侯氏制堿法的原理及應(yīng)用-帶答案(共7頁)
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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 侯氏制堿法的原理及應(yīng)用 小結(jié):工業(yè)制純堿的方法: 1.氨堿法(索爾維制堿法) 向飽和食鹽水中通入足量氨氣至飽和,然后在加壓下通入CO2(由CaCO3煅燒而得),因NaHCO3溶解度較小,故有下列反應(yīng)發(fā)生: NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NaCl+NH4HCO3=NaHCO3↓+NH4Cl 將析出的NaHCO3晶體煅燒,即得Na2CO3: 2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O 母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨,以便循環(huán)使用: 2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O 此法優(yōu)點:原料經(jīng)濟,能連續(xù)生產(chǎn),
2、CO2和NH3能回收使用. 缺點:大量CaCl2用途不大,NaCl利用率只有70%,約有30%的NaCl留在母液中。 2.聯(lián)合制堿法(侯氏制堿法) 根據(jù)NH4Cl在常溫時的溶解度比NaCl大,而在低溫下卻比NaCl溶解度小的原理,在278K~283K(5℃~10℃)時,向母液中加入食鹽細粉,而使NH4Cl單獨結(jié)晶析出供做氮肥. 此法優(yōu)點:保留了氨堿法的優(yōu)點,消除了它的缺點,使食鹽的利用率提高到96%;NH4Cl可做氮肥;可與合成氨廠聯(lián)合,使合成氨的原料氣CO轉(zhuǎn)化成CO2,革除了CaCO3制CO2這一工序。 例1 1892年,比利時人索爾維以NaCl、CO2、H2O、NH3為
3、原料生產(chǎn)Na2CO3,叫索爾維法.其主要步驟是:(1)在NH3飽和的NaCl溶液中通入CO2制得NaHCO3;(2)再將NaHCO3焙燒制得純堿,CO2循環(huán)使用;(3)在析出小蘇打的母液中加入生石灰,NH3循環(huán)使用.1940年,我國著名化工專家侯德榜先生,沖破了“索爾維”法的技術(shù)封鎖,并加以改進,用NaCl固體代替生石灰,加入母液使NH4Cl晶體析出,生產(chǎn)出純堿和氯化銨.這便是舉世聞名的“侯氏制堿法”.試回答: (1)在氨飽和NaCl溶液中通入CO2的兩步反應(yīng)方程式為 。 (2)不能在NaCl溶液中通入CO2制NaHCO3的原因
4、 。 (3)析出小蘇打的母液中加入生石灰的反應(yīng)方程式是 。 (4)“侯氏制堿法”與“索爾維法”相比其優(yōu)點是 。 例1 解析:CO2在水中發(fā)生反應(yīng):CO2+H2OH2CO3H++HCO,因為碳酸是弱酸,所以HCO在水溶液中濃度很??;但是在通入氨氣后,氨氣在水溶液中也發(fā)生反應(yīng):NH3+H2ONH3H2ONH+OH-,所得到的少量OH-和前一反應(yīng)中的H+結(jié)合生成極弱的電解質(zhì)H2O,從而使得兩個反應(yīng)都向右進行,可以使溶液中HCO的濃度變大,由于NaHCO3溶解度較小,所以可析
5、出NaHCO3晶體,母液中為NH4Cl,加入生石灰可生成NH3和CaCl2,改用NaCl,利用NH4Cl溶解度小的原理可析出NH4Cl做肥料,析出NH4Cl的母液循環(huán)使用,原料充分利用,NH3循環(huán)使用,不生成CaCl2. 答案:(1)NH3+H2O+CO2=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓ (2)H2CO3酸性比鹽酸弱,CO2與NaCl不反應(yīng) (3)2NH4Cl+CaO=CaCl2+H2O+2NH3↑ (4)使NH4Cl析出,可做氮肥,不生成CaCl2,原料NaCl充分利用。 例2 1892年比利時人索爾維以NaCl、CO2、NH3、H2O
6、為原料制得了純凈的Na2CO3,該法又稱氨堿法,其主要生產(chǎn)流程如下: (1)從理論上看,循環(huán)生產(chǎn)是否需要再補充NH3? 。 (2)從綠色化學(xué)原料的充分利用的角度看,該方法有二個明顯的缺陷是: a ;b 。 我國化學(xué)家侯德榜改革國外的純堿生產(chǎn)工藝,創(chuàng)造了侯德榜制堿法又叫聯(lián)堿法,生產(chǎn)流程可簡要表示如下: 該法是將合成氨工廠生產(chǎn)的NH3及副產(chǎn)品CO2,再與飽和食鹽水反應(yīng)……。該法與氨堿法不同之處有二點: (3)①
7、 。 ② ?! ? (4)從理論上看,每再生產(chǎn)1mol Na2CO3,再補充的物質(zhì)及其物質(zhì)的量分別是 。 例2 (1)不需要 (2)a.氯化鈉未能充分利用; b.產(chǎn)生CaCl2廢棄物 (3)①將NH4Cl作為一種化工產(chǎn)品,不再生產(chǎn)NH3循環(huán)使用; ② 對分離出NaHCO3和NH4Cl后含NaCl的溶液循環(huán)使用。 (4)補充2mol
8、 NaCl;2mol NH3;1 mol CO2 例3 1942年,我國化工專家侯德榜以NaCl、NH3、CO2等為原料先制得NaHCO3,進而生產(chǎn)出純堿,他的“侯氏制堿法”為世界制堿工業(yè)做出了突出貢獻。有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式如下: NH3+CO2+H2O NH4HCO3 ; NH4HCO3+NaCl NaHCO3↓+NH4Cl ; 2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O (1)“侯氏制堿法”把合成氨和純堿兩種產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn),請寫出工業(yè)合成氨的化學(xué)反應(yīng)方程式 ;已
9、知合成氨為放熱反應(yīng),若從勒夏特列原理來分析,合成氨應(yīng)選擇的溫度和壓強是 (選填字母)。 a.高溫 b.低溫 c.常溫 d.高壓 e.低壓 f.常壓 (2)碳酸氫銨與飽和食鹽水反應(yīng),能析出碳酸氫鈉晶體的原因是 。 a.碳酸氫鈉難溶于水 b.碳酸氫鈉受熱易分解 c.碳酸氫鈉的溶解度相對較小,所以在溶液中首先結(jié)晶析出 (3)某探究活動小組根據(jù)上述制堿原理,欲制備碳酸氫鈉,同學(xué)們按各自設(shè)計的方案進行實驗。 第一位同學(xué):將二氧化碳氣體通入含氨的飽和食鹽水中制備碳酸氫鈉,實驗裝置如下圖所示(圖中夾持、固定用的儀器未畫出)。 請回
10、答: ①寫出甲中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式 。 ②乙裝置中的試劑是 。 ③實驗結(jié)束后,分離出NaHCO3 晶體的操作是 (填分離操作的名稱)。 第二位同學(xué):用圖中戊裝置進行實驗(其它裝置未畫出)。 ①為提高二氧化碳在此反應(yīng)溶液中被吸收的程度,實驗時,須先從a管通入 氣體,再從b管中通入 氣體。 ②裝置c中的試劑為 (選填字母)。 e .堿石灰 f.濃硫酸 g.無水氯化鈣
11、(4)請你再寫出一種實驗室制取少量碳酸氫鈉的方法(用簡要的文字和相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式來描述): 。 N2 + 3H2 2NH3 例3 (1) b、d (2)c (3)第一位同學(xué):① CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O + CO2↑ ② 飽和碳酸氫鈉溶液 ③ 過濾 第二位同學(xué):①N
12、H3(氨) CO2 (二氧化碳) ② g (4)向燒堿溶液中通入過量CO2 :NaOH + CO2 NaHCO3; 或向飽和Na2CO3 溶液中通入過量CO2 : Na2CO3+CO2+H2O 2NaHCO3 等, 其它合理方法均可。 例4 我國制堿工業(yè)的先驅(qū)—侯德榜先生,1939年發(fā)明了著名的侯氏制堿法,其核心反應(yīng)原理可用如下化學(xué)方程式表示: NH3+CO2+NaCl+H2O NH4Cl+NaHCO3(晶體), 依據(jù)此原理,欲制得碳酸氫鈉晶體,某校學(xué)生設(shè)計了如下實驗裝置,其中B裝置中的試管內(nèi)是溶有氨和氯化鈉的溶液,且二者均已
13、達到飽和。 (1)A裝置中所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________。 C裝置中稀硫酸的作用為___________________________________________。 (2)下表中所列出的是相關(guān)物質(zhì)在不同溫度下的溶解度數(shù)據(jù)(g/100g水) 溫度 溶 解 鹽 度 0℃ 10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 50℃ NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 NaHCO3 6.9 8.1 9.6 11.1 12.7 14.5 NH4Cl 29.4 33.
14、3 37.2 41.4 45.8 50.4 參照表中數(shù)據(jù),請分析B裝置中使用冰水的目的是______________________。 (3)該校學(xué)生在檢查完此套裝置氣密性后進行實驗,結(jié)果沒有得到碳酸氫鈉晶體,指導(dǎo)教師指出應(yīng)在_____________裝置之間(填寫字母)連接一個盛有___________的洗氣裝置,其作用是_____________________________________。 (4)若該校學(xué)生進行實驗時,所用飽和食鹽水中含NaCl的質(zhì)量為5.85g,實驗后得到干燥的NaHCO3晶體的質(zhì)量為5.04g,則NaHCO3的產(chǎn)率為 。 例
15、4 (1)CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O;吸收從B裝置中的試管內(nèi)逸出的氨氣,減少對環(huán)境的污染 (2)溫度越低,碳酸氫鈉的溶解度越小,便于析出 (3)A與B; 飽和NaHCO3溶液(其他合理答案均可給分);除去CO2中混合的HCl氣體 (4)60% 有關(guān)侯氏制減法的高考試題 (2005上海)26.(A)我國化學(xué)侯德榜(右圖)改革國外的純堿生產(chǎn)工藝,生產(chǎn)流程可簡要表示如下: (1)上述生產(chǎn)純堿的方法稱,副產(chǎn)品的一種用途為 。 (2)沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是 。
16、 (3)寫出上述流程中X物質(zhì)的分子式 。 (4)使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上,主要是設(shè)計了 (填上述流程中的編號)的循環(huán)。從沉淀池中取出沉淀的操作是 (5)為檢驗產(chǎn)品碳酸鈉中是否含有氯化鈉,可取少量試樣溶于水后,再滴加 。 (6)向母液中通氨氣,加入細小食鹽顆粒,冷卻析出副產(chǎn)品,通氨氣的作用有 。 (a) 增大NH4+的濃度,使NH4Cl更多
17、地析出 (b) 使NaHCO3更多地析出 (c) 使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3,提高析出的NH4Cl純度 (A)(本題共12分) (1)聯(lián)合制堿法或侯德榜制堿法化肥或電解液或焊藥等(其他合理答案均給分) (2)NH3+CO2+H2O+NaCl→NH4Cl+NaHCO3↓ 或NH3+CO2+H2O→NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl→NaHCO3↓+NH4Cl (3)CO2 (4)I 過濾 (5)稀硝酸和硝酸銀溶液 (6)a c (2005天津)28.(19分)根據(jù)侯德榜制堿法原理并參考下表的數(shù)據(jù),實驗室制備純堿Na2CO3的主要步驟是:
18、將配制好的飽和NaCl溶液倒入燒杯中加熱,控制溫度在30~35℃,攪拌下分批加入研細的NH4HCO3固體,加料完畢后,繼續(xù)保溫30分鐘,靜置、過濾得NaHCO3晶體。用少量蒸餾水洗滌除去雜質(zhì),抽干后,轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中,灼燒2小時,制得Na2CO3固體。 四種鹽在不同溫度下的溶解度(g/100g水)表 溫度 溶解度 鹽 0℃ 10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 100℃ NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3 39.8 NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0 -① - -
19、 - NaHCO3 6.9 8.1 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4 - NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.3 77.3 ①>35℃NH4HCO3會有分解 請回答: (1)反應(yīng)溫度控制在30~35℃,是因為若高于35℃,則 ,若低于30℃,則 ;為控制此溫度范圍,采取的加熱方法為 。 (2)加料完畢后,繼續(xù)保溫30分鐘,目的是
20、 。靜置后只析出NaHCO3晶體的原因是 。用蒸餾水洗滌NaHCO3晶體的目的是除去 雜質(zhì)(以化學(xué)式表示)。 (3)過濾所得的母液中含有 (以化學(xué)式表示),需加入 ,并作進一步處理,使NaCl溶液循環(huán)使用,同時可回收NH4Cl。 (4)測試純堿產(chǎn)品中NaHCO3含量的方法是:準確稱取純堿樣品W g,放入錐形瓶中加蒸餾水溶解,加1~2滴酚酞指示劑,用物質(zhì)的量濃度為c(mol/L)的HCl
21、溶液滴定至溶液由紅色到無色(指示CO32-+H+=HCO3-反應(yīng)的終點),所用HCl溶液體積為V1 mL,再加1~2滴甲基橙指示劑,繼續(xù)用HCl溶液滴定至溶液由黃變橙,所用HCl溶液總體積為V2 mL。寫出純堿樣品中NaHCO3質(zhì)量分數(shù)的計算式:NaHCO3(%)= (1)NH4HCO3分解 反應(yīng)速率降低 水浴加熱 (2)使反應(yīng)充分進行 NaHCO3的溶解度最小 NaCl NH4Cl NH4HCO3 (3)NaHCO3 NaCl NH4Cl NH4HCO3 HCl (4) (2010上海)27.工業(yè)生產(chǎn)純堿的工藝
22、流程示意圖如下: 完成下列填空: 1)粗鹽水加入沉淀劑A、B除雜質(zhì)(沉淀劑A來源于石灰窯廠),寫出A、B的化學(xué)式。 A B 2)實驗室提純粗鹽的實驗操作依次為: 取樣、 、沉淀、 、 、冷卻結(jié)晶、 、烘干。 3)工業(yè)生產(chǎn)純堿工藝流程中,碳酸化時產(chǎn)生的現(xiàn)象是 。 碳酸化時沒有析出碳酸鈉晶體,其原因是
23、 。 4)碳酸化后過濾,濾液D最主要的成分是 (填寫化學(xué)式),檢驗這一成分的陰離子的具體方法是: 。 5)氨堿法流程中氨是循環(huán)使用的,為此,濾液D加入石灰水產(chǎn)生氨。加石灰水后所發(fā)生的反應(yīng)的離子方程式為: 濾液D加石灰水前先要加熱,原因是 。 6)產(chǎn)品純堿中含有碳酸氫鈉。如果用加熱分解的方法測定純堿中碳酸氫鈉的質(zhì)量分數(shù),純堿中碳酸氫鈉的質(zhì)量分數(shù)可表示為: (注明你的表達式中所用的有關(guān)符號的含義) (2010上海)27. 專心---專注---專業(yè)
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