侯氏制碱法的原理及应用-带答案

侯氏制碱法的原理及应用-带答案

侯氏制碱法的原理及应用

小结：工业制纯碱的方法：

1．氨碱法(索尔维制碱法)

向饱和食盐水中通入足量氨气至饱和，然后在加压下通入CO2(由CaCO3煅烧而得)，因NaHCO3溶解度较小，故有下列反应发生：

NH3＋CO2＋H2O＝NH4HCO3

NaCl＋NH4HCO3＝NaHCO3↓＋NH4Cl

将析出的NaHCO3晶体煅烧，即得Na2CO3：

2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O

母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨，以便循环使用：

2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O

此法优点：原料经济，能连续生产，CO2和NH3能回收使用．

缺点：大量CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70%，约有30%的NaCl留在母液中。

2．联合制碱法(侯氏制碱法)

根据NH4Cl在常温时的溶解度比NaCl大，而在低温下却比NaCl溶解度小的原理，在278K～283K(5℃～10℃)时，向母液中加入食盐细粉，而使NH4Cl单独结晶析出供做氮肥．

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%；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CO2这一工序。

例1 1892年，比利时人索尔维以NaCl、CO2、H2O、NH3为原料生产Na2CO3,叫索尔维法．其主要步骤是：(1)在NH3饱和的NaCl溶液中通入CO2制得NaHCO3；(2)再将NaHCO3焙烧制得纯碱，CO2循环使用；(3)在析出小苏打的母液中加入生石灰，NH3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NH4Cl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 。

例1 解析：CO2在水中发生反应：CO2＋H2OH2CO3H＋＋HCO，因为碳酸是弱酸，所以HCO在水溶液中浓度很小；但是在通入氨气后，氨气在水溶液中也发生反应：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，所得到的少量OH－和前一反应中的H＋结合生成极弱的电解质H2O，从而使得两个反应都向右进行，可以使溶液中HCO的浓度变大，由于NaHCO3溶解度较小，所以可析出NaHCO3晶体，母液中为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的母液循环使用，原料充分利用，NH3循环使用，不生成CaCl2．

答案：(1)NH3＋H2O＋CO2＝NH4HCO3

NH4HCO3＋NaCl＝NH4Cl＋NaHCO3↓

(2)H2CO3酸性比盐酸弱，CO2与NaCl不反应

(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年比利时人索尔维以NaCl、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 ；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NH3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）①　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。　　　

（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 。

例2 （1）不需要　　　

（2）a．氯化钠未能充分利用； b．产生CaCl2废弃物

（3）①将NH4Cl作为一种化工产品，不再生产NH3循环使用；

② 对分离出NaHCO3和NH4Cl后含NaCl的溶液循环使用。

（4）补充2mol NaCl；2mol NH3；1 mol CO2

例3 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 ；

2NaHCO3 Na2CO3＋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 ；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 。

②乙装置中的试剂是 。

③实验结束后，分离出NaHCO3 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）。

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）： 。

例3

（1） b、d

（2）c

（3）第一位同学：① CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O + CO2↑

② 饱和碳酸氢钠溶液

③ 过滤

第二位同学：①NH3（氨） CO2 （二氧化碳） ② 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 ： Na2CO3＋CO2＋H2O 2NaHCO3 等，

其它合理方法均可。

例4 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：

NH3+CO2+NaCl+H2O NH4Cl+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。

（1）A装置中所发生反应的离子方程式为________________________。

C装置中稀硫酸的作用为___________________________________________。

（2）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______________________。

（3）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_____________________________________。

（4）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NaHCO3晶体的质量为5.04g，则NaHCO3的产率为 。

例4 （1）CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O；吸收从B装置中的试管内逸出的氨气，减少对环境的污染

（2）温度越低，碳酸氢钠的溶解度越小，便于析出

（3）A与B； 饱和NaHCO3溶液（其它合理答案均可给分）；除去CO2中混合的HCl气体

（4）60%

有关侯氏制减法的高考试题

（2005上海）26．（A）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：

（1）上述生产纯碱的方法称，副产品的一种用途为 。

（2）沉淀池中发生的化学反应方程式是 。

（3）写出上述流程中X物质的分子式 。

（4）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

（5）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 。

（6）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NH4＋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

（A）（本题共12分）

（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）NH3＋CO2＋H2O＋NaCl→NH4Cl＋NaHCO3↓

或NH3＋CO2＋H2O→NH4HCO3 NH4HCO3＋NaCl→NaHCO3↓＋NH4Cl

（3）CO2

（4）I 过滤

（5）稀硝酸和硝酸银溶液

（6）a c

（2005天津）28．（19分）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，制得Na2CO3固体。

四种盐在不同温度下的溶解度（g/100g水）表

①＞35℃NH4HCO3会有分解

请回答：

（1）反应温度控制在30～35℃，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）。

（3）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。

（4）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1～2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CO32－＋H＋＝HCO3－反应的终点），所用HCl溶液体积为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（％）＝

（1）NH4HCO3分解 反应速率降低 水浴加热

（2）使反应充分进行 NaHCO3的溶解度最小 NaCl NH4Cl NH4HCO3

（3）NaHCO3 NaCl NH4Cl NH4HCO3 HCl

（4）

（2010上海）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 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数可表示为：

（注明你的表达式中所用的有关符号的含义）

（2010上海）27．

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/a78779982a160b4e767f5acfa1c7aa00b42a9dff.html