- 联合制碱法——侯氏制碱法
- 共159题
[选修一化学与技术]联碱法(候氏制碱法)和氨碱法的生产流程简要表示如下图:
(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)Z中除了溶解的氨气、食盐外,其它溶质还有______;排出液中的溶质除了氢氧化钙外,还有______;
(4)从理论上分析,在氨碱法生产过程中______ (填“需要”、“不需要”)补充氨气,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______;
(5)根据联碱法中从母液中提取氯化铵晶体的过程推测,所得结论正确是______;
a.常温时氯化铵的溶解度比氯化钠小
b.通入氨气目的是使氯化铵更多析出
c.加入食盐细粉目的是提高Na+的浓度,促进碳酸氢钠结晶析出
(6)联碱法中,每当通入NH3 44.8L(已折合成标准状况下)时可以得到纯碱100.0g则NH3的利用率为______.相比于氨碱法,指出联碱法的一项优点______•
正确答案
解析
解:(1)依据流程图分析可知,生产流程联碱法和氨碱法生产流程中沉淀池中发生的反应是氨气、二氧化碳、水、氯化钠反应生成碳酸氢钠晶体和氯化铵,所以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)联碱法生产流程图中分析循环Ⅱ中是碳酸氢钠分解生成的二氧化碳气体;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,故答案为:CO2;NH3;
(3)依据两个过程中的物质发生的反应分析,联碱法母液主要是氯化铵、碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠;Z中除了溶解的氨气、食盐外,其它溶质还有氯化铵、碳酸钠;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,氯化钠,故答案为:Na2CO3、NH4Cl;CaCl2、NaCl;
(4)从理论上分析,氨碱法生产过程中,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;
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:不需要;CaCO3+2NaCl═Na2CO3+CaCl2;
(5)联碱法中从母液中提取氯化铵晶体的过程中;
a、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;
故答案为:b;
(6)联碱法中发生的反应为: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,物质的量为=
mol;需要氨气的物质的量为
=
mol;则NH3的利用率=
×100%=94.3%;
联合制碱法与氨碱法比较,其最大的优点是使食盐的利用率提高到96%以上,应用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱.另外它综合利用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子,同时,生产出两种可贵的产品--纯碱和氯化铵.将氨厂的废气二氧化碳,转变为碱厂的主要原料来制取纯碱,这样就节省了碱厂里用于制取二氧化碳的庞大的石灰窑;将碱厂的无用的成分氯离子(Cl-)来代替价格较高的硫酸固定氨厂里的氨,制取氮肥氯化铵.从而不再生成没有多大用处,又难于处理的氯化钙,减少了对环境的污染,并且大大降低了纯碱和氮肥的成本,充分体现了大规模联合生产的优越性,
故答案为:94.3%;不产生无用的CaCl2,提高了食盐的转化率.
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来源于石灰窑厂),写出A、B的化学式.
A______、B______.
(2)碳酸化后发生反应的化学方程式是______.
(3)向母液______(选填图中字母)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
(4)不用其它试剂,检查副产品NH4Cl是否纯净的方法及操作是______.
(5)Xg纯碱产品(含有碳酸氢钠)充分加热分解后,质量减少了Yg,则纯碱样品中碳酸氢钠的质量分数可表示为______.
(6)有人以硫酸钠和焦炭、石灰石在高温下进行煅烧,再浸取,结晶而制得纯碱.反应的化学方程式为______ (已知产物之一为CaS).
正确答案
解析
解:(1)加入试剂氢氧化钙可以除去粗盐中的杂质镁离子等,过量的钙离子可以通过碳酸钠来除去,所以A、B的化学式为Ca(OH)2、Na2CO3,故答案为:Ca(OH)2;Na2CO3;
(2)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:H2O+CO2+NH3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl,即碳酸化后发生反应的化学反应,故答案为:NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓;
(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:H2O+CO2+NH3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl,最终得到NH4Cl还有NaHCO3等,碳酸氢钠溶解度很小而结晶,故酸化后滤液的主要成分为:NH4Cl,通氨气可以增大NH4+的浓度,使NH4Cl更多地析出,并且能使NaHCO3转化为Na2CO3,提高析出的NH4Cl纯度,故答案为:D;AC;
(4)可以采用加热法来检验铵根离子,方法是:取少量氯化铵产品于试管底部,加热,若试管底部无残留物,表明氯化铵产品纯净,故答案为:加热法;取少量氯化铵产品于试管底部,加热,若试管底部无残留物,表明氯化铵产品纯净;
(5)加热前纯碱的质量为X,加热后的质量为Y,根据反应2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,所以故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数为
,故答案为:ω(NaHCO3)=
;
(6)硫酸钠和焦炭、石灰石在高温下进行煅烧可以得到硫化钙、二氧化碳以及碳酸钠,即Na2SO4+2C+CaCO3CaS+Na2CO3+2CO2↑,故答案为:Na2SO4+2C+CaCO3
CaS+Na2CO3+2CO2↑.
“侯氏制碱法”以氯化钠为原料制备纯碱,部分工艺流程如图1:
已知NaHCO3在低温下溶解度较小.反应Ⅰ为:NaCl+CO2+NH3+H2ONaHCO3↓+NH4Cl,NH4Cl和浓碱液反应可产生NH3:
(1)上述工艺流程中可以循环利用的物质是______.
(2)反应Ⅱ的化学方程式为______.
(3)若在Ⅱ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样品的组成进行了以下探究.如图2所示,取加热了t1min的NaHCO3样品加在大试管的底部,另取等质量NaHCO3粉末加在小试管底部.预热后在大试管底部加热.开始加热一段时间后,若试管______(填“A”或“B”)中会出现浑浊现象,说明Ⅱ中灼烧的分解不完全;若开始时两试管中加入的固体质量相等,充分加热后,B试管中产生的沉淀的质量是A中的2倍(假设澄清石灰水足量),则反应Ⅱ中NaHCO3的分解率为______.(分解率=已分解的质量/原物质的总质量)
正确答案
解析
解:(1)碳酸氢钠分解生成的二氧化碳及NH4Cl和浓碱液反应可产生NH3可以循环利用,故答案为:CO2、NH3;
(2)碳酸氢钠受热分解的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+C02↑+H2O,故答案为:2NaHCO3
Na2CO3+C02↑+H2O;
(3)若A中出现浑浊,说明A中固体仍能受热分解生成二氧化碳,可说明Ⅱ中灼烧的分解不完全;假设B中生成CO2为2mol,则根据2NaHCO3Na2CO3+C02↑+H2O,可知B中NaHCO3的物质的量为4mol,质量为4mol×84/mol=336g,则A中固体质量也为336g,继续加热分解可得1molCO2,可知A中含有未分解的碳酸氢钠的物质的量为2mol,质量为2mol×84/mol=168g,A中碳酸钠的质量为336g-168g=168g,设反应Ⅱ中已经分解的碳酸氢钠质量为mg,
2NaHCO3Na2CO3+C02↑+H2O
168g 106g
mg 168g
,解得m=266.3g,则碳酸氢钠的分解率为
=61.4%,
故答案为:A;61.4%.
纯碱(化学式为Na2CO3)是一种重要的化工原料.现代化工生产有三种工艺:
(一)布兰制碱法.以食盐为原料制碱,该法分三步:
①用氯化钠与硫酸反应制硫酸钠:2NaCl+H2SO4═Na2SO4+2HCl;
②用焦炭还原硫酸钠得硫化钠:Na2SO4+4C═Na2S+4CO↑
③用硫化钠与石灰石反应制碳酸钠:Na2S+CaCO3═Na2CO3+CaS
(二)氨碱法即索尔维制碱法.以食盐、氨、二氧化碳为原料,其反应也分三步进行:
①NH3+CO2+H2O═NH4HCO3
②NH4HCO3+NaCl═NaHCO3+NH4Cl
③2NaHCO3═Na2CO3+CO2↑+H2O
(三)候氏制碱法.低温下先向饱和食盐水中通入氨气,再通入二氧化碳可析出碳酸氢钠,再加入细盐末,因同离子效应,低温氯化铵溶解度突然降低,而食盐的溶解度变化不大,所以氯化铵析出而食盐不析出;再用氨饱和后通二氧化碳,结果往返析出NaHCO3和NH4Cl.该法生产的纯碱质量优良,纯白如雪.
(1)相比另外两种方法,布兰制碱法工艺的缺点除了成本较高,生成CO和CaS等污染物外还有______和______(写两点).
(2)氨碱法工艺的中循环利用的物质是______(填化学式);产品的副产物NH4Cl既可以做氮肥又可以重新生成氨气.写出NH4Cl与生石灰反应的化学方程式______.
(3)候氏制碱法反应的方程式为______.
(4)为什么候氏制碱法工艺中先向饱和食盐水中通入氨气,再通入二氧化碳.理由是______(写一点).
(5)候氏制碱法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,用m1表示加热前纯碱样品的质量,m2表示加热后固体的质量.则纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为:______.
正确答案
解析
解:(1)布兰制碱法用氯化钠与硫酸反应制硫酸钠,用焦炭还原硫酸钠得硫化钠,用硫化钠与石灰石反应制碳酸钠,原料需硫酸,硫酸具有腐蚀性,硫酸对设备腐蚀严重,生产时需要高温消耗能源成本较高,中间产物为CaS,废弃物长期堆积臭气四溢,
故答案为:生产时需要高温;硫酸对设备腐蚀严重;
(2)氨碱法即索尔维制碱法.以食盐、氨、二氧化碳为原料,其反应也分三步进行:
①NH3+CO2+H2O═NH4HCO3 ②NH4HCO3+NaCl═NaHCO3+NH4Cl ③2NaHCO3═Na2CO3+CO2↑+H2O,第③步生成的二氧化碳可作为第①步的生产原料,可循环利用,NH4Cl与生石灰反应2NH4Cl+CaO=2NH3↑+CaCl2+H2O,
故答案为:CO2;2NH4Cl+CaO=2NH3↑+CaCl2+H2O;
(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↓,2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,
故答案为:NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl、2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O;
(4)因为饱和氨盐水显碱性,比饱和食盐水更容易吸收二氧化碳,所以在用氨碱法生产纯碱过程中,要先向饱和食盐水中通入氨气,制成饱和氨盐水,再向其中通入二氧化碳,保证全部生成NaHCO3,
故答案为:CO2在水中的溶解度较小,吸收率低,后通入CO2保证全部生成NaHCO3;
(5)m1表示加热前纯碱样品的质量,2表示加热后固体的质量,则加热损失的固体质量为:m1-m2,根据2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O可知,纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数为
,
故答案为:.
我国化学家侯德榜根据NaHCO3溶解度比NaCl、Na2CO3、NH4HCO3、NH4Cl都小的性质,运用CO2+NH3+H2O+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl的反应原理制备纯碱.下面是在实验室进行模拟实验的生产流程示意图:
气体A的饱和溶液A和食盐的饱和溶液
悬浊液
晶体
纯碱
则下列叙述错误的是( )
正确答案
解析
解:A.氨气易溶于水,二氧化碳能溶于水,依据侯德榜制碱的原理:向氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳气体析出碳酸氢钠,加热反应制备纯碱,所以气体A为氨气,B为二氧化碳,故A错误;
B.发酵粉是一种复合添加剂,主要用作面制品和膨化食品的生产.发酵粉中含有许多物质,主要成分为碳酸氢钠和酒石酸,第Ⅲ步得到的晶体是碳酸氢钠,故B正确;
C.第Ⅲ步操作是过滤操操作,通过过滤得到碳酸氢钠晶体,所以需要的仪器有:烧杯、漏斗、玻璃棒,故C正确;
D.第Ⅳ步操作是将晶体碳酸氢钠直接加热分解得到碳酸钠固体,故D错误;
故选AD.
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