- 联合制碱法——侯氏制碱法
- 共159题
【化学选修2-化学与技术】
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（A来源于石灰窑厂），则B的化学式为______．
（2）②过滤后滤液中要通入C和D气体，则先通入的C气体是______（填化学式），原因是______．
（3）通入C和D气体后发生反应的化学方程式是______．
（4）④过滤后，向滤液中通入氨气，加入细小食盐颗粒，析出副产品______（填化学式），通氨气与加入细小食盐颗粒的作用是______．
（5）写出⑤煅烧发生反应的化学方程式：______．产品纯碱中含有碳酸氢钠．若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ω（NaHCO3）=______（注明表达式中所用的有关符号的含义）．
正确答案
解析
解：（1）粗盐中含有硫酸根离子、碳酸根离子、镁离子，常用的提纯食盐的沉淀剂为氢氧化钙溶液和碳酸钠溶液，沉淀剂A来源于石灰窑厂，所以A是氢氧化钙，B是碳酸钠，故答案为：Na2CO3；
（2）二氧化碳微溶于水，先通入二氧化碳，溶液中生成极少量的碳酸，再通入氨气，生成的产物量少，且易生成碳酸铵，氨气在水中溶解度很大，先通入氨气，溶液中生成较多的一水合氨，再通入CO2，生成的产物量多，且易生成碳酸氢铵，
故答案为：NH3；因为二氧化碳在水中的溶解度小而氨气在水中的溶解度比较大，且通入氨气溶液呈碱性有利于反应进行；
（3）碳酸氢钠的溶解度比碳酸钠小，滤渣是碳酸氢钠，所以先后通入C和D气体后，发生反应NH3+H2O+CO2+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl，
故答案为：NH3+H2O+CO2+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl；
（4）先后通入C和D气体后，④过滤后，滤渣是碳酸氢钠，向滤液中通入氨气，加入细小食盐颗粒，溶液中的氯离子和铵根离子的浓度增大，使氯化铵大量析出，故析出的副产品为：NH4Cl，
故答案为：NH4Cl；增大溶液中的氯离子和铵根离子的浓度，使氯化铵大量析出；
（5）煅烧时，碳酸氢钠分解2NaHCO3
故答案为：
我国化工专家侯德榜发明的侯氏制碱法的化学原理是将二氧化碳通入氨水的氯化钠饱和溶液中，其化学反应方程式为：NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl．
（1）在实验室中利用上述原理从反应所得溶液中分离出碳酸氢钠晶体的实验操作称为______，该装置使用的玻璃仪器有玻璃棒、______、______．
（2）实验所得碳酸氢钠晶体中，可能含有的杂质离子有Cl-和NH4+，实验室鉴定Cl-所选用的试剂是______，所发生反应的离子方程式为：______；鉴定另一种杂质离子NH4+的实验检验方法是______．
（3）碳酸氢钠晶体受热分解可得到纯碱，其化学反应方程式为______．
正确答案
解析
解：（1）提取液体中的固体并使其分离一般采用过滤的方式完成，过滤操作中用到的玻璃仪器主要有：烧杯、玻璃棒、漏斗，故答案为：过滤；烧杯；漏斗；
（2）实验室对溶液中氯离子的检验方法是：加入硝酸酸化的硝酸银溶液，如果由白色沉淀生成则可判断原溶液中存在氯离子，反应的离子方程式为Cl-+Ag+=AgCl↓；铵根离子的检验方法是：加入碱性较强的溶液并加热，如果能生成使湿润的紫色石蕊试纸变蓝的气体，则可证明铵根离子的存在，其原理是铵盐遇碱会生成氨气
故答案为：AgNO3溶液、稀HNO3；Cl-+Ag+=AgCl↓；取少量固体与强碱溶液混合加热，生成的气体用湿润的红色石蕊试纸检验；
（3）碳酸氢钠受热分解会生成碳酸钠、二氧化碳和水，反应的化学方程式为2NaHCO3
故答案为：2NaHCO3
根据侯德榜提出的工艺，制碱厂设计生产流程如下：
（1）该流程中可循环利用的物质是______．向母液中通氨气，并加入细小食盐颗粒，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
（2）检验产品纯碱中是否含有NaCl的试剂是______．
（3）某学习小组在实验室模拟制碱有关工艺．
①若利用氯化铵和熟石灰制取氨气，反应方程式是______，制得的氨气可用下列盛有NaCl溶液的______装置吸收．
②已知用饱和NaNO2与NH4C1溶液加热可制取氮气．该小组模拟工业合成氨设计如下装置：
仪器a的名称是______；氢气的发生装置应选用______；A装置加热片刻后，即应移去酒精灯以防反应物冲出，其原因是______．装置D的作用是①除去N2、H2中的水；②______；③观察并调节气泡速率，控制N2、H2的比例．
有同学认为：从氨合成器（E装置）中出来的气体连续通入F装置的NaCl溶液中，可能会发生倒吸．你认为是否可能并说明理由．______．
正确答案
解析
解：根据联合制碱法的原料为氨气、二氧化碳和饱和氯化钠，反应过程是向氨化的饱和氯化钠溶液中通入二氧化碳气体没说错碳酸氢钠晶体和氯化铵溶液，过滤得到碳酸氢钠固体，加热分解得到纯碱；
（1）整个生产流程中可进行循环使用的主要物质是NaCl、CO2，根据NH3+H2O+CO2+NaCl═NH4Cl+NaHCO3↓及流程图知，母液中溶质为氯化铵，向母液中通氨气加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通入的氨气和水反应生成一水合氨，一水合氨电离出铵根离子，铵根离子浓度增大有利于析出氯化铵，所以选项A正确；
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所以选项C正确，
故答案为：c；AC；
（2）要检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，实际上就是检验氯离子的存在，可先滴加过量稀硝酸，排除碳酸根离子的干扰，在滴加硝酸银溶液，如果有白色沉淀生成，则含有氯离子，
故答案为：稀HNO3和AgNO3溶液；
（3）①实验室制备氨气的方法是利用固体氯化铵和氢氧化钙加热反应生成氨气，反应的化学方程式为：2NH4Cl+Ca（OH）2
故答案为：2NH4Cl+Ca（OH）2
②仪器a的名称是蒸馏烧瓶，用金属锌和稀盐酸的反应产生氢气，是固体和液体不加热制取气体的方法，选择装置B，A装置加热片刻后，即应移去酒精灯以防反应物冲出，因本反应放热，不需持续加热，装置D中盛有浓硫酸，它的作用可以吸收水分，还可以使N2、H2混合均匀，还可以观察并调节气泡速率，控制N2、H2的比例，该反应生成的氨气中含有大量难溶于水的N2和H2，所以氨气溶于水不会导致倒吸，
故答案为：蒸馏烧瓶；B；因本反应放热，不需持续加热；使N2、H2混合均匀；否，该反应生成的氨气中含有大量难溶于水的N2和H2，氨气溶于水气压降低不是很大．
我国化工专家侯德榜，勇于创新，改进氨碱法设计了“联合制碱法”，为世界制碱工业作出了突出贡献．请完成下列问题：
（1）氨碱法和联合制碱法是两大重要的工业制碱法，下列表达中，不正确的是______．
某实验小组，利用下列装置模拟“联合制碱法”．
（2）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．
（3）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______；
（4）C中广口瓶内产生固体的总化学方程式为______．
正确答案
解析
解：（1）A．氨碱法：以食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原料，联合制碱法：以食盐、氨和二氧化碳（其中二氧化碳来自合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气）为原料，其中氨碱法原料中有石灰石，不是生石灰，故A错误；
B．氨碱法可能的副产物为氯化钙，联合制碱法可能的副产物氯化铵，故B正确；
C．氨碱法循环物质：氨气、二氧化碳，联合制碱法循环物质：氯化钠，二氧化碳，故C错误；
D．氨碱法原料（食盐和石灰石）便宜，产品纯碱的纯度高，副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用，制造步骤简单，适合于大规模生产，但设备复杂；能耗高，氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有72%～74%；联合制碱法最大的优点是使食盐的利用率提高到96%以上，废弃物少，故D正确；
故选AC．
（2）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；
（3）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；
（4）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．
与氨碱法比较，下列关于联合制碱法优点的判断中不正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A．氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有72%～74%；联合制碱法最大的优点是使食盐的利用率提高到96%以上，故A正确；
B．氨碱法：以食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原料来制取纯碱，联合制碱法：以食盐、氨和二氧化碳（其中二氧化碳来自合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气）为原料来制取纯碱，氨碱法循环物质：氨气、二氧化碳，联合制碱法循环物质：氯化钠，二氧化碳，最大的优点是把合成氨和纯碱两种产品联合起来，降低了成本，故B正确；
C．联合制碱法最大的优点是使食盐的利用率提高到96%以上，废弃物少，故C正确；
D．联合制碱法把合成氨和纯碱两种产品联合起来，回收循环使用氯化钠，二氧化碳，设备利用率高，加大了对设备的腐蚀，故D错误；
故选D．
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