侯氏制碱法的原理及应用.docx

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!02(由CaCO3煅烧而得)，因NaHCO3溶解度较小，故有下列反应发生：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3NaCl+NH4HCO3=NaHCO3j+NH4Cl 2NaHCO3 = Na2CO3+CO2T+H2O将析出的NaHCO3晶体煅烧，即得Na2CO3：母液中的NH4C1加消石灰可回收氨，以便循环使用：4 A2NH4C1+Ca(OH)2 = CaC12+2NH3t+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CaC12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NHCl在常温时的溶解度tNaCl大，而在低温下却tNaCl溶解度小的原理，在78*283K(5°C10°C)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N.CO3，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： 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。一 一 -.一一- - _一 一 一 - 一 一-例1解析：CO2在水中发生反应：CO2+H2O H2CO3 H+HCO 3，因为碳酸是弱酸，所以HCO 3在水溶液中、一、 .一 -_一 -+- - q 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+H2O NH3H2O NH4 +OH-，所得到的少量 - - 一 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HCO3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N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=NH4HCO3NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3；(2) H2CO3酸性比盐酸弱，CO2与NaCl不反应(3) 2NH4Cl+CaO=CaCl2+H2O+2NH3t(4) 使NH4Cl析出，可做氮肥，不生成CaCl2，原料NaCl充分利用。例2下：1892年比利时人索尔维以NaCl、CO2、啊、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（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：m成产厂汩HkJ，底惧初i 1*工七' 值环I小£瘦取副产尚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）。质的量分别（4）从理论上看，每再生产1mol Na2CO3，再补充的物质及其物 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）将NH4Cl作为一种化工产品，不再生产NH3循环使用； 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 =a2CO3+CO2f+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) 碳酸氢铉与饱和食盐水反应，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： 写出甲中发生反应的离子方程式。 乙装置中的试剂是。 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)。 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。 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) N + 3H 催化剂、2NH3b、d(2) c 22 高温高压(3) 第一位同学：CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O + CO2T 饱和碳酸氢钠溶液 过滤第二位同学：NH3 (氨)CO2 (二氧化碳) 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一侯德榜先生，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+H2ONH4Cl+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）M度0°C10C20C30C40C50CNaCl35.735.836.036.336.637.0NaHCO36.98.19.611.112.714.5NH4Cl29.433.337.241.445.850.4参照表中数据，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+CO2H2O；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（其他合理答案均可给分）；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:食盐水J J .*工 T 合牵J I 皿，R悬眦宙炉心。3 t 循环I四一母液f根取副产品)(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NH4H的浓度，使NH4C1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NH4C1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(其他合理答案均给分)(2) NH3+CO2+H2O+NaC1NH4C1+NaHCO3 I或 NH3+CO2+H2Of NH4HCO3 NH4HCO3+NaCNaHCO3 I+NH4C1(3) CO22(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3035°C，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)表温度c 盐溶解度10C20C30C40C50C60C100CNaCl35.735.836.036.336.637.037.339.8NH4HCO311.915.821.027.0NaHCO36.98.19.611.112.714.516.4NH4C129.433.337.241.445.850.455.377.3>35°CNH4HCO3会有分解请回答：（1 ）反应温度控制在3035C ,是因为若高于35C ,则,若低于30C ,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彩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CO32-+H+=HCO3-反应的终点），所用HCl溶液体积 为V1mL，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V2 mL。写出纯碱样品 中NaHCO3质量分数的计算式：NaHCO3 （%）=(1)(2)(3)(4)nh4hco3分解反应速率降低水浴加热使反应充分进行NaHCO3的溶解度最小NaCl NH4Cl NH4HCO3NaHCO3 NaCl NH4Cl NH4HCO3 HCl3广叩 ' 总X100%w（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，碳酸化时产生的现象是。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。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）27.1）Ca（OH 或己2服QQ2）溶解过港蒸发过诵3）有晶体析出或由现浑浊）碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大4）NH同取样，加硝酸醵化加硝醵银，有白色沉淀该阴离子是氯离孑5）NHC+OH- T十毛。防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀G）网必心=粘如-呻