高三化学一轮小专题――联合制碱工业

1、小专题化工生产之联合制碱工业无水碳酸钠，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、氨碱法（又称索尔维法）它是比利时工程师苏尔维（18381922）于1892年发明的纯碱制法。他以食盐（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。先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，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。其化学反应原理是：NaCl+ NH3+ H2O+ CO2NaHCO 3+ NH4Cl将经过滤、洗涤得到的NaHCO 3微小晶体，再加

2、热煅烧制得纯碱产品。2NaHCO 3Na 2CO 3+ H 2O+ CO2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(OH2混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。CaO H 2O Ca(OH2，2NH 4Cl+ Ca(OH2CaCl 2+ 2NH 3+ 2H 2O 其工业生产的简单流程如图所示。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。但氨碱法也有许多缺点：首先是两种原料的成分里都只利用了一半食盐成分里的钠离子（Na ）和石灰石成分里的碳酸根离子（CO 32）结合成了碳酸钠，可是食盐的另

3、一成分氯离子（Cl ）和石灰石的另一成分钙离子（Ca 2）却结合成了没有多大用途的氯化钙（CaCl 2），因此如何处理氯化钙成为一个很大的负担。氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有7274，其余的食盐都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃了，这是一个很大的损失。二、联合制碱法（又称侯氏制碱法）它是我国化学工程专家侯德榜（18901974）于1943年创立的。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。原料是食盐、氨和二氧化碳合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。其化学反应原理是：C + H2O CO + H2 ，CO + H2O CO 2 + H2联合制碱法包括两个过程

4、：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NaHCO 3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。联合制

5、碱法与氨碱法比较，其最大的优点是使食盐的利用率提高到96以上，应用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱。另外它综合利用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，同时，生产出两种可贵的产品纯碱和氯化铵。将氨厂的废气二氧化碳，转变为碱厂的主要原料来制取纯碱，这样就节省了碱厂里用于制取二氧化碳的庞大的石灰窑；将碱厂的无用的成分氯离子（Cl ）来代替价格较高的硫酸固定氨厂里的氨，制取氮肥氯化铵。从而不再生成没有多大用处，又难于处理的氯化钙，减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生产的优越性。 【例题讲解】【例1】1892年比利时人索尔维以NaCl 、CO 2、NH 3、H 2O 为

6、原料制得了纯净的Na 2CO 3，该法又称氨碱法，其主要生产流程如下： 从理论上看，循环生产是否需要再补充NH 3？_ 。 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CO 2，再与饱和食盐水反应。该法与氨碱法不同之处有二点： _。_。 从理论上看，每再生产1mol Na2CO 3，再补充的物质及其物质的量分别是_。【例2】 我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业作出了突出贡献。以NaCl 、NH 3、CO 2等为原料

7、先制得NaHCO 3，进而生产出纯碱。有关反应的化学方程式为：NH 3+CO2+H2O NH4HCO 3；NH 4HCO 3+NaClNaHCO 3+NH4Cl ；2NaHCO 3 Na 2CO 3+CO2+H2O 。 【探究实例】 . 原理分析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 碳酸氢钠受热易分解c 碳酸氢钠的溶解度相对较小，在溶液中首先结晶析出. 实验探究 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 。回答下列有关问题： 乙装置中的试剂是_； 丁装置中稀硫酸的作用是_； 实验结束后，

8、分离出NaHCO 3晶体的操作是_（填分离操作的名称）。 另一位同学用图中戊装置（其他装置未画出）进行实验。 实验时，须先从_管通入_气体，再从_管中通入_气体。 有同学建议在戊装置的b 导管下端连接己装置，理由是_。 请再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法：_ _。 【课后练习】1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：NH 3+CO2+NaCl+H2O NH 4Cl+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。 A 装置中所发

9、生反应的离子方程式为_。C 装置中稀硫酸的作用为_。 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_。 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，指导教师指出应在_装置之间（填写字母）连接一个盛有_的洗气装置，其作用是_。 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NaHCO 3晶体的质量为5.04g ，则NaHCO 3的产率为 。2我国化学侯德榜（右图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下： 上述生产纯碱的方法称，副产品的一种用途为 。 沉淀

10、池中发生的化学反应方程式是 。 写出上述流程中X 物质的分子式 。 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。从沉淀池中取出沉淀的操作是 为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加 。 向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有 。 a 增大NH 4的浓度，使NH 4Cl 更多地析出 b 使NaHCO 3更多地析出c 使NaHCO 3转化为Na 2CO 3，提高析出的NH 4Cl 纯度3根据侯德榜制碱法原理并参考下表的数据，实验室制备纯碱Na 2CO 3的主要步骤是：将配制好的饱和NaCl 溶液倒入烧杯中

11、加热，控制温度在3035，搅拌下分批加入研细的NH 4HCO 3固体，加料完毕后，继续保温30分钟，静置、过滤得NaHCO 3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，制得Na 2CO 3固体。四种盐在不同温度下的溶解度（g/100g水）表 35NH 4HCO 3会有分解 请回答：（1）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 。（2）加料完毕后，继续保温30分钟，目的是 。静置后只析出NaHCO 3晶体的原因是 。用蒸馏水洗涤NaHCO 3晶体的目的是除去 杂质（以化学式表示）。（3）过滤所得的母液中含有 （

12、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NH 4Cl 。（4）测试纯碱产品中NaHCO 3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，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CO 32H HCO 3反应的终点），所用HCl 溶液体积为V 1 mL ，再加12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V 2 mL 。写出纯碱样品中NaHCO 3质量分数的计算式：NaHCO 3（） 4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

13、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 B 2）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，碳酸化时产生的现像是 。 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

14、数可表示为： （注明你的表达式中所用的有关符号的含义）5在酸性条件下碘酸钾是一种较强的氧化剂，可与碘化物、亚硫酸盐等还原性物质反应。工业生产碘酸钾的流程如下： 请回答下列问题：(1已知反应室发生的反应中，两种还原产物所得电子数相同，请写出该反应的化学方程式： _。(2反应室需加热煮沸，其目的是：加快反应速率，使反应物充分反应：_，有利于反应向正方向进行。 (3已知几种物质的溶解度见下表： 。 (4在反应室中加入KOH 调节溶液的pH 10，其目的是_ _(用离子方程式表示 。 (5某同学欲测定成品中碘酸钾的含量，设计了如下实验： 准确称取1 g样品，加适量蒸馏水使其完全溶解；用稀硫酸酸化上述所

15、得溶液，加入过量KI 溶液，充分搅拌； 以淀粉为指示剂，逐滴加入2.0 mol·L1的Na 2S 2O 3溶液，当蓝色刚好褪去时，消耗Na 2S 2O 3溶液12.00 mL，则成品中KIO 3的质量分数为_(已知：KIO 35KI 3H 2SO 4 3K2SO 43I 23H 2O ，I 22Na 2S 2O 3 2NaINa 2S 4O 6 。参考答案 例1（1）不需要（2）a 氯化钠未能充分利用； b 产生CaCl 2废弃物 （3）将NH 4Cl 作为一种化工产品，不再生产NH 3循环使用； 对分离出NaHCO 3和NH 4Cl 后含NaCl 的溶液循环使用。3（1）联合制碱法

16、或侯德榜制碱法化肥或电解液或焊药等（其它合理答案均给分） （2）NH 3CO 2H 2O NaCl NH 4Cl NaHCO 3或NH 3CO 2H 2O NH 4HCO 3 NH 4HCO 3NaCl NaHCO 3NH 4Cl （3）CO 2 （4）I 过滤 （5）稀硝酸和硝酸银溶液 （6）a c4（1）NH 4HCO 3分解 反应速率降低 水浴加热（2）使反应充分进行 NaHCO 3的溶解度最小 NaCl NH 4Cl NH 4HCO 3（4）补充2mol NaCl；2mol NH3；1 mol CO2 例2解析 .(1甲装置是CO 2的发生装置，由于盐酸易挥发，故生成的CO 2气体中会

17、含有HCl 气体，乙装置的作用是除去CO 2中的HCl 气体，所以乙装置中的试剂是饱和碳酸氢钠溶液，丙是制备碳酸氢钠的发生装置，丁的作用是吸收多余的NH 3，防止其污染环境。从溶液中分离出NaHCO 3晶体的方法是过滤。(2实验时必须制取含氨的饱和NaCl 溶液，然后使之与CO 2反应。因为NH 3极易溶于水，CO 2在水中的溶解度不大，故先从a 导管通入NH 3，后从b 导管通入CO 2。己装置中有多孔球泡，增大CO 2气体与溶液的接触面积，提高了CO 2在溶液中的吸收率。(3此题是开放性试题，制备少量碳酸氢钠的方法：用碳酸氢铵与适量的饱和食盐水反应；往烧碱溶液中通入过量CO 2；往饱和Na 2CO 3溶液中通入过量CO 2等。答案 .c .(1饱和碳酸氢钠溶液 吸收未反应的NH 3 过滤 (2a NH 3 b CO 2 增大CO 2气体与溶液接触的面积，提高CO 2在溶液中的吸收率 (3往烧碱溶液中通入过量CO 2(或往饱和Na 2CO 3溶液中通入过量CO 2等 例3 AC 课后练习1. （1）联合制碱法或侯德榜制碱法化肥或电解液或焊药等（其它合理答案均给分） （2）NH 3CO 2H 2O NaCl NH 4Cl NaHCO