侯式制碱法原理和简单流程

精品文档 第 1 页1欢迎下载 精锐教育学科教师辅导讲义精锐教育学科教师辅导讲义 学员编号 学员编号 年年 级 高三级 高三 课课 时时 数 数 3 3 学员姓名 学员姓名 辅导科目 辅导科目 化学化学 学科教师 学科教师 授课主题授课主题 侯式制碱法原理和简单流程侯式制碱法原理和简单流程 教学目的教学目的 侯氏制碱法在上海高考中占有比较特殊的地位 出现的几率较大 常考的知识点是侯氏制碱 法的原理 温度的选择 母液的成分 处理及与氨碱法的优劣比较 学生在温度的控制和母 液的处理上出现的错误几率较大 教学内容教学内容 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 碳酸氢铵是一种重要的铵盐 实验室中 将二氧化碳通入氨水可制得碳酸氢铵 用碳酸 氢铵和氯 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 27 工业生产纯碱的工艺流程示意图如下 精品文档 第 2 页2欢迎下载 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 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 4 2005 年上海高考五 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 答案 1 精品文档 第 3 页3欢迎下载 423 NHCO 1 Ca OH 2 或 CaO Na2CO3 2 溶解 过滤 蒸发 过滤 3 有晶体析出 或出现浑浊 碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大 4 NH4Cl 取样 加硝酸酸化 再加硝酸银 有白色沉淀产生 该阴离子是氯离子 5 NH4 OH NH3 H2O 防止加入石灰水时产生碳酸钙沉淀 解析 加热时 使碳酸氢根水解程度增大 释放出二氧化碳 减少 碳酸氢根的量 从而减少氢氧根的消耗 使铵根完全转化为氨气放出 同时产生碳酸钙的含量也相应的减少 6 3 12 1 84 31 NaHCO mm m 4 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 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 知识梳理知识梳理 实验背景 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 实验原理一 实验原理 化学反应原理是 总反应为 总反应为 将经过滤 洗涤得到的 NaHCO3微小晶体再加热 制得纯碱产品 精品文档 第 4 页4欢迎下载 答案 答案 化学反应原理 32243 NHCOH ONH HCO 4334 NaClNH HCONaHCONH Cl 饱和 总反应总反应 32234 NaClNHCOH ONaHCONH Cl 饱和 32322 2NaHCONa COCOH O 2 2 氨碱法 又称索尔维法 氨碱法 又称索尔维法 1 1 原料 原料 食盐 氯化钠 石灰石 经煅烧生成生石灰和二氧化碳 氨气 2 2 步骤 步骤 先把氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水 32243 NHCOH ONH 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铵溶液 4334 NaClNH HCONaHCONH Cl 饱和 将经过滤 洗涤得到的 NaHCO3微小晶体 再加热煅烧制得纯碱产品 放出的二氧化碳气体可回收循环使用 32322 2NaHCONa COCOH O 含有氯化铵的滤液与石灰乳 Ca OH 2 混合加热 所放出的氨气可回收循环使用 CaO H2O Ca OH 2 2NH4Cl Ca OH 2 CaCl2 2NH3 2H2O 其工业流程图为 精品文档 第 5 页5欢迎下载 其工业生产的简单流程如图所示 3 3 氨碱法的优点是 氨碱法的优点是 原料 食盐和石灰石 便宜 产品纯碱的纯度高 副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用 制造步骤简单 适合于大规模生产 4 4 氨碱法的缺点是 氨碱法的缺点是 产生大量无用的副产品 CaCl2 NaCl 利用率只有 70 约有 30 的 NaCl 留在母液中 3 设备多 耗能大 精品文档 第 6 页6欢迎下载 3 3 联合制碱法 又称侯氏制碱法 联合制碱法 又称侯氏制碱法 1 1 原料 原料 食盐 氨气和二氧化碳 合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气 22 CH OCO H 高温 g 222 COH OCOH 高温 g 2 2 步骤 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 NaHCO3微小晶体 再煅烧制得纯碱产品 其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液 第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体 由于氯化铵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 而且氯化铵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 化铵单独结晶沉淀析出 经过滤 洗涤和干燥即得氯化铵产品 此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液 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 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 讨论 1 索尔维采取了哪些措施来提高氨的利用率 1 2 精品文档 第 7 页7欢迎下载 3 答案 1 先制得氨化的饱和食盐水 再与 CO2反应 2 使 CO2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氨气 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 降低氯化铵在氯化钠中的溶解度 便于氯化铵的析出 2 向母液中通氨气 思考 向母液中通氨气的作用有哪些 答案 增加的浓度 有利于 NH4Cl 析出 4 NH 使 NaHCO3转化为 Na2CO3 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 CaCl2 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 Cl 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二 化工生产的基本原理 1 1 充分利用原料 充分利用原料 体现物料平衡思想体现物料平衡思想 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 精品文档 第 8 页8欢迎下载 硫酸 氨氧化制硝酸中都利用廉价的 来提高原料气的转化率 2 2 充分利用能量 充分利用能量 体现能量守恒思想体现能量守恒思想 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 3 保护环境 保护环境 体现绿色化学思想体现绿色化学思想 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 例题精讲例题精讲 例例 1 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 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 4 根据联碱法中从母液中提取氯化铵晶体的过程推测 所得结论正确是 a 常温时氯化铵的溶解度比氯化钠小 b 通入氨气能增大 NH4 的浓度 使氯化铵更多析出 c 加入食盐细粉能提高 Na 的浓度 使 NaHCO3结晶析出 d 通入氨气能使 NaHCO3转化为 Na2CO3 提高析出的 NH4Cl 纯度 5 联碱法中 每当通入 NH3 44 8L 已折合成标准状况下 时可以得到纯碱 100 0g 则 NH3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 精品文档 第 9 页9欢迎下载 达式 原子利用率 例例 2 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 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 得 Na2CO3固体 四种盐在不同温度下的溶解度 g 100g 水 表 温度 盐 溶解度 0 10 20 30 40 50 60 100 NaCl35 735 836 036 336 637 037 339 8 NH4HCO311 915 821 027 0 NaHCO36 98 19 611 112 714 516 4 NH4Cl29 433 337 241 445 850 455 377 3 35 NH4HCO3会有分解 请回答 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 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 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 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 溶液的体积为V1 mL 再 精品文档 第 10 页10欢迎下载 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 例例 3 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 NaHCO3 将 NaHCO3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 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 NaCl NH3 CO2 H2O NaHCO3 NH4Cl 2 CO2 NH3 Na2CO3 NH4Cl CaCl2 NaCl 3 防止生石灰先跟溶液中的 NaHCO3反应产生碳酸钙沉淀 CaCO3 2NaCl Na2CO3 CaCl2 4 b d 5 94 3 循环 避免产生大量含有 CaCl2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 2NaCl CO2 H2O Na2CO3 2NH4Cl 所以 原子利用率 100 100 223 432 OHmCOmNHmNaClm ClNHmCONam 反应物总质量 目标产物总产量 2 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 NH4HCO3 NaHCO3 NaCl NH4Cl NH4HCO3 精品文档 第 11 页11欢迎下载 HCl 3 1 H2O NH3 CO2 NH4Cl Na HCO3 c 石灰 氨气 或氨气和部分二氧化碳 氨气 食盐 NH4Cl 食盐 或食盐和二氧化碳 Mg OH 2和 CaCO3 写 MgCO3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 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 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 精品文档 第 12 页12欢迎下载 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 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 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 精品文档 第 13 页13欢迎下载 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 答案 答案 1 NH3 H2O CO2 NH4HCO3 NH4HCO3 NaCl NH4Cl NaHCO3 精品文档 第 14 页14欢迎下载 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 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 3 1 b d 2 c 3 第一位同学 CaCO3 2H Ca2 H2O CO2 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 知识延伸知识延伸 精品文档 第 15 页15欢迎下载 一 在侯氏制碱法中涉及的盐的溶解度一 在侯氏制碱法中涉及的