高中化学-侯式制碱法

侯式制碱法原理和简单流程

［矢”^和徐揩耕

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NaHCCh微小晶体再加热，制得纯碱产品：

答案：化学反应原理：N43+co,+H20tNH/CO3

NaC7（饱机+NH4HCO3->NaHCO3J+NH4cl

总反应:NaCl^+NH3+CO2+H2O->NaHCO3+NH4Cl

2NaHCO,-^^Na2CO,+C02T+H20

二、氨碱法（又称索尔维法）

1.原料：

食盐（氯化钠）、石灰石（经煨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.+CQ+H20fNH.HCO,

再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化镀溶液，

NaC/（饱利）+NH4HCO3TNaHCO,J+NH4cl

将经过滤、洗涤得到的NaHCO,微小晶体，再加热煨烧制得纯碱产品。

2NaHCO3Na2CO3+CO21+H20（放出的二氧化碳气体可回收循环使用）

含有氯化筱的滤液与石灰乳［Ca（0H）z］混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。

CaO+HzO->Ca（0H）2,

2NHCl+Ca（OH）2fCaCl2+2NH3t+2H20

其工业流程图为:

其工业生产的简单流程如图所示:

饱

和

食

盐

水

二石千孝L

3.氨碱法的优点是：

(1)原料(食盐和石灰石)便宜；

(2)产品纯碱的纯度高；

(3)副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；

(4)制造步骤简单，适合于大规模生产。

4.氨碱法的缺点是：

(1)产生大量无用的副产品CaCh

(2)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、氨气和二氧化碳一一合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。

C+H&)高温>CO+H2CO+也0@高温>CO2+H2

2.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氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗

涤得NaHCOs微小晶体，再搬烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化镀和氯化钠的溶液。

第二个过程是从含有氯化铉和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化镂晶体。

由于氯化钱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，而且氯化镂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

化镀单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化镂产品。此时滤出氯化镇沉淀后所得的滤液，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：

NaQO,产品

NHQ1产品

NH3

合竣工厂

此法优点：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%；NEC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CaCCh制CO2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COz反应

(2)使CO?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氮气

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：降低氯化镁在氯化钠中的溶解度，便于氯化镁的析出

(2)向母液中通氨气

【思考】向母液中通氨气的作用有哪些？

答：①增加的浓度，有利于NH4cl析出

②使NaHCOs转化为Na2c。3,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CaCL

(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cr,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

（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一来提高原料气的转化率。

（2）充分利用能量一一体现能量守恒思想。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）保护环境一一体现绿色化学思想：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】

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:

食盐水，NH,

Na2c。3

食盐细粉,排出液W

冷却至l（rc以下，过滤NKC1

联碱法（候氏制碱法）生产流程示意图氨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

（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；排出液

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o

（4）根据联碱法中从母液中提取氯化镀晶体的过程推测，所得结论正确是。

a.常温时氯化镂的溶解度比氯化钠小b.通入氨气能增大NH；的浓度，使氯化镂更多析出

c.加入食盐细粉能提高Na'的浓度，使NaHCOs结晶析出

d.通入氨气能使NaHCO：,转化为Na£03,提高析出的NHK1纯度

（5）联碱法中，每当通入NL44.8L（已折合成标准状况下）时可以得到纯碱100.0g,则NIL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（%）:o

例2.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£0；,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°C,搅拌下分批加入研细

的NHRCOs固体，加料完毕后，继续保温30分钟，静置、过滤得NaHC03晶体。用少量

蒸馆水洗涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧2小时，得Na£03固体。

四种盐在不同温度下的溶解度（g/100g水）表

温度

0℃10℃20℃30℃40℃50℃60℃100℃

盐溶解度

NaCI35.735.836.036.336.637.037.339.8

NH4HCO311.915.821.027.0—一—

NaHCOs6.98.19.611.112.714.516.4—

NH4CI29.433.337.241.445.850.455.377.3

①>35℃师田83会有分解

请回答：

⑴反应温度控制在30—35℃,是因为若高于35℃,则，

若低于30C,则,为控制此温度范围，采取的加热方法

为。

⑵加料完毕后，继续保温30分钟，目的是。

静置后只析出NaHCOs晶体的原因是o

用蒸储水洗涤NaHC03晶体的目的是除去_______________杂质(以化学式表示)

⑶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NaCI溶液循环使用，同时可回收NH,Cl

⑷测试纯碱产品中NaHCO?含量的方法是：准确称取纯碱样品/g,放入锥形瓶中加蒸储水

溶解，加1-2滴酚醐指示剂，用物质的量浓度为c(mol/L)的HC1溶液滴定至溶液由

红色到无色(指示CO^+H+tHCO3一反应的终点)，所用HC1溶液的体积为匕mL,再

加1-2滴甲基橙指示剂，继续用HC1溶液滴定至溶液由黄变橙，所用HC1溶液总体积

为七mL。写出纯碱样品中NaHCOs质量分数的计算式：

NaHCO^%=.

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+±-NaHCO31+

将NaHCCh沉淀滤出后，母液中残留的离子主要有Cl\NH4+和、。

该母液的酸碱性为一(选择填充)。

a.强酸性b.强碱性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)NaCI+NHs+C02+H20-♦NaHCOs4+NH,CI(2)C02NH3Na2cO3、NH,CICaCL、NaCI(3)

防止生石灰先跟溶液中的NaHCOs反应产生碳酸钙沉淀CaCth+2NaCITNa2c+CaCL(4)bd(5)94.3%

循环I避免产生大量含有CaCIz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+2NaCI+C0z+H2。

TNa2co3+2NH4CI,所以：原子利用率(%)

_目标产物总产量乂1no。/一m3a2co

反应物息质量m(NaCP)+m(NHJ+m(CO2)+m(H20)

2.⑴NH4HCO3分解反应速率降低水浴加热

(2)使反应充分进行NaHCCh的溶解度最小NaCINH4CINH4HCO3

⑶NaHC03NaCINH4CINH4HCO3

HCI

c(啊一加X

-------------------m-------------------X100%

(4)W

3.(1)HzO+NL+COzTNH,CINa\HCO3-c

石灰氯气(或氨气和部分二氧化碳)

氨气食盐NH4CI食盐(或食盐和二氧化碳)

Mg(OH)2和CaC(h(写MgC()3也可)

(2)成本较低；可同时制得氮肥：容易控制碱度(或其它合理答案)

保后作业

1.1892年，比利时人索尔维以NaCI、CO2、比0、NH3为原料生产Na2co羽叫索尔维法.其主要步骤是：(1)在NH3

饱和的NaCI溶液中通入C02制得NaHCCh;(2)再将NaHCCh焙烧制得纯碱，CCh循环使用；(3)在析出小苏打的母

液中加入生石灰，N%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NaCI固体代替生石灰，加入母液使NH4cl晶体析出，生产出纯碱和氯化钱.这便是举世闻名的“侯氏制碱

法”.试回答：

(1)在氨饱和NaCI溶液中通入C02的两步反应方程式为。

(2)不能在NaCI溶液中通入C02制NaHCO3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。

2.1892年比利时人索尔维以NaCI、CO2、NH3、H2O为原料制得了纯净的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NH3?。

(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；bo

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:

食盐水

ICO,J|Jj।

〔合成支厂产刊发标里马悬河fNa2CO3

“循环I

——胆3_►母液——

（提取副产品）

该法是将合成氨工厂生产的NH3及副产品C02,再与饱和食盐水反应……。该法与氨碱法不同之处有二点：

（3）①。

②。

（4）从理论上看，每再生产1molNa2cCh，再补充的物质及其物质的量分别是。

3.1942年，我国化工专家侯德榜以NaCl、NH：；、CO2等为原料先制得NaHCCh，进而生产出纯碱，他的“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：

NH3+CO2+H2OTNH4HCO3；

NH4HCO3+NaCl->NaHCO31+NH4CI；

2NaHCO3Na2cO3+CO2T+H2O

（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）碳酸氢钱与饱和食盐水反应，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，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：

①写出甲中发生反应的离子方程式_________________________________________________________O

②乙装置中的试剂是__________________________O

③实验结束后，分离出NaHC03晶体的操作是___________（填分离操作的名称）。

畜6moi盐酸

Ai一饱和食盐水

石宰（色-稀硫酸国

冷却水

含氨的饱和食盐水

戊

〔甲乙百丁J-

第二位同学：用图中戊装置进行实验（其它装置未画出）。

①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。

②装置c中的试剂为(选填字母)。

e.碱石灰f.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.(DNH3+H2O+CO2TNHMCO3N&HCOs+NaCITNH«CI+NaHC()3，

(2)H2cO3酸性比盐酸弱，CO?与NaCI不反应

(3)2NH«CI+CaOTCaCl2+H20+2NH3T

(4)使NH4cl析出，可做氮肥，不生成CaCL,原料NaCI充分利用。

2.(1)不需要

(2)a.氯化钠未能充分利用；b.产生CaCL废弃物

(3)①将NH“CI作为一种化工产品，不再生产N%循环使用；

②对分离出NaHCOs和NH4cl后含NaCI的溶液循环使用。

(4)补充2moiNaCI；2molNH3;1molC02

3.

催化剂

(1)N2+3H2FW2NH3b、d

⑵

2

(3)第一位同学：①CaCO3+2H'TCa++H20+CO2T

②饱和碳酸氢钠溶液

③过滤

第二位同学：①NHs(氨)C02(二氧化碳)②g

(4)向烧碱溶液中通入过量CO?:NaOH+C02TNaHC03；

或向饱和Na2cO3溶液中通入过量CO2:Na2cO3+CO2+H2OT2NaHCC)3等,

其它合理方法均可。

知识延伸

一、在侯氏制碱法中涉及的盐的溶解度

温度

盐溶解度0℃10℃20℃30℃40℃50c60℃100℃

NaCI35.735.836.036.336.637.037.339.8

NH4HCO311.915.821.027.0————

6.98.19.611.112.714.516.4—

NaHCO3

NH4CI29.433.337.241.445.850.455.377.3

一表示在该温度下NHJIC03会分解。

(1)利用该表可以判断NaHCOs在0~30℃时，溶解度是最小的。

(2)当温度高于35℃时，NHJICOs会分解，因此温度不能高于35℃。

(3)在0~10℃时,NaCl与NH£1相比,NHC1的溶解度较小.

例.工业上利用太阳能进行海水晒盐，已知海水蒸发浓缩过程中析出盐的种类和质量如下表：(表中数据为每升

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CaSO4NaClMgChMgSO4NaBr

1.130.56

1.200.91

1.210.053.260.0040.008

1.220.0159.650.010.04

1.260.012.640.020.020.04

1.311.400.540.030.06

(I)海水从密度为1.21g.mH浓缩到1.22g.mH时发生的变化是()

A.各种盐的溶解度增大B.海水中水的质量分数不变

C.析出粗盐中NaCL的质量分数增大D.海水中的质量分数不变

(2)海水在浓缩过程中，最先析出的盐是,实际晒盐生产中，海水的密度一般控制在1.21g/ml—1.26g/ml范

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

1.181.221.26

D

答案：(1)0(2)硫酸钙：Ca",Mg",SO?;Br-(3)B

9

签例卷®雁

S

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】碳酸氢铁是一种重要的钱盐。实验室中，将二氧化碳通入氨水可制得碳酸氢镀，用碳酸氢

钱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NH4HCO3晶

体。

3.【2010年上海高考271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。

AB

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，碳酸化时产生的现象是o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：;O

5）氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤