- 联合制碱法——侯氏制碱法
- 共159题
我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业做出了突出贡献．他利用NaHCO3、NaCl、NH4Cl等物质溶解度的差异，以食盐、氨气、二氧化碳等为原料先制得NaHCO3，进而生产出纯碱．下面是在实验室中模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的实验步骤：
第一步：连接好装置，检验气密性，在仪器内装入药品．
第二步：先让一装置发生反应，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，片刻后，C中出现固体．继续向C中通入两种气体，直到不再有固体产生．
第三步：过滤C中所得的混合物，得到NaHCO3固体．
第四步：向滤液中加入适量的NaCl粉末，有NH4Cl晶体析出．
请回答下列问题：
（1）图中装置的连接顺序是：（a）接______，______接______，（b）接______．
（2）A中常选用的固体反应物为______，D中应选用的液体为______：B中发生反应的化学方程式为______．
（3）第二步骤中必须先让______装置先发生反应．
（4）C中用球形干燥管而不用直导管，其作用是______，C中广口瓶内产生固体的总化学方程式为______．
（5）第四步中分离出NH4Cl晶体的操作是______；其所得的NH4Cl晶体中常含有少量的NaCl和NaHCO3约占5%-8%），请设计一个简单的实验证明所得固体的成分大部分是NH4Cl．简要写出操作和现象______．
正确答案
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，
故答案为：f、e、d、c；
（2）A装置是制备二氧化碳气体的反应，所以固体为CaCO3用块状石灰石，生成的二氧化碳气体中含有氯化氢，若不除去碳酸氢钠难以形成，所以应用饱和碳酸氢钠溶液或饱和氯化钠溶液除去，B是制取氨气装置，氧化钙和氨水反应生成氢氧化钙和氨气，反应为CaO+NH3•H2O=Ca（OH）2+NH3↑，
故答案为：块状石灰石；饱和NaHCO3溶液；CaO+NH3•H2O=Ca（OH）2+NH3↑；
（3）候氏制碱方法是利用氨气溶解性大极易溶解于水，二氧化碳气体水中溶解性较小，实验饱和食盐水中先通入氨气，再通入二氧化碳气体；实验操作过程中，应让B装置先发生反应，
故答案为：B；
（4）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中用球形干燥管球形部分液面上升慢起缓冲作用，可以防止倒吸，
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，所以C中广口瓶内产生固体的总化学方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓，
故答案为：防倒吸；CO2+NH3+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl；
（5）第四步：向滤液中加入适量的NaCl粉末，有NH4Cl晶体析出，分离固体和液体用过滤的方法，步骤④中所得的氯化铵晶体中常含有少量的氯化钠和碳酸氢钠（约占5%～8%），设计简单的实验证明所得固体的成分大部分是氯化铵，是利用氯化铵的分解产物为气体，温度降低氨气和氯化氢气体会重新生成固体氯化氨，方法为：取少量样品于试管中，用酒精灯加热，看到试管上端有白烟生成（或试管口有白色晶体），最后剩余极少量的固体，从而证明所得固体的成分大部分是氯化铵；
故答案为：过滤；取少量样品于试管中，用酒精灯加热，看到试管上端有白烟生成（或试管口有白色晶体），最后剩余极少量的固体，从而证明所得固体的成分大部分是氯化铵；
日本地震之后的核危机，导致我国不少地方出现了食盐抢购风潮．食盐既是生活中必不可少的调味品，也是一种非常重要的化工原料．
（1）按原料来源分类，可将食盐分为海盐、湖盐和井矿盐．海水晒盐的原理与化学实验中的______（填一种实验操作的名称）原理相似，该过程是______变化（填“物理”或“化学”）．
（2）氯碱工业是对食盐资源进行综合利用的基础．
①电解食盐水之前需要对食盐进行精制．为有效除去工业食盐中的Ca2+、Mg2+、S，加入试剂的合理顺序为______．
a．先加NaOH，然后加Na2CO3，最后加钡试剂
b．先加NaOH，然后加钡试剂，最后加Na2CO3
c．先加钡试剂，然后加NaOH，最后加Na2CO3
②离子交换膜电解槽中，离子交换膜的作用是______．
③氯碱工业的选址比较特殊，通常不会单独建氯碱化工厂，而是与农药厂、有机化工厂、制药厂、盐酸厂等建在一起，请分析这种建厂方式的原因：______．
（3）侯氏制碱法生产工艺中要用到大量食盐．侯氏制碱法原理与索尔维法基本相同，不同之处是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．该循环工艺流程如下：
①气体B的分子式为______．向饱和食盐水中应先通入______再通入______（填气体名称）才能得到物质D．
②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）蒸发是升高温度让一种物质挥发出来，而剩余另一物质的方法，类似“海水晒盐”原理；该过程中没有发生化学反应，属于物理变化，
故答案为：蒸发；物理；
（2）①有效除去工业食盐中的Ca2+、M2+、SO42-，选NaOH除去镁离子，选氯化钡除去硫酸根离子，选碳酸钠除去钡离子、钙离子，则碳酸钠一定在氯化钡之后，最后加适量盐酸，则合理的顺序为先加NaOH，后加BaCl2，再加Na2CO3或先加BaCl2，后加NaOH，再加Na2CO3，属于bc正确，
故答案为：bc；
②阳离子交换膜只能阳离子通过，阴离子和气体不能通过，用石墨作电解电解饱和氯化钠时，阳极上氯离子放电生成氯气，氯气不能通过阳离子交换膜而进入阴极，如果氯气进入阴极易和氢气混合产生爆炸，且易和氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠而导致制取的氢氧化钠不纯，
故答案为：阻止气体分子和某些离子通过，防止H2和Cl2混合发生爆炸，并能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量；
③由于氯气和氢气作为气体，运输和贮藏困难相当大，且运输过程中还存在很大的安全隐患，所以氯碱工业的选址通常与农药厂、有机化工厂、制药厂、盐酸厂等建在一起，
故答案为：氯气和氢气作为气体，运输和贮藏困难相当大，运输过程中还存在很大的安全隐患；
（3）产品E和F为碳酸钠和氯化铵，物质E煅烧后得到E，则D为碳酸氢钠，E为碳酸钠；故F为氯化铵；根据“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”可知，固体A为NaCl、B为NH3；加入气体C碳化，则气体C为二氧化碳，
①根据分析可知，气体B为NH3；二氧化碳在水中的溶解度较小，氨气极易溶于水，通入NH3使溶液呈碱性，增大CO2的溶解度，才能产生足够多的HCO3-，以确保得到NaHCO3沉淀，所以应该先通氨气后通入二氧化碳，
故答案为：NH3； 氨气；二氧化碳；
②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．
我国是一个用碱大国，侯氏制碱法为我们提供了很好的制碱的方法，其基本原理之一是NaCl+CO2+H2O+NH3═NaHCO3+NH4Cl．下列有关说法正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、向饱和食盐水中通入过量氨气，再通入过量的二氧化碳，氨气易溶于水，氨水能更好的吸收氨气，故A错误；
B、该反应能发生的原因是NaHCO3的溶解度在几种物质中最小的，所以会析出，故B正确；
C、若制得的”碱“中混有少量的NaHCO3，应用加热的方法除去Na2CO3固体中混有的少量NaHCO3，用过量的NaOH溶液会引进杂质离子，故C错误；
D、碳酸钠和碳酸氢钠的溶液都显示碱性，遇到酚酞显示红色，无法鉴别，故D错误．
故选B．
（1）硫酸是基本化工原料．某地硫铁矿资源丰富，水源充足，交通便利，风景秀丽，文物古迹较多，人口密集．如果在此地建造硫酸厂，有何利弊？
利是：______；弊是：______．
（2）我国著名化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：（沉淀池中发生的化学反应为：NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓）
①上述生产纯碱的方法称______，副产品氯化铵的一种用途为______．
②上述流程中X物质为______．
③侯德榜主要是设计了上述流程中的循环______（填“Ⅰ”或“Ⅱ”），使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上．从沉淀池中取出沉淀的操作是______．
正确答案
解析
解：（1）根据题干：某地硫铁矿资源丰富，水源充足，交通便利，这些条件为硫酸的生产提供了有利条件，但是，硫酸生产过程中，难免会产生污染性的气体二氧化硫，会对人以及环境造成污染，
故答案为：利：原料丰富，水源充足，交通便利；弊：可能破坏环境，损坏文物古迹，影响人们身体健康；
（2）①目前工业制碱方法有两种：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：联合制碱法或侯德榜制碱法或侯氏制碱法；化肥或电解液或焊药等；
②在联合制碱法中NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓，2NaHCO3
故答案为：CO2或二氧化碳；
③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：Ⅰ；过滤．
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______．
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
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
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