易错专题14侯氏制碱法生产纯碱-2022-2023学年高一化学易错题典例精讲与习题精练

易错专题14侯氏制碱法生产纯碱典例精讲易错点一不清楚侯氏制碱法的原料和反应原理【易错典例】例1现代工业常以氯化钠、二氧化碳和氨气为原料制备纯碱，部分工艺流程如下：有关说法错误的是A．反应Ⅰ原理为CO2+NH3+NaCl+H2O→NaHCO3↓+NH4ClB．向饱和NaCl溶液中先通入足量的CO2，再通入足量的NH3C．反应Ⅰ生成的沉淀，经过过滤、洗涤、煅烧可得到纯碱D．往母液中通入氨气，加入细小的食盐颗粒并降温，可使氯化铵析出【答案】B【解析】A、在氨气饱和的氯化钠溶液中通入CO2气体生成碳酸氢钠晶体和氯化铵，即CO2+NH3+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl，A正确；B、CO2在水中的溶解度小，所以要先通入氨气，后通入CO2，B错误；C、碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、水和CO2，C正确；D、根据NH3+H2O+CO2+NaCl＝NH4Cl+NaHCO3↓及流程图知，母液中溶质为氯化铵，向母液中通氨气加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通入的氨气和水反应生成一水合氨，一水合氨电离出铵根离子，铵根离子浓度增大有利于析出氯化铵，D正确。答案选B。【解题必备】1.原料：食盐、氨、二氧化碳等2.化学反应原理:（1）生产碳酸氢铵和氯化铵：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3、NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH3Cl(在反应中NaHCO3沉淀，所以这里有沉淀符号)总反应方程式:NaCl+CO2+H2O+NH3=NaHCO3↓+NH4Cl（2）制取碳酸钠：2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑(CO2循环使用)【变式突破】1．某探究活动小组根据侯德榜制碱原理，按下面设计的方案制备碳酸氢钠。实验装置如图所示(图中夹持、固定用的仪器未画出)。下列说法正确的是A．乙装置中盛放的是NaOH溶液，以便除去HCl气体B．丙装置中的溶液变浑浊，因为有碳酸氢钠晶体析出C．丁装置中倒扣的漏斗主要作用是防止污染性空气逸出D．实验结束后，分离碳酸氢钠的操作是蒸发结晶【答案】B【解析】甲装置为CO2的制取装置，乙装置为除去CO2中混有HCl的装置，丙装置为制取NaHCO3的装置，丁装置为尾气处理装置。A．乙装置中若盛放NaOH溶液，不仅能除去HCl气体，也会吸收CO2气体，A不正确；B．丙装置中发生反应NH3+NaCl+H2O+CO2＝NaHCO3↓+NH4Cl，溶液变浑浊，因为有碳酸氢钠晶体析出，B正确；C．因为CO2不污染环境，所以丁装置是为了除去NH3，倒扣的漏斗主要作用是防止倒吸，C不正确；D．因为反应生成NaHCO3沉淀，所以实验结束后，分离碳酸氢钠的操作是过滤，D不正确；故选B。易错点二不明确侯氏制碱法的生产流程【易错典例】例2如图所示是工业制纯碱的部分物质转化示意图，下列推测错误的是A．①～③涉及的操作方法中，包含过滤的是①③B．溶液B不可循环使用C．副产物NH4Cl可用作肥料D．生产中应先通NH3，再通CO2【答案】B【解析】向饱和食盐水依次通入氨气、二氧化碳气体发生反应生成碳酸氢钠晶体和氯化铵，过滤得到碳酸氢钠固体加热分解生成碳酸钠，溶液A中加入氯化钠析出氯化铵晶体，过滤得到氯化铵晶体和溶液B主要为氯化钠、氯化铵等，A项，分离固体和溶液的操作是过滤，分别得到碳酸氢钠和氯化铵固体，正确；B项，溶液B中含氯化钠和氯化铵等，可循环使用，错误；C项，副产物NH4Cl是氮肥，可用作植物生长所需的肥料，正确；D项，NH3极易溶于水，而CO2溶解度较小，故向饱和食盐水要先通氨气、后通二氧化碳气体，发生反应生成碳酸氢钠晶体和氯化铵，正确。【解题必备】【变式突破】2．我国化学家侯德榜(如图)改进国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如图：该生产纯碱的方法称联合制碱法或侯德榜制碱法联合制碱法或侯德榜制碱法，在制得纯碱的同时，还可得到一种副产品。（1）上述沉淀池中发生的化学反应方程式是________，实验室分离出沉淀的操作是________，该操作使用的玻璃仪器有________。（2）写出上述流程中X物质的分子式________。（3）使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了________

的循环(填上述流程中的编号1、2)。（4）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，还需要的试剂有________。（5）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．增大的浓度，使NH4Cl更多地析出B．使NaHCO3更多地析出C．使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度【答案】（1）NH3+CO2+NaCl+H2O=NH4Cl+NaHCO3↓过滤漏斗、烧杯、玻璃棒（2）CO2（3）1（4）滴加稀硝酸和硝酸银溶液（5）AC【解析】由流程可知，合成氨提供氨气，与二氧化碳、食盐水反应生成NH4Cl、NaHCO3，在沉淀池中过滤分离出碳酸氢钠，碳酸氢钠加热分解生成碳酸钠、水、二氧化碳，X为二氧化碳，可循环使用，母液中含氯化铵。（1）在沉淀池中，饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳，析出碳酸氢钠晶体，反应方程式为：NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓，过滤是将固体不溶物跟液体物质分离的一种方法，过滤操作需要的仪器有：烧杯、玻璃棒、铁架台、漏斗；其中使用的玻璃仪器有：漏斗、烧杯、玻璃棒；（2）碳酸氢钠不稳定，受热分解生成Na2CO3、CO2和H2O，可将CO2通入沉淀中加以循环利用，故X为CO2；（3）循环1是将未反应的氯化钠返回沉淀池中，使NaCl加以充分利用；（4）检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠即检验溶液中是否含氯离子，可以先向溶液中加入稀硝酸酸化，使Na2CO3发生反应，转化为NaNO3，再加入硝酸银溶液，若观察到反应产生白色沉淀，则说明有氯化钠存在；（5）A．氨气溶于水后生成氨水，氨水电离成铵根，增大铵根的浓度有利于氯化铵的析出来，A正确；B．通入氨气使溶液碱性增强，使碳酸氢钠转换为溶解度较大的碳酸钠，不利用NaHCO3更多地析出，B错误；C．通入氨气使溶液碱性增强，使碳酸氢钠转换为溶解度较大的碳酸钠，可以提高氯化铵的纯度，C正确；故答案为：AC。【点睛】本题以纯碱工业制取碳酸钠为线索，考查分离提纯、物质的循环利用，把握制备工业流程的反应原理、物质性质与分离方法的关系是解题关键。易错点三不理解氨气和二氧化碳的通入先后顺序的意义【易错典例】例3如图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。下列操作正确的是()A．a通入CO2，然后b通入NH3，c中放碱石灰B．b通入NH3，然后a通入CO2，c中放碱石灰C．a通入NH3，然后b通入CO2，c中放蘸稀硫酸的脱脂棉D．b通入CO2，然后a通入NH3，c中放蘸稀硫酸的脱脂棉【答案】C【解析】由于CO2在水中的溶解度比较小，而NH3极易溶于水，所以在实验中要先通入溶解度较大的NH3，再通入CO2；由于NH3极易溶于水，在溶于水时极易发生倒吸现象，所以通入NH3的导气管的末端不能伸入到溶液中，即a先通入NH3，然后b通入CO2，A、B、D选项均错误；因为NH3是碱性气体，所以过量的NH3要用稀硫酸来吸收，选项C合理；故合理答案是C。【点睛】本题主要考查钠及其重要化合物的性质，及在日常生产、生活中的应用，题型以选择题(性质、应用判断)。注意对钠及化合物的性质在综合实验及工艺流程类题目的应用加以关注。【解题必备】NH3+CO2+H2O=NH4HCO3，制取碳酸氢钠时先要得到含氨的饱和食盐水，所以应先通入氨气，氨气极易溶解于水，能形成较大浓度的碱性溶液，有利于二氧化碳吸收，生成更多的碳酸氢铵。【变式突破】3．某研究性学习小组学习了工业“侯氏制碱法”的原理后，知道：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl。[提出问题]能否在实验室模拟“侯氏制碱法”中制取NaHCO3的过程呢？[实验验证]如图是该学习小组进行模拟实验时所用到的部分主要装置。已知浓氨水遇生石灰会产生大量的NH3。请回答下列问题：（1）检验A装置气密性的方法是：塞紧带长颈漏斗的橡胶塞，夹紧弹簧夹后，从漏斗注入一定量的水，使漏斗内的水面高于试管内的水面，停止加水后，若___________，说明装置不漏气。（2）D是连接在装置A与装置C之间的气体净化装置，进气口是___________(填a或b)，D的作用是除去___________气体。（3）实验时先向饱和NaCl溶液中通入较多的NH3(溶液显碱性)，再通入足量的CO2，其原因是___________。(填写序号)①使CO2更易被吸收加快反应速率②NH3比CO2更易制取③CO2的密度比NH3大（4）用___________的方法将生成的NaHCO3晶体从溶液中分离出来。[得出结论]利用“侯氏制碱法”在实验室可以制取NaHCO3。（5）实验室用石灰石(杂质既不溶于水也不与稀盐酸反应)和稀盐酸反应制取二氧化碳。反应的化学方程式为___________，若用图I所示医用塑料袋排空气法收集CO2，则CO2导入端为___________(填“a”或“b”)。制取二氧化碳实验结束后，锥形瓶内已无气泡产生，但还有少量固体剩余。小宇对锥形瓶内溶液中溶质的成分进行猜想：（6）请依小宇的猜想，写出溶液中溶质成分的两种可能___________；___________(填所含溶质的化学式)（7）用图Ⅱ所示矿泉水瓶可以证明CO2与NaOH溶液确实发生了反应，其现象是___________，发生的化学方程式为：___________【答案】（1）漏斗中与试管中的液面差保持不变(或漏斗中的液面不再下降)（2）a氯化氢(或HCl)（3）①（4）过滤（5）CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑a（6）CaCl2HCl（7）软塑料瓶变瘪2NaOH+CO2═Na2CO3+H2O【分析】注入一定量的水后，试管内气体被压缩，管内压强增大，会出现液面差，据此分析解答；根据洗气瓶的原理分析解答；根据氨气和二氧化碳的溶解性，结合反应分析解答；根据二氧化碳与空气的密度的相对大小分析解答；锥形瓶内已无气泡产生，但还有少量固体剩余，说明盐酸的量是过量的，则剩余固体完全是杂质，据此分析解答；氢氧化钠能与二氧化碳反应而使瓶内的压强变小，据此分析解答。（1）随着水的注入，试管内的气体压强增大，漏斗内液体不能再流入试管，使长颈漏斗与管内液面出现液面差，并且液面差保持不变，说明装置气密性良好，故答案为：漏斗中与试管中的液面差保持不变(或漏斗中的液面不再下降)；（2）装置D内盛放的碳酸氢钠溶液能与混在气体中的HCl发生反应，生成氯化钠、水和二氧化碳，从而除去混在气体中的HCl，气体应该从a管通入，才能使气体通过溶液达到净化气体的目的，故答案为：a；氯化氢(或HCl)；（3）氨气极易溶于水，先通入氨气，氨气与水形成呈碱性的氨水可与二氧化碳与水生成的碳酸发生反应，有利于二氧化碳气体的吸收，故答案为：①；（4）生成的碳酸氢钠为晶体形式存在的，通过过滤可把混在溶液中的碳酸氢钠晶体分离出来，故答案为：过滤；（5）实验室用石灰石和稀盐酸反应制取二氧化碳，反应的化学方程式为CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑；二氧化碳的密度大于空气的密度，所以用若用图I所示医用塑料袋排空气法收集CO2，则CO2导入端为a，故答案为：CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑；a；（6）制取二氧化碳实验结束后，锥形瓶内已无气泡产生，但还有少量固体剩余，说明盐酸的量是过量的，则剩余固体完全是杂质，溶液中的溶质是CaCl2和HCl，故答案为：CaCl2；HCl；（7）氢氧化钠能与二氧化碳反应，使矿泉水瓶内的压强变小，在大气压的作用下，软塑料瓶将变瘪，反应方程式是2NaOH+CO2═Na2CO3+H2O，故答案为：软塑料瓶变瘪；2NaOH+CO2═Na2CO3+H2O。习题精练1．根据侯氏制碱原理制备少量NaHCO3的实验，经过制取氨气、制取NaHCO3、分离NaHCO3、干燥NaHCO3四个步骤，下列图示装置和原理能达到实验目的的是A．制取氨气 B．制取碳酸氢钠C．分离碳酸氢钠 D．干燥碳酸氢钠【答案】C【解析】A、氯化铵受热分解生成的氨气和氯化氢在试管口遇冷又生成氯化铵固体，不能用加热氯化铵固体的方法制备氨气，错误；B、气流方向错，应该从右侧导管通入CO2气体，错误；C、从溶液中分离出碳酸氢钠固体用过滤的方法，正确；D、碳酸氢钠受热易分解，不能用该装置干燥碳酸氢钠，错误。答案选C。2．（2021·河北石家庄二中）侯氏制碱法制取的原理为。实验室用如题图所示的装置模拟侯氏制碱法制取少量固体。下列有关说法正确的是A．装置Ⅰ中反应的离子方程式为B．向装置Ⅱ洗气瓶中加入饱和溶液以除去中的少量C．装置Ⅲ中用冰水浴冷却试管内溶液有利于析出固体D．析出固体的上层清液中不存在【答案】C【解析】A．碳酸钙难溶于水，书写离子方程式时不能拆开，要保留化学式的形式，正确的离子方程式为，故A错误；B．饱和溶液也能吸收，所以除去中的少量要用饱和溶液，故B错误；C．为降低碳酸氢钠的溶解度，装置Ⅲ中用冰水浴充分冷却试管内溶液，使固体析出，故C正确；D．析出固体后的溶液为混有氯化铵的饱和溶液，上层清液中还存在，故D错误；答案选C。3．侯氏制碱法又称联合制碱法，是我国化学工程专家侯德榜于1943年所发明的一种高效，低成本的制碱方法，某化学兴趣小组模拟“侯氏制碱法”制纯碱，下列说法正确的是A．乙装置中盛装液体为饱和Na2CO3溶液B．纯碱是一种碱C．纯碱可以做发酵粉和治疗胃酸过多D．用装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时，需要进行的实验操作有过滤、洗涤、干燥、加热(灼烧)【答案】D【解析】A项，乙装置中盛装液体为饱和碳酸氢钠溶液吸收氯化氢气体杂质，错误；B项，纯碱是碳酸钠，不是碱，是盐，错误；C项，碳酸氢钠可以做发酵粉和治疗胃酸过多，错误；D项，碳酸氢钠不稳定，且溶解度比碳酸钠要小，所以用装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时，需要进行的实验操作有过滤、洗涤、干燥、加热(灼烧)，正确。4．根据侯氏制碱原理()，某学习小组制备少量流程如下：工业合成氨反应为根据上述制碱流程，下列有关说法正确的是A．滤液中：B．吸收氨气时可将氨气直接用导管通入饱和食盐水中C．碳酸化后溶液中大量存在离子有：、、、D．煅烧晶体时发生离子反应：【答案】A【解析】A．根据侯氏制碱原理()可知，滤液中的溶质为和，由电荷守恒，则，故A正确；B．氨气极易溶于水，易产生倒吸。所以吸氨过程中不可将氨气直接用导管通入饱和食盐水中，应连一个防倒吸装置，故B错；C．由于饱和食盐水中钠离子浓度很大，所以碳酸化后溶液中的与结合生成晶体，从而使溶液中的、不能大量存在，故C错；D．煅烧晶体的反应不属于离子反应，则，故D错；答案选A。5．我国化学家侯德榜创立了著名的“侯氏制碱法”(流程简图如图所示)，促进了世界制碱技术的发展.下列有关说法正确的是（）A．沉淀池中的反应物共含有五种元素B．过滤得到的“母液”中一定只含有两种溶质C．图中X可能是氨气D．通入氨气的作用是使溶液呈碱性，促进二氧化碳的吸收，更多地析出沉淀【答案】D【解析】A．沉淀池中发生的反应的反应物是氯化钠、氨气、二氧化碳和水，所以含有钠、氯、氮、氢、碳、氧六种元素，故A错误；B．过滤得到的“母液”中含有的溶质有碳酸氢钠、氯化铵，还有可能含有过量的氯化钠，故B错误；C．碳酸氢钠分解生成碳酸钠、水、二氧化碳，所以X是二氧化碳，故C错误；D．氨气的水溶液显碱性，能更好的吸收二氧化碳，使反应物浓度大，反应速度快，故D正确；故答案为D。6．“侯氏制碱法”是我国化工专家侯德榜为世界制碱工业作出的突出贡献。某实验小组模拟“侯氏制碱法”的工艺流程及实验装置(部分夹持装置省略)如图：下列叙述正确的是（）A．实验时先打开装置③中分液漏斗的旋塞，过一段时间后再点燃装置①的酒精灯B．装置②的干燥管中可盛放碱石灰，作用是吸收多余的NH3C．向步骤I所得滤液中通入氨气，加入细小的食盐颗粒并降温可析出NH4ClD．用装置④可实现步骤Ⅱ的转化，所得CO2可循环使用【答案】C【解析】在饱和氯化钠溶液中通入氨气和二氧化碳可得到碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液，过滤得沉淀物为碳酸氢钠，经洗涤、干燥得碳酸氢钠固体，滤液中主要溶质为氯化铵，再加入氯化钠和通入氨气，将溶液降温结晶可得氯化铵晶体。A、氯化钠、水、氨气和二氧化碳反应生成碳酸氢钠、氯化铵，反应方程式为NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl，由于氨气在水中溶解度较大，所以先通氨气，再通入二氧化碳，故A错误；B、氨气是污染性气体不能排放到空气中，碱石灰不能吸收氨气，装置②的干燥管中可盛放蘸稀硫酸的脱脂棉，作用是吸收多余的NH3，故B错误；C、通入氨气的作用是增大的浓度，使NH4Cl更多地析出、使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度，故C正确；D、用装置④加热碳酸氢钠，分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，可实现步骤Ⅱ的转化，但生成的二氧化碳未被收集循环使用，烧杯加热未垫石棉网，故D错误；故答案为：C。【点睛】“侯氏制碱法”试验中，需先通入氨气，其原因是氨气在水中的溶解度较大，二氧化碳在水中溶解度较小，先通入氨气所形成的溶液中氨的浓度较大，方便后续的反应进行；“侯氏制碱法”所得到的产品是碳酸氢钠，碳酸氢钠经过加热会生成碳酸钠。7．化工专家侯德榜发明的侯氏制碱法，其工艺流程图如下：（1）工艺流程中制得的产品是___________、___________(填化学式)。（2）循环使用的物质是___________，主要目的是_____________________。（3）“煅烧”时发生反应的化学方程式为________________________________。（4）为使NH4Cl沉淀充分析出并分离，根据NaCl和NH4Cl溶解度曲线，可采用的操作为___________、___________。（5）产品分析：把5.8g含有少量NaCl杂质的Na2CO3，样品与足量稀硫酸反应后，产生的气体先通过足量浓硫酸，再通过足量Na2O2，Na2O2增重1.4g，①气体与Na2O2反应的化学方程式___________________________________________；②产品纯度为___________(保留到小数点后1位)。【答案】（1）①Na2CO3②NH4Cl（2）①二氧化碳②降低成本，提高原料使用率（3）2NaHCO3eq\o(,\s\up6(Δ))Na2CO3＋CO2↑＋H2O（4）①蒸发浓缩②冷却结晶（5）①2Na2O2＋2CO22Na2CO3＋O2②91.4%【解析】向精制饱和食盐水中先通入足量氨气，使溶液显碱性，然后通入足量CO2气体，发生反应：NaCl＋NH3＋CO2NaHCO3↓＋NH4Cl，析出NaHCO3晶体，将晶体过滤处理，然后煅烧NaHCO3分解产生Na2CO3，反应方程式为：2NaHCO3eq\o(,\s\up6(Δ))Na2CO3＋CO2↑＋H2O，分解产生的CO2再用于制取NaHCO3，分离NaHCO3的母液中加入NaCl晶体，可析出NH4Cl固体，用于作化肥或金属加工的除锈剂等。（1）根据上述分析可知：工艺流程中制得的产品是Na2CO3、NH4Cl；（2）在上述工艺流程中可以循环利用的物质有二氧化碳；其主要目的是降低成本，提高原料使用率；（3）“煅烧”时NaHCO3分解产生Na2CO3，反应方程式为：2NaHCO3eq\o(,\s\up6(Δ))Na2CO3＋CO2↑＋H2O；（4）根据图示可知：NH4Cl的溶解度受温度的影响变化较大，而NaCl的溶解度受温度的影响变化不大，所以为使NH4Cl沉淀充分并分离出来，可采取的操作是蒸发浓缩、冷却结晶；（5）CO2与Na2O2反应产生Na2CO3、O2，反应的化学方程式为：2Na2O2＋2CO22Na2CO3＋O2；②向样品中加入H2SO4，Na2CO3发生反应产生CO2气体，反应方程式为：Na2CO3＋H2SO4Na2SO4＋CO2↑＋H2O，样品与足量稀硫酸反应后，产生的CO2气体先通过足量浓硫酸，再通过足量Na2O2，发生反应：2Na2O2＋2CO22Na2CO3＋O2。2Na2O2＋2CO22Na2CO3＋O2固体增重88g32g56gx1.4g解得：x＝2.2gNa2CO3＋H2SO4Na2SO4＋CO2↑＋H2O10644y2.2g解得：y＝5.3g故样品中Na2CO3的纯度为EQ\f(5.3g,5.8g)×100%＝91.4%。8．1942年，我国化工专家侯德榜以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3，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＋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，请写出工业合成氨的化学反应方程式_______(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。