- 纯碱的生产
- 共208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.
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:
则下列叙述错误的是( )
正确答案
解析
解:A、依据侯德榜制碱的原理是,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;食盐A为氨气,B为二氧化碳,故A正确;
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.通常是碳酸盐和固态酸的化合物;把纯碱及第Ⅲ步得到的晶体与某些固体酸性物质(如酒石酸)混合可制得发酵粉,故B正确;
C、碳酸钠是重要的化工原料之一,用途广泛,是玻璃、肥皂、洗涤剂、纺织、制革、香料、染料、药品等的重要原料.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D.
“侯氏制碱法”是我国著名的工业化学家侯德榜发明的,该制碱法为中国化学工业乃至世界化学工业做出了重要的贡献.请回答以下问题:
(1)为了验证NaHCO3和Na2CO3的稳定性,设计了如图1的实验装置(铁架台、夹持仪器、加热装置等已省略):
在Y中应放的物质是______(填化学式);
(2)某化学研究性学习小组以NH3、CO2、饱和食盐水为原料,模拟侯德榜先生制碱原理设计了如图2的实验装置.
①写出对应仪器的名称:a______,b______;
②实验的操作步骤中,打开旋塞K1、K2的合理顺序为:先打开______,后打开______(填字母代号).理由是______;
③利用该装置制得的NaHCO3将采用______(填实验操作)分离;装置中气胆的作用是______;
(3)实验室欲配制500mL0.1mol•L-1NaHCO3溶液.
①配制溶液时需用的玻璃仪器主要有量筒、烧杯、玻璃棒、______、______;
②下列情况会造成所配溶液的浓度偏低的是______.
a.加水时超过刻度线 b.容量瓶内壁附有水珠而未干燥处理
c.未洗涤烧杯和玻璃棒 d.定容时俯视刻度线.
正确答案
解析
解:(1)Y是直接加热的固体,可选择碳酸钠,X是间接加热选择碳酸氢钠,这样实验时直接加热的碳酸钠不分解,间接加热的碳酸氢钠发生分解,可得到碳酸钠比碳酸氢钠稳定,故答案为:Na2CO3;
(2)①装置中仪器a是分液漏斗,b是圆底烧瓶,故答案为:分液漏斗;圆底烧瓶;
②因为要先通NH3,再通CO2,则需先打开K1,再打开K2,主要是氨气在水中溶解度很大,先通氨气有利于二氧化碳的充分吸收,可提高制碱的效率,故答案为:K1;K2;氨气在水中溶解度很大,先通氨气有利于二氧化碳的充分吸收,可提高制碱的效率;
③利用过虑操作从反应后的混合液中获得碳酸氢钠,气胆可起到平衡内外压强,存储剩余气体的作用,故答案为:过滤;平衡内外压强,存储剩余气体;
(3)①配制5500mL0.1mol•L-1NaHCO3溶液,除量筒、烧杯、玻璃棒外还需要的玻璃仪器有500mL容量瓶及胶头滴管,故答案为:500mL容量瓶、胶头滴管;
②a.加水时超过刻度线,溶液体积偏大,浓度偏低,故正确;
b.容量瓶内壁附有水珠而未干燥处理,对溶质及溶液的体积无影响,对浓度也无影响,故错误;
c.未洗涤烧杯和玻璃棒,溶质没有完全转移到容量瓶中,浓度偏低,故正确;
d.定容时俯视刻度线,液面在刻度线以下,溶液体积偏小,浓度偏大,故错误;
故答案为:ac.
(2014春•湖南校级月考)氮气是制备含氮化合物的一种重要物质,而氮的化合物用途广泛.
(1)下面是利用氮气的一种途径:
①工业上过程Ⅱ的常见化学方程式是______;
②在碱性溶液中通过电解法可以实现由N2制取NH3:2N2+6H2O4NH3+3O2,阴极的电极反应式是______.
(2)在25℃下将2a mol•L-1的氨水与0.02mol•L-1的盐酸等体积混合,反应后若溶液显中性,则NH3•H2O的电离常数Kb=______.(用含a的代数式表示)
(3)我国化学工程专家侯德榜(1890-1974)于1943年创立的侯氏制碱法,是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来,同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法.其生产流程可简要表示如图:
①在沉淀池加入饱和食盐水,应先通入的气体是______;
②沉淀池中反应的化学方程式为______;
(4)实验室模拟侯氏原理制备纯碱的主要步骤包括:将配制好的饱和NaCl溶液倒人烧杯中,加热到一定温度范围,搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体;加料完毕后,继续保温30min,箭置,过滤得NaHCO3晶体,洗涤晶体,干燥后,转入坩埚中,灼烧2小时,制得Na2CO3晶体.请参考表中的数据填空.
四种盐在不同温度下的溶解度表(g/100g水)
①实验中只析出NaHCO3晶体的原因是______.
②操作过程中反应温度应控制在30℃<t<______.
③过滤后得到母液中含有的离子有______,向其中加入适量盐酸,并做进一步处理,使NaCl循环利用,同时回收NH4Cl.
正确答案
解析
解:(1)①氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程,过程Ⅱ的化学方程式为:N2+O22NO,故答案为:N2+O2
2NO;
②阴极N2得到电子,化合价升高,发生还原反应,阳极OH-失去电子发生氧化反应,阴极反应:N2+6e-+6H2O=2 NH3+6OH-,故答案为:N2+6e-+6H2O=2 NH3+6OH-;
(2)反应后溶液中存在电荷守恒:c(NH4+)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),因为c(NH4+)=c(Cl-),所以c(H+)=c(OH-),溶液呈中性;由溶液的电荷守恒可得:c(H+)+c(NH4+)=c(Cl-)+c(OH-),已知c(NH4+)=c(Cl-),则有c(H+)=c(OH-),所以溶液显中性;平衡时溶液中c(NH4+)=c(Cl-)=0.01mol/L,根据物料守恒得n(NH3.H2O)=(a-0.01)mol/L,根据电荷守恒得c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L,电离常数只与温度有关,则此时NH3•H2O的电离常数Kb==
=
,故答案为:
;
(3)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:NH3;
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↓,故答案为:NH3+CO2+NaCl+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl;
(4)①根据表中数据知道:在相同的温度下,碳酸氢钠的溶解度较小,所以实验中只析出NaHCO3晶体,故答案为:在相同的温度下,碳酸氢钠的溶解度较小;
②碳酸氢铵与碳酸氢钠的溶解度在30℃时相差较大,有利于碳酸氢钠析出,若温度过低,则反应速率较慢,高于35℃时NH4HCO3开始分解,故反应温度控制在30~35℃之间为宜;故答案为:35℃;
③过滤除去析出的碳酸氢钠,溶液中还有部分碳酸氢钠未析出,是碳酸氢钠的饱和溶液,还有溶解在溶液中未析出的NaCl、NH4Cl、NH4HCO3,所得的母液主要成分为NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3,Na+、Cl-、HCO3-、NH4+.
故答案为:Na+、Cl-、HCO3-、NH4+.
1942年,我国化学专家侯德榜先生打破国外对制碱技术的垄断,发明了著名的侯氏制碱法,已知:直接从海水中获得的粗盐含有较多的Ca2+、Mg2+,某工业生产纯碱的工艺流程示意图如下:
(1)沉淀A的化学式为______.
(2)煅烧过程中发生反应的化学反应方程式为______.
(3)煅烧是否完全关系到产品的质量,某检验员对煅烧过程中的样品进行检验,其实验方法如下:
首先,称取样品(含有Na2CO3和NaHCO3)4.02g,向其中加入250mL稀HCl,产生CO2的体积为896mL(标准状况下);然后,将过量的HCl用0.2mol/L的NaOH溶液滴定,当消耗NaOH溶液的体积为150mL时,恰好完全中和,计算样品中的Na2CO3的百分含量.
正确答案
解析
解:(1)在粗盐的水溶液里加入CaO和Na2CO3后得到的沉淀A为Mg(OH)2和CaCO3,故答案为:Mg(OH)2和CaCO3;
(2)碳酸氢钠受热分解的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,故答案为:2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O;
(3)样品过量盐酸反应生成CO2物质的量为0.04mol,设碳酸钠的物质的量为xmol,碳酸氢钠为ymol,结合原子守恒可得:①x+y=0.04 ②106x+84y=4.02,解得x=0.03mol,则样品中碳酸钠的质量百分数为=79.1%,答:样品中的Na2CO3的百分含量为79.1%.
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
2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑
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:2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,
故答案为:过滤、洗涤、灼烧; 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑.
石灰石是一种化工原料,可以通过反应生成一系列物质,如图.
下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A.漂白精为氯气和氢氧化钙反应的产物,2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O,其主要成分是次氯酸钙和氯化钙,故A错误;
B.NH3极易溶于水且溶液呈弱减性,再通入CO2使之更多地转化为HCO3-,故工业上,可先向饱和食盐水中通入NH3后再通入CO2制NaHCO3,碳酸钠受热分解制取纯碱,故B正确;
C.纯碱是碳酸钠,俗名苏打,是由钠离子和碳酸根离子组成的化合物,属于盐,故C错误;
D.向饱和食盐水中通NH3,然后再通CO2制取碳酸氢钠,加热分解碳酸氢钠制取纯碱,两反应中元素化合价不变化,属于非氧化还原反应,但制备漂白精的反应中氯元素的化合价由0价变化为-1、+1价,属于氧化还原反应,故D错误;
故选B.
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.
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