- 纯碱的生产
- 共208题
某化学小组模拟“侯氏制碱法”,以NaCl、NH3、CO2和水等为原料以及图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______、洗涤、灼烧.
(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,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10.5g NaHCO3固体,加热了t1min后,剩余固体的质量为7.4g.如果把此剩余固体全部加入到200mL 1mol/L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
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:吸收HCl;NH3;
(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;
故答案为:过滤;
(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10.5g NaHCO3固体物质的量==0.125mol,加热了t1min后,剩余固体的质量为7.4g.依据化学方程式存在的质量变化计算:
2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O△m
2 1 62
0.1mol 0.05mol 10.5g-7.4g
反应后NaHCO3物质的量=0.125mol-0.1mol=0.025mol;NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑;消耗氯化氢物质的量0.025mol;
Na2CO3物质的量=0.05mol,Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑,消耗氯化氢物质的量0.1mol;
剩余氯化氢物质的量=0.200L×1mol/L-0.025mol-0.1mol=0.075mol,剩余溶液中c(H+)==0.375mol/L
故答案为:0.375mol/L
NaCl在纯碱工业、氯碱工业、氯酸钾工业、肥皂工业等方面都有重要作用.
(1)19世纪60年代氨碱法是纯碱工业广泛使用的方法,20世纪20年代以后被联合制碱法逐渐取代.
①请写出以NaCl为原料利用氨碱法生产纯碱的化学方程式______、______;
②在联合制碱法中,纯碱工厂与______工厂进行联合生产,以便获得原料______;
③在联合制碱法中循环使用,而在氨碱法中循环使用率不高的物质是______.
(2)氯酸钾是重要的化工产品,在火柴、炸药、雷管、焰火等制造中有重要应用.工业中首先通过电解热食盐水制得氯酸钠,再加入一定量的氯化钾即可得到氯酸钾沉淀.
①在火柴、炸药、雷管、焰火的制造过程中大量使用氯酸钾,主要应用氯酸钾的______性;
②请写出电解食盐水生产氯酸钠的化学方程式______.
(3)在肥皂的工业生成过程中,也要使用NaCl的目的是______.
正确答案
解析
解:(1)①氨气溶于水所得氨水呈碱性,比水更易吸收二氧化碳;向饱和的氯化钠溶液中依次通入氨气、二氧化碳,析出碳酸氢钠晶体,加热碳酸氢钠晶体可制得纯碱,上述反应的化学方程式分别为:NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓(或NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl ),2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,
故答案为:NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl(或NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl );2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O;
②在联合制碱法中,联合制碱法包括两个过程:第一个过程与氨碱法相同,将氨通入饱和食盐水而成氨盐水,再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀,经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体,再煅烧制得纯碱产品,放出的二氧化碳气体可回收循环使用,其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液,第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体,在低温条件下,向滤液中加入细粉状的氯化钠,并通入氨气,可以使氯化铵单独结晶沉淀析出,经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品,纯碱工厂与合成氨工厂进行联合生产,以便获得原料NH3、CO2,
故答案为:合成氨;NH3、CO2;
③氨碱法的最大缺点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,此外氨碱法与联合制碱法相比,CO2循环使用率也不高,
故答案为:CO2;NaCl;
(2)①处于高价的元素具有氧化性,氯酸钾中氯元素的化合价为+5价,在火柴、炸药、雷管、焰火的制造过程中分解生成氯化钾和氧气,氯元素化合价降低,表现强氧化性,
故答案为:强氧化;
②化合价升高的氯元素被氧化,化合价由-1价升高到+5价,化合价降低的氢元素被还原,化合价由+1价降低到0价,根据氧化还原反应得失电子数相等,反应为:NaCl+3H2ONaClO3+3H2↑,
故答案为:NaCl+3H2ONaClO3+3H2↑;
(3)工业上制肥皂时,为了使肥皂和甘油充分分离,常向皂化锅中慢慢加入食盐颗粒,将高级脂肪酸钠从混合液中析出,
故答案为:加入食盐使肥皂析出;
纯碱(Na2CO3)在工业生产和生活中有重要应用,其实验室制法和工业制法如下:
【实验室制备纯碱】
①将饱和NaCl溶液倒入烧杯中加热,控制温度为30-35℃
②搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体,加料完毕,保温30分钟
③静置、过滤得NaHCO3晶体
④用少量蒸馏水洗涤、抽干
⑤将所得固体转入蒸发皿中灼烧得Na2CO3固体
问题:
(1)反应将温度需控制在30-35℃,通常采取的加热方法为_________________ ;控制该温度的原因是
__________________;
(2)静置后只析出NaHCO3晶体的原因是____________________。
【工业制备纯碱】
(3)沉淀池中反应的离子方程式为_________________________;
(4)循环(I)、 循环(Ⅱ)中物质的化学式分别为_____________________。两种制备纯碱的方法中,共同涉及的化学反应方程式为_________________________。
正确答案
(1)水浴加热;防止NH4HCO3分解而影响NaHCO3晶体的生成
(2)碳酸氢钠溶解度最小
(3)Na++NH3+H2O+CO2==NaHCO3↓+NH4+(4)NaCl、CO2;2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O
技术的发展与创新永无止境。我国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图所示
(1)向沉淀池中要通入CO2和氨气,应先通入________(填化学式),原因是_________________
(2)沉淀池中发生反应的化学方程式是____________________
(3)母液中的溶质主要是________,向母液中通氨气,加入细小食盐颗粒,冷却析出副产品。通氨气的作用是____________________。
(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;物质X是__________,从沉淀池中提取沉淀的操作是_______________
(5)写出煅烧炉中发生反应的化学方程式:____________________。
(6)这样制得的产品碳酸钠中可能含有的杂质是__________(填化学式),为检验该杂质的存在,具体操作是________________。
正确答案
(1)NH3;因为CO2在NaCl溶液中的溶解度较小,而NH3极易溶于水,先通NH3有利于CO2的吸收
(2)NH3+CO2+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl
(3)NH4Cl;增大NH4+的浓度,使NH4Cl更多地析出
(4)循环I;CO2;过滤
(5)2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O
(6)NaCl;取少量试样溶于水后,再滴加用硝酸酸化的AgNO3溶液,若有白色沉淀生成,说明含有NaCl杂质
纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制 碱法”两种工艺。请按要求回答问题:
(1)“氨碱法”产生大量CaCl2废弃物,请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式:_______________________________________________________;
(2)写出“联合制碱法”有关反应的化学方程式:____________________________________________;
(3) CO2是制碱工业的重要原料,“联合制碱法”与“氨碱法”中CO2的来源有何不同?__________________________________________________________;
(4)绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。根据“联合制碱法”总反应,列出计算原子利用率的表达式:
原子利用率(%) =________________________________。
正确答案
(1)2NH4Cl+Ca( OH)2===2NH3↑+CaCl2+ 2H2O
(2)NH3+CO2 +H2O +NaCl(饱和)=== NaHCO3↓+NH4Cl 2NaHCO3===Na2CO3 +CO2↑+H2O (或写总反应方程式:2NaCl+2NH3 +CO2 +H2O===Na2CO3+ 2NH4C1)
(3)“氨碱法”中的CO2来源于石灰石煅烧,“联合制碱法”中的CO2来源于合成氨工业的废气;
(4)“联合制碱法”原子利用率的表达式:
碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。工业碳酸钠(钝度约98%)中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和SO42-等杂质,提纯工艺路线如下
已知碳酸钠的溶解度(S)随温度变化的曲线如下图所示
回答下列问题
(1)滤渣的主要成分为_____________
(2)“趁热过滤”的原因是___________。
(3)若在实验室进行“趁热过滤”,可采取的措施是___________(写出一种)
(4)若“母液”循环使用,可能出现的问题及其原因是______________________。
(5)已知:
Na2CO3·10H2O(s)=Na2CO3(s)+10H2O(g) ΔH1=+532.36 kJ·mol-1Na2CO3·10H2O(s)=Na2CO3·H2O(s)+9H2O(g) ΔH2=+473.63 kJ·mol-1
写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式______________________。
正确答案
(1)Mg(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3(2)使析出的晶体为Na2CO3·H2O,防止因温度过低而析出Na2CO3·10H2O晶体或Na2CO3·7H2O晶体,使后续的加热脱水耗时长
(3)用预热过滤装置(或已预热的布氏漏斗趁热抽滤,或用常压热过滤漏斗进行过滤)
(4)产品纯度降低,因为循环使用时母液中Cl-与SO42-浓度增大,导致产品含有NaCl或Na2SO4杂质。
(5)Na2CO3·H2O(s)== Na2CO3(s)+ H2O(g) △H= +58.73kJ/mol
以食盐为原料进行生产并综合利用的某些过程如下图所示。
(1)除去粗盐中的Ca2+、Mg2+和SO42-,加入下列沉淀剂的顺序是(填序号)________。
a.Na2CO3 b.NaOH c.BaCl2
(2)将滤液的pH调至酸性除去的离子是___________。
(3)电解饱和食盐水反应的离子方程式是________________。
(4)若向分离出NaHCO3晶体后的母液中加入过量生石灰,则可获得一种可以循环使用的物质,其化学式是____________。
(5)纯碱在生产生活中有广泛的应用。
①纯碱可用于除灶台油污。其原因是(结合离子方程式表述)_______________。
②常温下,向某pH= 11的Na2CO3溶液中加入过量石灰乳,过滤后所得溶液pH=13。则反应前的溶液中与反应后的滤液中水电离出的c(OH-)的比值是__________
③工业上,可以用纯碱代替烧碱生产某些化工产品。如用饱和纯碱溶液与Cl2反应制取有效成分为NaClO的消毒液,其反应的离子方程式是___________________。(已知碳酸的酸性强于次氯酸)
正确答案
(l)cab或者cba或者bca
(2)CO32-、OH- (3)2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
(4)NH3(5)①CO32-水解显碱性CO32-+H2OHCO3-+OH-,油污在碱性条件下水解,达到去污目的;
②1×1010;③2CO32-+Cl2+H2O==Cl-+ClO-+2HCO3-
【三选一---化学与技术】
纯碱是工业生产的重要原料,很长一段时间内纯碱的制法被欧美国家所垄断。上个世纪初我国著名的化学家侯德榜先生,经过数年的反复研究终于发明了优于欧美制碱技术的联合制碱法(又称侯氏制碱法)。并在天津建造了我国独立研发的第一家制碱厂。其制碱原理的流程如下
(1)侯德榜选择天津作为制碱厂的厂址有何便利条件:_________________ (举两例说明)。
(2)合成氨工厂需要向制碱厂提供两种原料气体,它们分别是____、____(填化学式)。这两种气体在使用过程中是否需要考虑添加的顺序?____(填“需要”或“不需要”),原因是_____________。
(3)在沉淀池中发生反应的化学方程式是______________。
(4)联合制碱法使原料水中溶质的利用率从70%提高到90%以上,主要是设计了_________(填上述流程中的编号)。从母液中提取出的副产品的应用是____________(举一例)。
正确答案
(l)原料丰富、运输便利
(2)CO2;NH3;需要氨气在水中溶解度大,先通氨气后再通CO2产生碳酸氢铵多,有利于碳酸氢钠析出
(3)NaCl(饱和)+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl
(4)循环I;作化肥
纯碱是工业生产的重要原料,很长一段时间内纯碱的制法被欧美国家所垄断。上个世纪初我国著名的化学家侯德榜先生,经过数年的反复研究终于发明了优于欧美制碱技术的联合制碱法(又称侯氏制碱法)。并在天津建造了我国独立研发的第一家制碱厂。其制碱原理的流程如下
(1)侯德榜选择天津作为制碱厂的厂址有何便利条件:_________________ (举两例说明)。
(2)合成氨工厂需要向制碱厂提供两种原料气体,它们分别是____、____(填化学式)。这两种气体在使用过程中是否需要考虑添加的顺序?____(填“需要”或“不需要”),原因是_____________。
(3)在沉淀池中发生反应的化学方程式是______________。
(4)联合制碱法使原料水中溶质的利用率从70%提高到90%以上,主要是设计了_________(填上述流程中的编号)。从母液中提取出的副产品的应用是____________(举一例)。
正确答案
(l)原料丰富、运输便利
(2)CO2;NH3;需要氨气在水中溶解度大,先通氨气后再通CO2产生碳酸氢铵多,有利于碳酸氢钠析出
(3)NaCl(饱和)+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl
(4)循环I;作化肥
以食盐为原料进行生产并综合利用的某些过程如下图所示。
(1)除去粗盐中的Ca2+、Mg2+和SO42-,加入下列沉淀剂的顺序是(填序号)_________。
a. Na2CO3 b.NaOH c.BaCl2(2)将滤液的pH调至酸性除去的离子是________________。
(3)电解饱和食盐水的离子方程式是_________________。
(4)若向分离出NaHCO3晶体后的母液中加入过量生石灰,则可获得一种可以循环使用的物质,其化学式
是_____________。
(5)纯碱在生产生活中有广泛的应用。
①纯碱可用于除灶台油污。其原因是(结合离子方程式表述)______________。
②常温下,向某pH =11的Na2CO3溶液中加入过量石灰乳,过滤后所得溶液pH=13。则反应前的溶液中与反应后的滤液中水电离出的c(OH-)的比值是___________。
③工业上,可以用纯碱代替烧碱生产某些化工产品。如用饱和纯碱溶液与Cl2反应制取有效成分为NaClO的消毒液,其反应的离子方程式是_______________(已知碳酸的酸性强于次氯酸)。
正确答案
(1)cab或者cba或者bca
(2)CO32-和OH-(3)2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
(4)NH3 (5)①CO32-水解显碱性:CO32-+H2OHCO3-+OH-,油污在碱性条件下水解,达到去污的目的;
②1×1010;③2CO32-+Cl2+H2O=Cl-+ClO-+2HCO3-
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