制取NaHCO3，反应的化学方程式为NH3+CO2+H2O+NaCl═NaHCO3↓+NH4Cl．然后再将NaHCO3制成Na2CO3．
（1）装置乙的作用是______．为防止污染空气，尾气中含有的______需要进行吸收处理．
（2）由装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时，需要进行的实验操作有______、______、______．NaHCO3转化为Na2CO3的化学方程式为______．
（3）若在（2）中灼烧的时间较短，NaHCO3将分解不完全，该小组对一份加热了t1 min的NaHCO3样品的组成进行了以下探究．取加热了t1 min的NaHCO3样品29.6g完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中缓慢地滴加稀盐酸，并不断搅拌．随着盐酸的加入，溶液中有关离子的物质的量的变化如图2所示．则曲线c对应的溶液中的离子是______（填离子符号）；该样品中NaHCO3和Na2CO3的物质的量之比是______．
（4）若取21.0g NaHCO3固体，加热了t2 min后，剩余固体的质量为l4.8g．如果把此剩余固体全部加入到200mL 2mol•L-1的盐酸中则充分反应后溶液中H+的物质的量浓度为______（设溶液体积变化忽略不计）．
正确答案
除去二氧化碳中的氯化氢气体
氨气
过滤
洗涤
灼烧
2NaHCO3
HCO3-
1：2
0.75mol/L
解析
解：（1）装置甲是制备二氧化碳气体的反应装置，生成的二氧化碳气体中含有氯化氢气体，对制备碳酸氢钠有影响，装置乙的作用是吸收氯化氢气体；最后的尾气中含有氨气不能排放到空气中，需要进行尾气吸收；
故答案为：除去二氧化碳中的氯化氢气体；氨气；
（2）由装置丙中产生的NaHCO3发生的反应为，NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl；制取Na2CO3时需要过滤得到晶体，洗涤后加热灼烧得到碳酸钠；碳酸氢钠受热分解生成二氧化碳、碳酸钠、水，反应为：2NaHCO3
故答案为：过滤、洗涤、灼烧； 2NaHCO3
（3）若在（2）中灼烧的时间较短，NaHCO3将分解不完全，该小组对一份加热了t1min的NaHCO3样品的组成进行了研究．取加热了t1min的NaHCO3样品29.6g 完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中缓慢地滴加稀盐酸，并不断搅拌．随着盐酸的加入，发生反应 CO32-+H+=HCO3-； HCO3-+H+=CO2↑+H2O；溶液中有关离子的物质的量的变化为碳酸根离子减小，碳酸氢根离子浓度增大，当碳酸根离子全部转化为碳酸氢根离子，再滴入盐酸和碳酸氢根离子反应生成二氧化碳，碳酸氢根离子减小，所以c曲线表示的是碳酸氢根离子浓度变化；碳酸根离子浓度0.2mol/L；碳酸氢根离子浓度为0.1mol/L；样品中NaHCO3和Na2CO3的物质的量之比是1：2；
故答案为：HCO3-； 1：2；
（4）若取21g NaHCO3固体物质的量=
2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O△m
2 1 62
0.2mol 0.1mol 21g-14.8g
反应后NaHCO3物质的量=0.25mol-0.2mol=0.05mol；NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑；消耗氯化氢物质的量0.05mol；
Na2CO3物质的量=0.1mol，Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑，消耗氯化氢物质的量0.2mol；剩余氯化氢物质的量=0.200L×2mol/L-0.05mol-0.2mol=0.15mol，剩余溶液中c（H+）=
故答案为：0.75mol/L；
1943年我国著名的化工专家侯德榜博士发明了联合制碱法，后被命名为侯氏制碱法．侯德榜制碱法原理与索尔维法基本相同，不同之处，在析出碳酸氢钠后的母液中继续加入食盐，通入氨气，使氯化铵析出，从而得到了两种物质：碳酸钠和氯化铵，侯氏制碱法震惊了全世界，为中国人赢得了荣誉和尊重．侯氏制碱法的循环工艺流程如下：
仔细阅读上图，完成下列问题：
（1）写出碳化反应方程式：______．
（2）气体B的电子式为______．向饱和食盐水中应先通入气体______（填气体名称），再通入气体______（填气体的结构式）才能得到物质D，其原因是______．
（3）在下列方框内画出实验室中向饱和食盐水中通入气体B的装置图．
（4）操作Ⅰ的名称是______．进行操作Ⅱ所需要的玻璃仪器是：玻璃棒、烧杯、______．在实验室里进行煅烧所用的主要仪器是______．
（5）上述生产过程中能循环使用的物质是：C、B、F、______、______．（填：物质编号）
正确答案
解析
解：（1）碳化池内发生的反应方程式为NaC1+H2O+NH3+CO2→NaHCO3↓+NH4C1，故答案为：NaC1+H2O+NH3+CO2→NaHCO3↓+NH4C1；
（2）根据分析可知，气体B为NH3，其电子式
故答案为：
（3）因氨气易溶解于水，可用下列装置将氨气通入氯化钠溶液，避免产物倒吸现象，装置为
（4）操作Ⅰ利用过滤从溶液里得到沉淀物碳酸氢钠，操作Ⅱ也为过滤，需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒及漏斗，燃烧在坩埚内进行，故答案为：过滤；漏斗、坩埚；
（5）根据制备流程可知，循环利用的物质有：A氯化钠、B氨气、C二氧化碳、D碳酸氢钠和F氯化铵，故答案为：A；D．
我国化学侯德榜（右图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：
（1）上述生产纯碱的方法称______，副产品的一种用途为______．
（2）沉淀池中发生的化学反应方程式是______．
（3）写出上述流程中X物质的分子式______．
（4）使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了______（填上述流程中的编号）的循环．从沉淀池中取出沉淀的操作是______．
（5）为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加______．
（6）向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有______．
（a） 增大NH4+的浓度，使NH4Cl更多地析出（b） 使NaHCO3更多地析出
（c） 使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度．
正确答案
解析
解：（1）目前工业制碱方法有二：氨碱法和联合制碱法．题中方法由我们侯德邦所创，称为侯氏制碱法，也称为联合制碱法，反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl→NH4Cl+NaHCO3↓，得到一摩尔的碳酸氢钠同时得到一摩尔的氯化铵，故副产物为氯化铵，氯化铵可用来制作化肥，
故答案为：联合制碱法，做化肥；
（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↓，
故答案为：NH3+H2O+CO2+NaCl→NH4Cl+NaHCO3↓；
（3）在联合制碱法中二氧化碳是反应的原料同时也是反应的副产物，可以循环利用，
故答案为：CO2；
（4）循环Ⅰ是将未反应的氯化钠返回沉淀池中，从固液混合物中分离出固体的方法为过滤．
故答案为：循环Ⅰ，过滤；
（5）检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠即检验是否含氯离子，可以用硝酸酸化的硝酸银，观察到若产生白色沉淀则说明有氯化钠存在，
故答案为：用硝酸酸化的硝酸银，观察产生白色沉淀；
（6）向母液中通氨气作用有增大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．
故答案为：ac．
（2015•怀化二模）某校研究性学习小组在实验室中模拟侯氏制碱法制取少量纯碱（见下图），并测定纯碱的纯度．回答下列问题：
Ⅰ．纯碱的制备
（1）若上述两个气体发生装置相同，制取二氧化碳的试剂为大理石和稀盐酸，制取氨气宜选择的试剂为______．氨气和二氧化碳在通入饱和食盐水时的顺序是（填序号）______．
a．同时通入 b．先通氨气至饱和再通二氧化碳 c．先通二氧化碳至饱和再通氨气
（2）他们采用粗盐配制饱和食盐水．粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质离子，除去这些杂质离子需要下列试剂：①Na2CO3溶液 ②NaOH溶液 ③BaCl2溶液 ④盐酸．加入这些试剂的顺序可以是（填序号）______．
a．①③②④b．③①④②c．②③①④d．③②①④
（3）操作1的名称叫______．为洗去碳酸氢钠晶体表面的残留母液，他们用酒精代替水洗，其优点是______．
Ⅱ．纯碱纯度的测定（注：只考虑其中因焙烧不充分而含有的碳酸氢钠，忽略其他杂质）
（1）该小组同学设计了如下方案，其中不可行的是（填序号）______．
A．准确称量mg样品，加热至恒重，称量得ng固体．
B．准确称量mg样品，与足量稀硫酸反应，将产生的气体用碱石灰吸收，碱石灰增重ng．
C．准确称量mg样品，与足量氢氧化钡溶液反应，过滤、洗涤、干燥，称量得ng固体．
（2）若方案A可行，加热过程中所需仪器除了酒精灯、三角架、坩埚、坩埚钳外，还需______．
（3）若方案B正确，涉及反应的离子方程式为______．
（4）若方案C可行，判断沉淀是否洗净的方法是______．
正确答案
解析
解：I．（1）制取氨气宜选择的试剂为氯化铵固体和熟石灰固体，两种气体的通入顺序为先通氨气至饱和再通二氧化碳，
故答案为：氯化铵固体和熟石灰固体；b；
（2）SO42-、Ca2+、Mg2+等分别与BaCl2溶液、Na2CO3溶液、NaOH溶液反应生成沉淀，可再通过过滤除去，Na2CO3溶液能除去过量的BaCl2溶液，盐酸能除去过量的Na2CO3溶液和NaOH溶液，所以应先加③BaCl2溶液再加①Na2CO3溶液，最后加入④盐酸，氢氧化钠溶液加在过滤之前即可，所以正确顺序为③①④②，故选b；
（3）操作1的名称叫过滤；碳酸氢钠在酒精中的溶解度小，而且酒精易挥发，便于晶体的干燥；故答案为：过滤； 减少NaHCO3的溶解，便于晶体的干燥；
Ⅱ．（1）A．准确称量mg样品，加热至恒重，称量得ng固体，通过差量求出碳酸氢钠的质量，可以求纯碱纯度；
B．准确称量mg样品，与足量稀硫酸反应，将产生的气体用碱石灰吸收，碱石灰增重ng，增重是二氧化碳和水的质量，而无法求二氧化玻璃棒、泥三角碳的量，所以无法求纯碱纯度；
C．准确称量mg样品，只有碳酸钠与氢氧化钡溶液反应，所以可以通过ng固体，求纯碱纯度；
故选B；
（2）确称量mg样品，加热至恒重，称量得ng固体过程中用的酒精灯、三角架、坩埚、坩埚钳，玻璃棒和泥三角，故答案为：玻璃棒、泥三角；
（3）碳酸钠与碳酸氢钠都与稀硫酸反应，反应的离子方程式分别为：CO32-+2H+=CO2↑+H2O，HCO3-+H+=CO2↑+H2O，故答案为：CO32-+2H+=CO2↑+H2O、HCO3-+H+=CO2↑+H2O；
（4）可以取最后一次洗涤液，检验是否含有氢氧根离子和钡离子，操作为取最后一次洗涤液少许，加入少量MgCl2（aq）（或Na2SO4溶液），若不产生白色沉淀，则洗净，故答案为：取最后一次洗涤液少许，加入少量MgCl2（aq）（或Na2SO4溶液），若不产生白色沉淀，则洗净．
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