- 纯碱的生产
- 共208题
(2015•德阳模拟)碳酸氢钠是一种重要的化工原料,在日常生活中也有广泛的用途,侯德榜先生发明了连续生产纯碱与氯化铵的联合制碱工艺,成为近代化学工业的奠基人之一,该反应原理为:NH3+CO2+H2O+NaCl(饱和)═NaHCO3↓+NH4Cl△H<0.
现用如图所示装置和上述原理制取碳酸氢钠晶体,图中夹持装置已略去.
可选用的药品有:①石灰石②生石灰③6mol/L盐酸④稀硫酸⑤浓氨水⑥饱和氯化钠溶液⑦饱和碳酸氢钠溶液
请回答下列问题
(1)仪器a的名称是______.
(2)B中应选用的药品是______(填序号)
(3)在实验过程中,应先向C中通入的气体的化学式是______,其原因是______.
(4)D中脱脂棉应浸润的试剂是______(填写字母编号)
a.浓硫酸 b.稀硫酸 c.氢氧化钠溶液 d.浓硝酸
(5)该小组同学为了测定C中所得晶体中碳酸氢钠的纯度(假设晶体中不含碳酸盐杂质),先将晶体充分干燥后,称量质量为wg,称量质量为wg,然后进行如下图所示实验:
①操作Ⅲ中的方法是______,______,______
②所得晶体中碳酸氢钠的纯度是______.(不必化简)
正确答案
解析
解:(1)A装置为制取二氧化碳的装置,仪器a为圆底烧瓶,故答案为:圆底烧瓶;
(2)B装置的作用为除去二氧化碳中的氯化氢,二氧化碳在饱和碳酸氢钠溶液中溶解度不大,氯化氢能够与碳酸氢钠反应生成二氧化碳,所以B中盛有试剂为饱和碳酸氢钠溶液,
故答案为:⑦;
(3)CO2在水中溶解度小,氨气极易溶于水,则先通NH3至饱和,然后通入二氧化碳气体,有利于NaHCO3析出,
故答案为:NH3;CO2在水中溶解度小,先通NH3至饱和,有利于NaHCO3析出;
(4)氨气易挥发,D中脱脂棉应浸润的试剂吸收逸出的氨气,浓硫酸能使棉花脱水、浓硝酸具有挥发性,氨气为碱性气体,与硫酸反应,所以选择稀硫酸,
故答案为:b;
(5)测定C中所得晶体的碳酸氢钠的纯度(假设晶体中不含碳酸盐杂质),将晶体充分干燥后,称量质量为wg,此时为碳酸氢钠粗品质量,操作1将晶体加热到质量不再变化时,所得粉末为碳酸钠和杂质,然后溶解,加入氢氧化钡溶液,氢氧化钡跟碳酸钠反应生成碳酸钡,将生成的碳酸钡过滤、洗涤、干燥,称量为n g,
反应的化学方程式为①2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,②Na2CO3+Ba(OH)2=BaCO3 ↓+2NaOH,得到的碳酸钡需要经过过滤、洗涤、干燥后方可称量.
设样品中碳酸氢钠的质量为x,由上两式可得关系式:
2NaHCO3~BaCO3
84×2 197
x n
=
,x=
,
所得晶体中碳酸氢钠的纯度×100%,
故答案为:过滤;洗涤;干燥;×100%.
工业上以侯氏制碱法为基础生产焦亚硫酸钠(Na2S2O5).其制备工艺流程如下:
已知:反应Ⅱ包含2NaHSO3⇌Na2S2O5+H2O等多步反应.
(1)反应I的化学方程式为:______.
(2)“灼烧”时发生反应的化学方程式:______.
(3)已知Na2S2O5与稀硫酸反应放出SO2,其离子方程式为:______.
(4)反应I时应先通的气体为______副产品X的化学式是______.生产中可循环利用的物质为______(填化学式)
(5)为了减少产品Na2S2O5中杂质含量,需控制反应Ⅱ中气体与固体的物质的量之比约为______.检验产品中含有碳酸钠杂质所需试剂是______(填编号)
①酸性高锰酸钾 ②品红溶液 ③澄清石灰水
④饱和碳酸氢钠溶液 ⑤NaOH ⑥稀硫酸.
正确答案
NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl
2CuS+3O22CuO+2SO2
S2O52-+2H+=2SO2↑+H2O
NH3
CuSO4•5H2O
CO2
2:1
①③⑥
解析
解:(1)流程确定反应物为NaCl、NH3、CO2,产物为NH4Cl和碳酸氢钠,反应Ⅰ的化学方程式为:NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl,
故答案为:NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl;
(2)硫化铜灼烧一定生成氧化铜和二氧化硫,反应的化学方程式为:2CuS+3O22CuO+2SO2,故答案为:2CuS+3O2
2CuO+2SO2;
(3)根椐提示可知生成二氧化硫和水,Na2S2O5与稀硫酸反应放出SO2和水,反应的离子方程式为:S2O52-+2H+=2SO2↑+H2O,
故答案为:S2O52-+2H+=2SO2↑+H2O;
(4)反应Ⅰ进行时应先通入氨气,增大HCO3-的浓度,便于NaHCO3析出;上述分析可知,氧化铜与硫酸反应生成硫酸铜,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤洗涤,得出硫酸铜晶体,副产品X的化学式是CuSO4•5H2O,根据流程图可知,可循环使用的物质是CO2,
故答案为:NH3;CuSO4•5H2O;CO2;
(5)从生产过程可以看出是硫酸铜晶体;从图示中可以看出二氧化碳和水可以再次利用,反应Ⅱ中气体与固体分别是二氧化硫和碳酸钠,这两种物质反应必须生成亚硫酸氢钠:反应Ⅱ中反应应是二氧化硫与碳酸钠反应生成NaHSO3,NaHSO3再生成Na2S2O5,反应方程式为Na2CO3+2SO2+H2O=2NaHSO3+CO2,因此气体与固体的物质的量之比为2:1,检验产品中含有碳酸钠杂质,需加酸反应检验二氧化碳生成,即用的澄清石灰水,但加酸会生成二氧化硫,二氧化硫也能使澄清石灰水变浑浊,故应先除去,用酸性高锰酸钾溶液根据颜色不褪色确定二氧化硫除净,故选①③⑥,
故答案为:2:1;①③⑥.
1862年比利时化学家索尔维以NaCl、CO2、NH3、H2O为主要原料,制得纯净碳酸钠,称之为索尔维制碱法.
索尔维制碱法的主要操作程序是:①在饱和食盐水中通入氨气氨化后,再通入二氧化碳,析出碳酸氢钠晶体;
②将碳酸氢钠固体在250℃焙烧以制得碳酸钠,生成的二氧化碳可循环使用;
③在分离出碳酸氢钠固体的母液里,加入生石灰加入,使氨逸出,并循环使用.
阅读以上材料,回答以下各问:
(1)饱和食盐水要先氨化后,再通入二氧化碳,在这个生成NaHCO3过程中,发生的两步化学方程式是______、______.
(2)在析出NaHCO3晶体的母液中,加入生石灰并加热时,发生反应的化学方程式是______.
(3)把NaHCO3变为Na2CO3的化学方程式是______.
(4)我国化学家侯德榜提出了将索尔维制碱与合成氨联合生产,创立了全新的现代制碱工艺,被世界化学界称为侯氏制碱法.
侯氏制碱法的主要特点是:用合成氨厂生产的NH3及CO2为原料,在析出NaHCO3晶体的母液里,加入食盐,使氯化铵晶体析出,饱和食盐水循环使用.
阅读以上材料,简析侯氏制碱法的优点:______.
正确答案
解析
解:(1)氨化的饱和NaCI溶液中通过入CO2,反应生成碳酸氢钠和氯化铵,方程式为:CO2+NH3+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl;
故答案为:CO2+NH3+H2O=NH4HCO3、NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl;
(2)析出小苏打的母液中含有氯化铵和碳酸氢钠,加入生石灰后,生石灰与水反应生成氢氧化钙,碳酸氢钠溶液与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀,氢氧化钙与氯化铵反应生成氨气,发生的化学方程式为:CaO+H2O=Ca(OH)2、NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+NaOH+H2O、2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O;
故答案为:CaO+H2O=Ca(OH)2、NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+NaOH+H2O、2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O;
(3)碳酸氢钠受热分解的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,故答案为:2NaHCO3
Na2CO3+H2O+CO2↑;
(4)索尔维法缺点:大量CaCl2用途不大,NaCl利用率只有70%,约有30%的NaCl留在母液中;
侯氏制碱法的优点:把合成氨和纯碱两种产品联合生产,提高了食盐利用率,缩短了生产流程,减少了对环境的污染,降低了纯碱的成本.保留了氨碱法的优点,消除了它的缺点,使食盐的利用率提高到96%;NH4Cl可做氮肥;可与合成氨厂联合,使合成氨的原料气CO转化成CO2,减少无用的氯化钙生成;
故答案为:使NH4Cl析出,可做氮肥;减少无用的CaCl2生成,原料NaCl充分利用.
下列关于氨碱法(索氏)和联合制碱法(侯氏)说法错误的是( )
正确答案
解析
解: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,两者的原料来源不相同,故A错误;
B.氨碱法其化学反应原理是:NH3+CO2+H2O+NaCl(饱和)=NaHCO3↓+NH4Cl,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,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,故B正确;
C.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C正确;
D.氨碱法(索氏)和联合制碱法(侯氏)两者最终产品都是Na2CO3,故D正确;
故选A.
“侯氏制碱法”是我国化工专家侯德榜以NaCl、NH3、CO2等为原料制得NaHCO3,进而生产纯碱的一种化工方法.有关的化学反应方程式如下:
NH3+CO2+H2O=NH4HCO3
NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O
(1)“侯氏制碱法”把合成氨和纯碱两种产品联合生产,已知合成氨为放热反应:①若从反应速率角度考虑选择条件为______(选填字母,下同);
②若从平衡移动原理角度来考虑选择条件为______;
③综合考虑该生产应选择的条件是______.
a.高温 b.低温 c.常温 d.高压 e.低压 f.常压 j.催化剂
(2)碳酸氢铵与饱和食盐水反应,能析出碳酸氢钠晶体的原因是______(选填字母)
a.碳酸氢钠难溶于水
b.碳酸氢钠受热易分解
c.碳酸氢钠的溶解度相对较小
(3)某探究活动小组根据上述制碱原理,欲制备碳酸氢钠,设计了如下的方案进行实验.
甲同学:将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠,实验装置如下图所示(图中夹持、固定用的仪器未画出).实验结束后,分离出NaHCO3晶体的操作是______(填操作名称).乙同学:用图中戊装置进行实验(其它装置未画出).为提高二氧化碳在此反应溶液中被吸收的程度,实验时,须先从a管通入______气体,再从b管中通入______气体.
(4)请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠固体的方法(用必要的文字说明并写出有关化学反应方程式):______.
正确答案
解析
解:(1)①若从反应速率角度考虑选择条件为高温、高压和使用催化剂,
故答案为:adj;
②合成氨为气体物质的量减少的放热反应,高压、低温有利于提高氨的平衡浓度,从勒沙特列原理可以选择bd,
故答案为:bd;
③适宜的温度和压强下,可以提高反应物的转化率,使得催化剂的催化活性较高,让化学反应有利于正向进行,同时加入催化剂可以加快反应速率,所以实际工业合成氨的反应条件为:高温、高压、催化剂,即adj正确,
故答案为:adj;
(2)根据复分解反应完成的条件可知,NaHCO3的溶解度较小,是析出碳酸氢钠晶体的主要原因,所以c正确,
故答案为:c;
(3)固液分离操作用过滤操作.由于CO2的溶解度较小,因此通入CO2前,应先从a管通入氨气(防止NH3倒吸),因为氨气、H2O、CO2反应生成NH4HCO3,可以大大提高CO2的吸收,b管通入CO2有利于CO2的充分吸收,
故答案为:过滤;氨气;CO2;
(4)可以将过量的CO2通入NaOH溶液或Na2CO3中,反应的化学方程式为:NaOH+CO2=NaHCO3或Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3,
故答案为:NaOH+CO2=NaHCO3或Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3.
工业制纯碱的第一步是通过饱和食盐水、氨和二氧化碳之间的反应,制取碳酸氢钠晶体.该反应原理可以用以下化学方程式表示,此反应是放热反应.NH3+CO2+H2O+NaCl (饱和)═NaHCO3(晶体)+NH4Cl
Ⅰ、利用上述反应原理,设计如下图所示装置,制取碳酸氢钠晶体.B中盛有饱和碳酸氢钠溶液,C烧杯中盛有冰水,D中装有蘸稀硫酸的脱脂棉,图中夹持装置已略去.
2,4,6
可选用的药品有:a.石灰石 b.生石灰 c.6mol/L盐酸 d.稀硫酸 e.浓氨水f.饱和氯化钠溶液.
①A中制备气体的离子方程式______,E中制备气体时所需药品是(选填字母代号)______
②B中溶液作用是______C烧杯中冰水的作用是______.
③检验D出口处是否有氨气逸出的方法是:______
Ⅱ、该小组同学为了测定C中所得晶体的碳酸氢钠的纯度(假设晶体中不含碳酸盐杂质),将晶体充分干燥后,称量质量为wg.再将晶体加热到质量不再变化时,称量所得粉末质量为mg.然后进行如图所示实验:
请填空:操作III的方法为______、______、______;所得晶体中碳酸氢钠的纯度为______.
正确答案
解析
解:Ⅰ、A装置为制取二氧化碳装置,反应的离子方程式为CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O,
B装置用于除去CO2中的HCl;
E装置为制取氨气装置,制取氨气用浓氨水和生石灰来制备,代号为be;
C中反应装置制取碳酸氢钠 NH3+CO2+H2O+NaCl (饱和)═NaHCO3(晶体)+NH4Cl,反应为放热反应,C烧杯中放冰水降低温度有利于平衡向正方向移动;
氨气为刺激性气味气体,要进行尾气处理,检验D出口处是否有氨气逸出的方法是将湿润的红色石蕊试纸放在D出口处,若试纸变蓝,则证明有氨气逸出,若试纸不变蓝,则证明没有氨气逸出;
故答案为:Ⅰ①CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O;be;②除去CO2中的HCl; 降低温度有利于平衡向正方向移动;
③将湿润的红色石蕊试纸放在D出口处,若试纸变蓝,则证明有氨气逸出,若试纸不变蓝,则证明没有氨气逸出
Ⅱ、反应的化学方程式为①2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,②Na2CO3+CaCl2=CaCO3 ↓+H2O+2NaCl,得到的碳酸钙需要经过过滤、洗涤、干燥后方可称量.
设样品中碳酸氢钠的质量为x,由上两式可得关系式:
2NaHCO3--CaCO3
84×2 100
x n
=
,
x= g,
碳酸氢钠的质量分数=×100%=
×100%
故答案为:Ⅱ过滤、洗涤、干燥;×100%.
我国制碱工业的先驱--侯德榜先生,1939年发明了著名的侯氏制碱法,其核心反应原理可用如下化学方程式表示:
NH3+CO2+NaCl+H2O═NH4Cl+NaHCO3(晶体),依据此原理,欲制得碳酸氢钠晶体,某校学生设计了如下实验装置,其中B装置中的试管内是溶有氨和氯化钠的溶液,且二者均已达到饱和.
(1)A装置中所发生反应的离子方程式为______.C装置中稀硫酸的作用为______.
(2)下表中所列出的是相关物质在不同温度下的溶解度数据(g/100g水)
参照表中数据,请分析B装置中使用冰水的目的是______.
(3)该校学生在检查完此套装置气密性后进行实验,结果没有得到碳酸氢钠晶体,指寻教师指出应在______装置之间(填写字母)连接一个盛有______的洗气装置,其作用是______.
(4)若该校学生进行实验时,所用饱和食盐水中含NaCl的质量为5.85g,实验后得到干燥的NaHCO3晶体的质量为5.04g,则NaHCO3的产率为______.
正确答案
解析
解:(1)A装置是指取二氧化碳气体的装置,是碳酸钙和盐酸发生反应生成氯化钙、水和二氧化碳;反应的离子方程式为:CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O;C装置稀硫酸是尾气处理装置吸收过量的氨气,防止污染环境;
故答案为:CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O;吸收从B装置中的试管内逸出的氨气,减少对环境的污染;
(2)B装置中的试管内是溶有氨和氯化钠的饱和溶液,通入二氧化碳气体会发生反应生成碳酸氢钠和氯化铵,依据图标分析可知温度越低,碳酸氢钠的溶解度越小,所以温度越低越有利于碳酸氢钠的晶体析出;
故答案为:温度越低碳酸氢钠溶解度越小,便于析出;
(3)二氧化碳气体中含有氯化氢气体,通入后和氨气反应不能生成碳酸氢钠,所以的不到碳酸氢钠晶体,所以需要加一个洗气装置用饱和碳酸氢钠溶液除去二氧化碳中的氯化氢气体;
故答案为:AB,饱和碳酸氢钠溶液;除去二氧化碳气体中的氯化氢气体;
(4)饱和食盐水中含NaCl的质量为5.85g,依据化学方程式计算NH3+CO2+NaCl+H2O═NH4Cl+NaHCO3(晶体),理论得到碳酸氢钠质量为8.4g:实验后得到干燥的NaHCO3晶体的质量为5.04g,则碳酸氢钠的产率=×100%=60%;
故答案为:60%
(2014•新建县校级模拟)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.
①“氨碱法”产生大量CaCl2废弃物,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:______;
③CO2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?______.
正确答案
解析
解:①氨碱法工艺中产生大量CaCl2是由氯化铵和消石灰在加热条件下反应后生成氨气和氯化钙的反应,反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O,
故答案为:2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O;
②联合制碱法是在氨的饱和NaCl溶液中二氧化碳气体,反应生成碳酸氢钠,解热碳酸氢钠即可制备碳酸钠,反应的有关方程式为,NH3+CO2+H2O+NaCl(饱和)=NaHCO3↓+NH4Cl、2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,总反应方程式:2NaCl+2NH3+CO2+H2O=Na2CO3+2NH4Cl,
故答案为:NH3+CO2+H2O+NaCl(饱和)=NaHCO3↓+NH4Cl、2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O(或写总反应方程式:2NaCl+2NH3+CO2+H2O=Na2CO3+2NH4Cl);
③CO2是制碱工业的重要原料,联合制碱法中CO2来源于石灰石煅烧,氨碱法中CO2的来源于合成氨工业的废气,
故答案为:“氨碱法”CO2来源于石灰石煅烧,“联合制碱法”CO2来源于合成氨工业的废气.
下列与化学有关的说法中错误的是( )
正确答案
解析
解:A.侯氏制碱法是将CO2、NH3通入饱和NaCl溶液中,发生以下反应:NH3+CO2+H2O=NH4HCO3;NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓,其中NaHCO3溶解度最小,故有NaHCO3的晶体析出,故A正确;
B、用浓氨水来检验氯气管道是否漏气,其反应的方程式为3Cl2+8NH3═N2+6NH4Cl,利用该反应中产生白烟这一现象来判断管道是否漏气,故B正确;
C.石油分馏、海水晒盐、花生中提取花生油等过程都是物理变化,而煤的气化中有新物质的生成,属于化学变化,故C错误;
D、高压钠灯发出的光为黄色,黄色光的射程远,透雾能力强,对道路平面的照明度比高压水银灯高几倍,故将钠应用于电光源上,故D正解;
故选C.
(2015•宿州一模)碳酸钠(Na2CO3)俗名纯碱,在制皂、纺织、玻璃等许多行业有重要用途.我国化学工程专家侯德榜创立的联合制碱法,流程如下:
(1)写出反应①的化学方程式:______
(2)实验室中NaHCO3煅烧沉淀需选用______(填“陶瓷”或“铁质”)坩埚;该法需要进行多次过滤操作,若过滤时发现滤液中有少量浑浊,从实验操作的角度给出两种可能的原因:______,______.
(3)为提高原料利用率,向饱和食盐水中应先通______(填“CO2”或“NH3”).
(4)根据最后分离出的流程,判断低温时溶解度:NH4Cl______NaCl(填“>”或“<”).
正确答案
解析
解:(1)侯德榜制碱的原理,是饱和食盐水中通入氨气再通二氧化碳,反应生成氯化铵和碳酸氢钠,方程式为:NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓,故答案为:NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓.
(2)煅烧生成的碳酸钠与陶瓷的主要成份二氧化硅反应,生成硅酸钠,所以选择在铁质坩埚中;滤液中有少量浑浊,可能原因有:滤纸破损、漏斗中液面高于滤纸边缘等,故答案为:铁质;滤纸破损、滤液超过滤纸边缘;
(3)氨气极易溶于水,而二氧化碳微溶于水,先通入氨气,溶液呈碱性,再通入二氧化碳气体可之更多地转化为HCO3-,故答案为:NH3;
(4)根据最后分离出的流程,析出氯化铵得到饱和的食盐水,可知氯化钠的溶解度大,故答案为:<.
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