侯式制碱法原理与简单流程

1、精锐教育学科教师辅导讲义 学员编号：年级：高一课时数：3 学员姓名：辅导科目：化学学科教师： 授课主题 侯式制碱法原理和简单流程 教学目的 侯氏制碱法在上海咼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 豪内容回顾 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】碳酸氢钱是一种重要的钱盐。实验室中，将氧化碳通入氨 水可制得碳酸氢钱

2、，用碳酸氢钱和氯化钠可制得纯碱。 完成下列填空： 41.-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NHHCO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： co ；.1 u 粗盐水fI过諒If冋f I碳詁化锻烧一 A纯礦 完成下列填空： 1 ）粗盐水加入沉淀剂力B除杂质（沉淀剂A来源于石灰窑厂）,写出MB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 4 ）碳酸化后过滤，滤液D最主要的成分是（填写 化

3、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，滤液发生的 反应的离子方程式为：滤液D加石灰水前是 D加入石灰水产生氨。加石灰水后所先要 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: 沉淀池中发生的化学反应方程式是 写出上述流程中X物质的分子式 (填上述流程 使原料氯化钠的利用率从70備高到90%以上，主要是设计了 中的编号)的循环。

4、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NH+的浓度，使NHCI更多地析出(b)使NaHC3更多地析出 (c)使NaHCO专化为NQCQ,提高析出的NHCI纯度 答案：1.A 2(NH 4)283 3. 1) Ca(OH)或CaO NqCO 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 ) NHCI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 NHf + HO 防止加入石灰

5、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，使钱根完全转化为 氨气放出，同时产生碳酸钙的含量也相应的减少） /K1 p4(mi mt) (NaHcor 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) NH+ CO+ H2C+ NaCI NHCI + NaHCQ 或 NH + CO+ HtOANHHCO NH 4HCC+ NaCI NaHCQ+ NHCI (4) I 过滤(5) (6) ac （3）CO 稀硝酸和硝酸银溶液 轻 知识精讲 【知识梳理】 实验背景：无水碳酸钠，俗名纯碱

6、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。 、实验原理 化学反应原理是： 总反应为: 将经过滤、洗涤得到的NaHC3A微小晶体再加热，制得纯碱产品: 答案：化学反应原理: NH3CO2H2ONH4HCO3 NaCI （饱和）NH4HCO3 NaHCOs NH4CI 总反应： NaCI （饱和） NH3 CO2 H2O NaHCOs NH4CI 2NaHCO3 Na2CO3 CO2 H2O 二、氨碱法（又称索尔维法） 1原料： 食盐（氯化钠） 石灰石（经*段烧生成生石灰和二氧化碳）

7、氨气 2步骤: 先把氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水， NHa CO2 H2O NH4HCO3 再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化钱溶液， NaCI （饱和） NH4HCO3 NaHCOs NH4CI 将经过滤、洗涤得到的NaHCO微小晶体，再加热*段烧制得纯碱产品。 2NaHCO3 NazCQ COHO （放出的二氧化碳气体可回收循环使用） 含有氯化钱的滤液与石灰乳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, 2NH 4CI + Ca （OH CaCI 2+ 2NH f+ 2HO 其工业流程图为: 其工业生产的简单流程如图所示:

8、kt4aHC0( 11甘転CO产品 HH, CI “ tflll C 咼温 co2 +H 2 2.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NaHC微小晶体，再锻烧制得纯碱产品，其滤液是含有 氯化铃和氯化钠的溶液。 第二个过程是从含有氯化钱和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化钱晶体。 由于氯化钱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，而且氯化钱在氯 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，可以使氯化钱单独结晶沉淀析出，经过

9、滤、洗涤和干燥即得氯化铃产品。此时滤出氯 化钱沉淀后所得的滤液，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： _ o,（） 4山,厂cn产叵 NHi 亠馆和宜盐水 （循环便用） 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% NHCI可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO,革除了 CaCO 制co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) (3) 答案：(1)先制得氨化的饱和食盐水，再与co反应 (2) 使CO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、

10、“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：降低氯化钱在氯化钠中的溶解度，便于氯化钱的析出 (2) 向母液中通氨气 【思考】向母液中通氨气的作用有哪些? 7 答案：？增加NH4的浓度，有利于NHCI析出 使NaHCO专化为NQCO,提高析出NHCI的纯度。 (3)降温至5 C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(NaCI)的利用率，不产生无用的CaCb。 (2) 体

11、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co,可以作为 碱厂的主要原料；碱厂无用的cr,可以代替价格比较昂贵的硫酸用来固定氨，制成氮月巴。降低了成 本，提高了综合经济效益。 二 化工生产的基本原理 (D 充分利用原料一一体现物料平衡思想。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) 充分利用能量一一体现能量守恒思想 。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) 保护环

12、境一一体现绿色化学思想：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: 食盐水，X _循坯 Y烧 彳盾环I NaCO 氨碱法生产流程示意图 联碱法(候氏制碱法)生I (1) 沉淀池中发生反应的化学方程式为 填写化学式：X是, 丫是; 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 o氨碱法总反应过程可用化学方程式表示为 (4)

13、根据联 碱法中从母液中提取氯化钱晶体的过程推测，所得结论正确是 。 a.常温时氯化钱的溶解度比氯化钠小b .通入氨气能增大NH+的浓度，使氯化钱更多 析出 c. 加入食盐细粉能提高Ns；的浓度，使NaHCO吉晶析出 d. 通入氨气能使NaHCO专化为NaCQ,提高析出的NHCI纯度 (5) 联碱法中，每当通入NH44.8L (已折合成标准状况下)时可以得到纯碱100.0g, 则NH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 是设计了一(填上述流程中的编号)。指出联碱法的另一项优点 o (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，

14、 列出计算原子利用率的表达式：原子利用率( =O 例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NaCO的主要步骤是: 将配制好的饱和NaCI溶液倒入烧杯中加热，控制温度在30- 35C,搅拌下分批加入研细 的NHHCO固体，加料完毕后，继续保温30分钟，静置 过滤得NaHC3晶体。用少 量 蒸f留水洗涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧2小时，得NaCQ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 oc 10C 20 C 30 C 40 C 50 C 60 C 100 c NaCI NHHCQ NaHCO NHCI 35C NHHCO会有分解 请回答

15、： 反应温度控制在30 - 35 C ,是因为若高于35 C ,则 若低于30 C,则为控制此温度范围，采取 的加热方法 为O 力口料完毕后，继续保温30分钟，目的是 静置后只析出NaHCQ晶体的原因是 用蒸f留水洗涤NaHC3晶体的目的是除去 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 Solvay对母液的基本处理是：加入二o 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 O 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 口 (用化学式表示)O (2) 工业上需要对溶

16、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。 答案.1. (1) NaCI + NH + CO+H2O NaHCOj + NHCI (2) CO NHa Na 2CQ NHCI CaCb、NaCI (3)防止生石灰先跟溶液中的NaHCO反应产生碳酸钙沉淀CaCO 3 +2NaCI NazCO + Cab(4) b d (5) %循环I避免产生大量含有CaCb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：2NH+2NaCI+C 2NaHCO NaCO + CO f+ HO (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

17、；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) 和食盐水反应，能析出碳酸氢钠晶体的原因是 碳酸氢钱与饱 O 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 O 乙装置中的试剂是 实验结束后，分离出

18、NaHCO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： 1. N H3+ HO CO NHHCO NHHCOA NaCI NMCI + NaHCQ (2) H 2CO酸性比盐酸弱，CO与NaCI不反应 (3) 2NH4CI + CaO CaCb + H2O+ 2NH f (4) 使NHCI析出，可做氮肥，不生成CaCI2,原料NaCI充分利用。 2. (1)不需要 a氯化钠未能充分利用；b .产生CaCb废弃物 (3)将NHCI作为一种化工产品，不再生产NH循环使用； 对分离出NaHCO和NHCI后含NaCI的溶液循环使用。 (4)补充 2mol NaCI； 2mol NH3； 1 mol CO2 3 .催化剂 N2 + 3H 2高温高压* 2NH (1) b、d (2) c (3) 第一位同学： CaCQ + 2H+ Ca2+ + H 20 + CQf 饱和碳酸氢钠溶液 过滤 第二位同学：NH (氨)CO (二氧化碳)g (4) 向烧碱溶液