高中化学-侯式制碱法(20201111101507

1、侯式制碱法原理和简单流程知识梳理】实验背景： 无水碳酸钠，俗名纯碱、苏打。它是玻璃、造纸、肥皂、洗涤剂、纺织、制革等工业的重要原料， 还常用作硬水的软化剂，也用于制造钠的化合物。它的工业制法主要有氨碱法和联合制碱法两种。一、实验原理化学反应原理是：总反应为：将经过滤、洗涤得到的 NaHCO 3微小晶体再加热，制得纯碱产品：答案： 化学反应原理：NH 3 CO2 H 2O NH4HCO3NaCl（饱和 ） NH 4 HCO3 NaHCO3NH4Cl总反应 ：NaCl （饱和 ） NH3 CO2 H2O NaHCO3 NH4Cl2NaHCO3Na2CO3 CO2 H 2O二、氨碱法（又称索尔维法）

2、1原料：食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气2步骤：先把氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，NH 3 CO2 H2O NH4HCO3再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液，NaCl （饱和） NH 4HCO3 NaHCO 3 NH4Cl将经过滤、洗涤得到的 NaHCO3 微小晶体，再加热煅烧制得纯碱产品。2NaHCO3Na2CO3 CO2H2O （放出的二氧化碳气体可回收循环使用）含有氯化铵的滤液与石灰乳 Ca（OH） 2 混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。CaO H2OCa（OH） 2，2NH 4Cl Ca（OH）2CaCl 2 2NH3 2H2O其工业

3、流程图为：其工业生产的简单流程如图所示：3 氨碱法的优点是：（）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。4氨碱法的缺点是：（）产生大量无用的副产品 CaCl2（） NaCl 利用率只有 70% ，约有 30%的 NaCl 留在母液中。（ 3 ）设备多，耗能大。三、联合制碱法（又称侯氏制碱法）1原料： 食盐、氨气和二氧化碳合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。 C H2O（g） 高温 CO+H2 CO H 2O（g） 高温 CO2 +H22步骤：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

4、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，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。 由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里 的溶解度要比在水里的溶解度小得多。所以在低温条件下，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。此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液，已基本上被氯 化钠饱和，可回收循环使用。其工业生产的简单流程如图所示：此法优点：保留了氨碱法的优点，消除了它的缺

5、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，革除了 CaCO3制 CO 2这一工序。【讨论】1、索尔维采取了哪些措施来提高氨的利用率？答：（ 1）先制得氨化的饱和食盐水，再与CO2 反应（ 2）使 CO2 与氨化的饱和食盐水在合成塔中逆流接触（ 3）母液与熟石灰作用重新生成氨气2、“侯氏制碱法”与“索尔维制碱法”的主要不同在母液的处理上。“侯氏制碱法”采取了怎样的方式对母液进行处理？从化学原理上分析采取这些处理措施的原因。（1）向母液中加食盐细粒【思考】向向母液中加食盐细粒的目的是什么？ 答案：降低氯化铵在氯化钠中的溶解度，便于

6、氯化铵的析出（ 2）向母液中通氨气【思考】向母液中通氨气的作用有哪些？答： 增加 NH 4 的浓度，有利于 NH4Cl 析出使 NaHCO3 转化为 Na2CO3，提高析出 NH4Cl 的纯度 。（ 3）降温至 5 左右3、侯氏制碱法的现实意义（1）符合现在提倡的“绿色化学的要求： 提高了原料（ NaCl ）的利用率，不产生无用的 CaCl2。（2）体现了大规模联合生产的优越性： 利用一个厂的废料，作为另一个厂的主要原料。如合成氨厂的废料CO2 ，可以作为碱厂的主要原料；碱厂无用的 Cl-，可以代替价格比较昂贵的硫酸用来固定氨，制成氮肥。降低了成本，提高了综合经济效益。二、化工生产的基本原理（

7、 1）充分利用原料体现物料平衡思想。例如：合成氨生产、纯碱生产中都有原料 利用的工艺；接触法制硫酸、氨氧化制硝酸中都利用廉价的 来提高原料气的转化率。（ 2）充分利用能量体现能量守恒思想。例如：若存在放热步骤，可通过列管式器利用放出的热量对需要加热的物料进行预热；若不存在放热步骤，要设计出充分利用燃料和充分利用能量的工艺。（ 3）保护环境体现绿色化学思想 ：是指工业生产的过程中没有（或者极少有）有毒、有害物质排出，合成产品 的原子利用率尽量达到 。答案：循环 空气 热交换 百分之百例题精讲】CO2循环 IINH3沉淀煅烧合成氨厂池炉食盐水 XNH3Z循环 INa2CO3排出液 W氨碱法生产流程

8、示意图Na2CO3食盐水， NH3例 1. 联碱法（候氏制碱法）和氨碱法的生产流程简要表示如下图：母液母液 食盐细粉 冷却至 10以下，过滤 NH 4Cl联碱法（候氏制碱法）生产流程示意图（ 1）沉淀池中发生反应的化学方程式为 。；排出液。（2）填写化学式： X是，Y是； Z 中除了溶解的氨气、食盐外，其它溶质还有中的溶质除了氢氧化钙外，还有 。（3）在氨碱法生产过程中氨要循环使用，但不需要补充，在母液中加生石灰前先要加热的原因是氨碱法总反应过程可用化学方程式表示为 （ 4）根据联碱法中从母液中提取氯化铵晶体的过程推测，所得结论正确是 。a常温时氯化铵的溶解度比氯化钠小b 通入氨气能增大 NH

9、4+的浓度，使氯化铵更多析出c加入食盐细粉能提高 Na+的浓度， 使 NaHCO3 结晶析出d. 通入氨气能使 NaHCO3 转化为 Na2CO3，提高析出的 NH4Cl 纯度（5）联碱法中，每当通入 NH3 44.8L （已折合成标准状况下）时可以得到纯碱100.0g ，则 NH3的利用率为 ；相比于氨碱法，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）。指出联碱法的另一项优点 （6）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（ %） =。例 2 根据侯德榜制碱法原理并参考下表的数据，实验室

10、制备纯碱Na2CO3的主要步骤是：将配制好的饱和 NaCl 溶液倒入烧杯中加热，控制温度在 30 35，搅拌下分批加入研细 的 NH4HCO3固体，加料完毕后，继续保温 30 分钟，静置、过滤得 NaHCO3 晶体。用少量 蒸馏水洗涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧 2 小时，得 Na2CO3 固体。 四种盐在不同温度下的溶解度（ g/100g 水）表温度 盐 溶解度0102030405060100NaCl35.735.836.036.336.637.037.339.8NH4HCO311.915.821.027.0NaHCO36.98.19.611.112.714.516.4NH4Cl29

11、.433.337.241.445.850.455.377.3 35 NH4 HCO3会有分解 请回答： 反应温度控制在 3035，是因为若高于 35，则 ，若低于 30，则 ，为控制此温度范围，采取的加热方法为 。 加料完毕后，继续保温 30 分钟，目的是 。静置后只析出 NaHCO3晶体的原因是 。用蒸馏水洗涤 NaHCO3晶体的目的是除去 杂质（以化学式表示） 过滤所得的母液中含有 （以化学式表示），需加入 ，并作进一步处理，使 NaCl 溶液循环使用，同时可回收 NH4Cl 测试纯碱产品中 NaHCO3含量的方法是：准确称取纯碱样品W g，放入锥形瓶中加蒸馏水溶解，加 12滴酚酞指示剂，

12、用物质的量浓度为c（ mol/L ）的 HCl溶液滴定至溶液由红色到无色（指示 CO32+H+ HCO3反应的终点），所用 HCl 溶液的体积为 V1 mL，再 加 1 2 滴甲基橙指示剂，继续用 HCl 溶液滴定至溶液由黄变橙，所用 HCl 溶液总体积 为 V2 mL。写出纯碱样品中 NaHCO3 质量分数的计算式：NaHCO3% = 。例 3（ 1） Solvay 制碱（氨碱）法和侯德榜（联合）制碱法的基本原理均可用反应方程式表示为：NaCl+ + NaHCO3 +将 NaHCO 3沉淀滤出后，母液中残留的离子主要有Cl-、 NH4+和、。该母液的酸碱性为 （选择填充）。a.强酸性 b.强

13、碱性c.接近中性Solvay 对母液的基本处理是：加入 _。Solvay 法中 是循环使用的。侯德 榜对母 液的 基本处 理是 ：加入 和 ， 得到 重要的 副产品 。 侯德榜 法中是部分循环使用的。如果从海水中提取的食盐未经精制（提纯），所得纯碱中含有的难溶性杂质将主要是 和 （用化学式表示）。（2）工业上需要对溶液进行碱化时，常用氨水替代NaOH 。好处何在，请说出你对此的看法。a. b. 答案 1. （1）NaCl + NH3 + CO2 +H2O NaHCO3 + NH4Cl （ 2） CO2 NH3 Na 2CO3、NH4Cl CaCl 2、NaCl （3） 防止生石灰先跟溶液中的

14、NaHCO3 反应产生碳酸钙沉淀 CaCO 3 +2NaCl Na2CO3 + CaCl2 （4）b d （ 5） 94.3% 循环避免产生大量含有 CaCl2 的废液（或节省石灰窑、 蒸氨塔等设备）（6）由于总反应可看作是： 2NH3+2NaCl+CO2+H2O Na2CO3+2NH4Cl ，所以：原子利用率（ %）目标产物总产量 100%m（ Na2CO3 ） m（NH4Cl）100%反应物总质量m（NaCl ） m（NH3） m（CO2） m（H2O）2. NH4HCO3分解反应速率降低 水浴加热 使反应充分进行 NaHCO 3 的溶解度最小NaCl NH 4Cl NH 4HCO3 Na

15、HCO3 NaCl NH 4Cl NH 4HCO3HCl3. （ 1）H2O+NH3+CO2NH4Cl Na +、HCO3- c 石灰 氨气（或氨气和部分二氧化碳） 氨气 食盐 NH 4Cl 食盐（或食盐和二氧化碳） Mg（OH）2 和 CaCO3 （写 MgCO3也可）或其它合理答案）（2）成本较低；可同时制得氮肥；容易控制碱度课后作业1111892 年，比利时人索尔维以 NaCl、CO2、H2O、NH 3为原料生产 Na2CO3,叫索尔维法其主要步骤是： （1）在 NH 3 饱和的 NaCl 溶液中通入 CO2 制得 NaHCO 3； （2）再将 NaHCO 3 焙烧制得纯碱， CO2 循

16、环使用； （3）在析出小苏打的母 液中加入生石灰， NH 3循环使用 1940 年，我国著名化工专家侯德榜先生，冲破了 “索尔维 ”法的技术封锁，并加以 改进，用 NaCl 固体代替生石灰，加入母液使 NH 4Cl 晶体析出，生产出纯碱和氯化铵这便是举世闻名的 “侯氏制碱 法”试回答：（1）在氨饱和 NaCl 溶液中通入 CO2 的两步反应方程式为。（2）不能在 NaCl 溶液中通入 CO2制 NaHCO 3的原因。（3）析出小苏打的母液中加入生石灰的反应方程式是 。（4）“侯氏制碱法 ”与 “索尔维法 ”相比其优点是 。21892 年比利时人索尔维以 NaCl、CO2、NH3、H2O 为原料

17、制得了纯净的 Na2CO3，该法又称氨碱法，其主要生产 流程如下：（1）从理论上看，循环生产是否需要再补充NH 3？。（2）从绿色化学原料的充分利用的角度看，该方法有二个明显的缺陷是：a； b。我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，创造了侯德榜制碱法又叫联碱法，生产流程可简要表示如下：该法是将合成氨工厂生产的 NH 3及副产品 CO2，再与饱和食盐水反应 。该法与氨碱法不同之处有二点： （ 3）。（4）从理论上看，每再生产 1mol Na2CO3，再补充的物质及其物质的量分别是 31942 年，我国化工专家侯德榜以 NaCl、NH3、CO2等为原料先制得 NaHCO 3，进而生产出纯碱，他的

18、 “侯氏制碱 法”为世界制碱工业做出了突出贡献。有关反应的化学方程式如下：NH 3CO2H2O NH 4HCO 3 ；NH 4HCO 3NaClNaHCO3NH4Cl ；2NaHCO 3Na2CO3CO2H2O（ 1 ） “侯 氏 制 碱 法 ”把 合 成 氨 和 纯 碱 两 种 产 品 联 合 生 产 ， 请 写 出 工 业 合 成 氨 的 化 学 反 应 方 程 式 ；已知合成氨为放热反应，若从勒夏特列原理来分析，合成氨应选择 的温度和压强是 （选填字母）。a高温 b低温 c常温 d高压 e低压 f常压（ 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。a碳酸氢钠难溶于水b碳酸氢

19、钠受热易分解c碳酸氢钠的溶解度相对较小，所以在溶液中首先结晶析出（3）某探究活动小组根据上述制碱原理，欲制备碳酸氢钠，同学们按各自设计的方案进行实验。 第一位同学：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）。请回答： 写出甲中发生反应的离子方程式 。乙装置中的试剂是 。 实验结束后，分离出 NaHCO 3 晶体的操作是 （填分离操作的名称）。第二位同学：用图中戊装置进行实验（其它装置未画出）。a 管通入为提高二氧化碳在此反应溶液中被吸收的程度，实验时，须先从气体，再从 b 管中通入 气体。装置 c 中的试剂为（选填字母）。e 碱石灰f

20、 浓硫酸g无水氯化钙（4）请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法（用简要的文字和相关的化学反应方程式来描 述）： 。答案： (1)NH 3 H2OCO2 NH4HCO3 NH4HCO3 NaCl NH 4Cl NaHCO3(2)H 2CO3酸性比盐酸弱， CO2与 NaCl 不反应(3) 2NH 4ClCaOCaCl2H2O2NH3(4) 使 NH4Cl 析出，可做氮肥，不生成 CaCl2，原料 NaCl 充分利用。（ 1）不需要（ 2） a氯化钠未能充分利用；b 产生 CaCl2 废弃物（ 3）将 NH4Cl 作为一种化工产品，不再生产NH3循环使用； 对分离出 NaHCO3 和 NH4

21、Cl 后含 NaCl 的溶液循环使用。（4）补充 2mol NaCl ；2mol NH3；1 mol CO 2催化剂1)N 2 + 3 H 2 高 温b高压 2NH3、d2) c+ 2+3) 第一位同学： CaCO3 + 2H + Ca2+ + H 2O + CO2 饱和碳酸氢钠溶液 过滤 第二位同学： NH3（氨） CO2 （二氧化碳） g （4）向烧碱溶液中通入过量 CO2 ：NaOH + CO2 NaHCO3； 或向饱和 Na2CO3 溶液中通入过量 CO2 ： Na2CO3CO2H2O 2NaHCO3 等， 其它合理方法均可。、在侯氏制碱法中涉及的盐的溶解度温度 盐 溶解度010203

22、0405060100NaCl35.735.836.036.336.637.037.339.8NH4HCO311.915.821.027.0NaHCO36.98.19.611.112.714.516.4NH4Cl29.433.337.241.445.850.455.377.3表示在该温度下 NH4HCO3 会分解。（）利用该表可以判断 NaHCO3 在 030时，溶解度是最小的。（ 2）当温度高于 35时， NH4HCO3会分解，因此温度不能高于 35。（3）在 010 时， NaCl 与 NH4Cl 相比， NH4Cl 的溶解度较小 .表中数据为每升例. 工业上利用太阳能进行海水晒盐，已知海水

23、蒸发浓缩过程中析出盐的种类和质量如下表：海水中在浓缩过程中析出各种盐的质量，单位为g）海水密度CaSO4NaClMgCl 2MgSO4NaBr1.130.561.200.911.210.053.260.0040.0081.220.0159.650.010.041.260.012.640.020.020.041.311.400.540.030.061）海水从密度为 1.21gml -1浓缩到 1.22gml-1 时发生的变化是（）C析出粗盐中 NaCL 的质量分数增大（2）海水在浓缩过程中，最先析出的盐是D海水中的质量分数不变，实际晒盐生产中，海水的密度一般控制在 1.21g/ml 1.26g/

24、ml 范A各种盐的溶解度增大B海水中水的质量分数不变围内，由上表可知，所得粗盐中含有的杂质离子有3）如图能较正确反映浓缩过程中海水中NaCl 的质量分数（ A% ）与海水密度（ d）的关系的是1【 2013 年上海高考 6】与索尔维制碱法相比，侯德榜制碱法最突出的优点是（）A 原料利用率高B 设备少C循环利用的物质多D原料易得2【2012 年上海高考八】碳酸氢铵是一种重要的铵盐。实验室中，将二氧化碳通入氨水可制得碳酸氢铵，用碳酸氢 铵和氯化钠可制得纯碱。完成下列填空：41二氧化碳通入氨水的过程中，先有 晶体 （填写化学式 ）析出，然后晶体溶解，最后析出NH 4HCO 3晶体。3【 2010 年

25、上海高考 27】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（沉淀剂 A 来源于石灰窑厂），写出 A、B的化学式。A B2）实验室提纯粗盐的实验操作依次为： 取样、 、沉淀、 、 、冷却结晶、 、烘干。3）工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是。碳酸化时没有 析出碳酸钠晶体，其原因是。4）碳酸化后过滤，滤液 D 最主要的成分是 （填写化学式），检验这一成分的阴 离子的具体方法是：。5）氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D 加入石灰水产生氨。加石灰水后所发生的反应的离子方程式为：滤液 D 加石灰水 前先要加热，原因是 。6）产品纯碱中含有碳酸氢钠。如果用加