侯式制碱法原理和简单流程

1、精锐教育学科教师辅导讲义学员编号：年 级：高三课时数：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教学目的的原理、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。教学内容急内容回顾褰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，将二氧化碳通入氨水可制得碳酸氢俊，用碳酸氢 俊和氯化

2、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： A BNH3gEM II £粗盐水f 忌m f 扇厨f I碳酸化1国氟f 反面f 纯碱完成下列填空：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。AB2）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

3、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: 食盐水(提取国J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

4、 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NH 4+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 答案：1. A2 . (NH4)2CO33 . 1) Ca(OH)2或CaO NazCO 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

5、碳酸氢钠大4 ) NHCl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 ) NH+ + OH - NH3 T + HbO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，使俊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)(NaHCO3)84(01) m2)31ml4. (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+ H2O+ NaC-NHCI +NaHCQ或 NH+ CO+ H28 NHHCO NH ，HCO+ NaC NaHCOX + NHC

6、l(3) CO(4) I 过滤 (5)稀硝酸和硝酸银溶液(6) a c产知识精讲【知识梳理】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。、实验原理化学反应原理是:总反应为：将经过滤、洗涤得到的NaHCO 3微小晶体再加热，制得纯碱广品:答案：化学反应原理:NH3 CO2 H2O NH4HCO3NaCl（饱和）NH4HCO3NaHCO3NH4CI总反应：NaCl（饱和）NH3 CO2 H2O NaHCO3NH4C12NaHCO3NazCOs CO2H2O二、

7、氨碱法1 .原料：食盐2 .步骤：（又称索尔维法）（氯化钠）、石灰石（经燃烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气先把氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，NH3 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,NaCl（饱和）NH4HCO3 NaHCO3 NH4C1将经过滤、洗涤得到的 NaHCOIt小晶体，再加热煨烧制得纯碱产品。2NaHCO3Na?CO3 CO2H2O （放出的二氧化碳气体可回收循环使用）含有氯化俊的滤液与石灰乳Ca（OH）2混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。CaO + HbOCa（OH）2,2NH 4CI + Ca（OH）2CaCl 2+ 2N

8、H T + 2H2O其工业流程图为:看友事其工业生产的简单流程如图所示:饱和食苗水*COa C语印使用)产品- HH式循环使用)，施族 CgCh,Hadr+rpiEaO3 .氨碱法的优点是：(1 )原料(食盐和石灰石)便宜；(2)产品纯碱的纯度高；(3 )副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；(4)制造步骤简单，适合于大规模生产。4 .氨碱法的缺点是：(1 )产生大量无用的副产品CaCl2(2 ) NaCl利用率只有70% ,约有30%的NaCl留在母液中。(3 )设备多，耗能大。三、联合制碱法(又称侯氏制碱法)1 .原料：食盐、氨气和二氧化碳一一合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。C h2o(

9、g)高温 co+h2 co h2o 高温 co2+h22 .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NaHCOIt小晶体，再煨烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化镂和氯化钠的溶液。第二个过程是从含有氯化镂和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化俊晶体。由于氯化俊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，而且氯化俊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 化俊单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化俊产品。此时滤出氯化俊

10、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：1 通EIL氨盆水过潺 洗泳 遇CCHNad如，若 金 选NHj门却.n曲ft».不揍1饱帮恰&K合曲工厂此法优点：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%; NH4C1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)(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、

11、“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，便于氯化俊的析出(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NH4的浓度，有利于 NHCl析出使NaHCO专化为N32CO,提高析出NHCl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(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

12、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(1)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)保护环境一一体现绿色化学思想：是指工业生产的过程中没有(

13、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】Na2CO3ZNH3循王I母液一_*排出液WNa2CO3食盐水，NH3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:|食盐细粉.冷却至10c以下，过滤NH4cl联碱法(候氏制碱法)生产流程示意图氨碱法生产流程示意图(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

14、化学方程式表示为 。(4)根据联碱法中从母液中提取氯化俊晶体的过程推测，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，使氯化俊更多析出c.力口入食盐细粉能提高 Na+的浓度，使NaHCO吉晶析出d.通入氨气能使 NaHCO专化为N&CO,提高析出的NHCl纯度(5)联碱法中，每当通入 NH 44.8L (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观高到90%A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

15、合制碱法”总反应，列出计算原子利用率的表达式：原子利用率( =。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N&CO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3035C,搅拌下分批加入研细的NH4HCO固体，加料完毕后，继续保温30分钟，静置、过滤得 NaHCOl!体。用少量蒸储水洗涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧 2小时，得NmCO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0C10C20C30 c40 c50 c60 c100CNaCl35.735.836.036.336.637.037.339.8NHHCO11.

16、915.821.027.0一一一一NaHCO6.98.19.611.112.714.516.4一NHCl29.433.337.241.445.850.455.377.3> 35C NHHCa有分解请回答：反应温度控制在 3035C,是因为若高于 35C,则, 若低于30 C,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 NaHCOl!体的原因是 ° 用蒸储水洗涤 NaHCO!体的目白是除去 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NHCl

17、测试纯碱产品中NaHC砧量的方法是：准确称取纯碱样品 Wg,放入锥形瓶中加蒸储水 溶解，加1 2滴酚血: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 CQ2 +H+ - HCJ反应的终点），所用 HCl溶液的体积为 VimL,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VmL写出纯碱样品中 NaHCQ质量分数的计算式：NaHCC% =。例3. （1） Sokay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+ f NaHCO3j +W NaHCQ3沉淀滤出后，母液中残留的离子主

18、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 NaOHo好处何在，请说出你对此的看法。a.b.答案.1. (1) NaCl + NH 3 + CO2 +H2O - NaHCOj + NH,Cl (2) CO NH 3 Na 2CO、NHCl CaCl 2、Na

19、Cl (3)防止生石灰先跟溶液中的NaHC以应产生碳酸钙沉淀CaCO 3+2NaCl NazCO + CaCl2(4) b d (5)94.3%循环I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：2NH+2NaCl+CQ+HaOf NS2CO+2NHCI ,所以：原子利用率(目标产物总产量反应物总质量100%m(Na2g) mlNH,Cl)m(NaCl) m(NH3)m(CO2)m(Hloj100%2.NH4HCO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 NH 4CI NH 4HCO NaHCQ NaCl NH 4CI N

20、H 4HCOHCI-X100%(4)用+3. (1) HkO+NH+CO NHClNa 、HCO c石灰氨气(或氨气和部分二氧化碳)氨气食盐NH4CI食盐(或食盐和二氧化碳)Mg (OH 2和 CaCO (写 MgCOtk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NH 3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； 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

21、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，生产出纯碱和氯化钱.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NaHCO 3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：(1)从理论上看，循环生产是否需要再补充NH3? 。(2)从

22、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：食盐水2x台成I上鼻窟壶L嬉酢4展京炉 f循环竺骨液f捷更图I产品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

23、：NH3+CO2+H2O -NH4HCO3 ；NH4HCO3+NaCl fNaHCO3 8 NH4C1 ；2NaHCO 3W2CO3+ CO2 T+ 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)碳酸氢钱与饱和食盐水反应，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

24、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)。甲乙 丙 丁一 庆第二位同学：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

25、式来描 述)：。答案：1 .NH3+H2O+ CO f NHHCO NHHCO+ NaCl f NH,Cl+NaHCO；(2)H 2CO酸性比盐酸弱，CO与NaCl不反应(3)2NH 4CI + CaO CaCl2 + H2O+ 2NH T(4)使NHCl析出，可做氮肥，不生成CaCl2,原料NaCl充分利用。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NHCl作为一种化工产品，不再生产NH循环使用；对分离出NaHCOF口 NHCl后含NaCl的溶液循环使用。(4)补充 2mol NaCl ; 2mol NH3； 1 mol CO 23催化剂(1) N 2 + 3H 2 % 高 b高压 ' 2NH 3、dc(3)第一位同学： CaCO + 2H + Ca2+ H 2O + CQT饱和碳酸氢钠溶液过滤第二位同学：NH (氨) CQ (二氧化碳) g(4)向烧碱溶液中通入过量 CO