侯式制堿法原理和簡單流程10303

1、精銳教育學(xué)科教師輔導(dǎo)講義學(xué)員編號:課時數(shù)：3學(xué)員姓名:輔導(dǎo)科目：化學(xué)學(xué)科教師:授課主題教學(xué)目的粗鹽純堿完成下列填空：粗鹽水加入沉淀劑 A、B除雜質(zhì)（沉淀劑A來源于石灰窯廠）B，寫出 A B的化學(xué)式。侯式制堿法原理和簡單流程侯氏制堿法在上海高考中占有比較特殊的地位，出現(xiàn)的幾率較大；常考的知識點是侯氏制堿法的原理、溫度的選擇、母液的成分、處理及與氨堿法的優(yōu)劣比較，學(xué)生在溫度的控制和母液的 處理上出現(xiàn)的錯誤幾率較大。教學(xué)內(nèi)容內(nèi)容回顧1. 【2013年上海高考6】與索爾維制堿法相比，侯德榜制堿法最突出的優(yōu)點是（）A.原料利用率高B.設(shè)備少C 循環(huán)利用的物質(zhì)多D原料易得2. 【2012年上海高考八】碳酸

2、氫銨是一種重要的銨鹽。實驗室中，將二氧化碳通入氨水可制得碳酸氫銨，用碳酸氫銨和氯化鈉可制得純堿。完成下列填空：41. 二氧化碳通入氨水的過程中，先有晶體（填寫化學(xué)式）析出，然后晶體溶解，最后析出NHHCO晶體。實驗室提純粗鹽的實驗操作依次為：取樣、沉淀、冷卻結(jié)晶、工業(yè)生產(chǎn)純堿工藝流程中，碳酸化時產(chǎn)生的現(xiàn)象是、烘干。3 ）碳酸鈉晶體，其原因是4 ）碳酸化后過濾，濾液 D最主要的成分是離子的具體方法是：5 ）氨堿法流程中氨是循環(huán)使用的，為此，濾液。碳酸化時沒有析出（填寫化學(xué)式），檢驗這一成分的陰D加入石灰水產(chǎn)生氨。加石灰水后所發(fā)生的反應(yīng)的離子方程式為:3. 【2010年上海高考27】工業(yè)生產(chǎn)純堿的

3、工藝流程示意圖如下:濾液D加石灰水 刖先要加熱，原因是。6 )產(chǎn)品純堿中含有碳酸氫鈉。如果用加熱分解的方法測定純堿中碳酸氫鈉的質(zhì)量分數(shù)，純堿中碳酸氫鈉的質(zhì)量分 數(shù)可表示為：(注明你的表達式中所用的有關(guān)符號的含義)4. 【2005年上海高考五26 ( A)】我國化學(xué)侯德榜(右圖)改革國外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡要表示如下:食鹽水Na2CO3(提取副產(chǎn)品)上述生產(chǎn)純堿的方法稱，副產(chǎn)品的一種用途為(2) 沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是。(3) 寫出上述流程中X物質(zhì)的分子式。(4) 使原料氯化鈉的利用率從 70%提高到90%以上，主要是設(shè)計了(填上述流程中的編號)的循環(huán)。從沉淀池中取出沉淀的操作是

4、(5) 為檢驗產(chǎn)品碳酸鈉中是否含有氯化鈉，可取少量試樣溶于水后，再滴加(6) 向母液中通氨氣，加入細小食鹽顆粒，冷卻析出副產(chǎn)品，通氨氣的作用有(a)增大NH+的濃度，使NHCI更多地析出(b)使NaHCO更多地析出(c)使NaHCO專化為NS2CO,提高析出的 NHCI純度答案：1 .A2. (NH4LCO33. 1) Ca(OH)2或CaO NazCO 2)溶解 過濾 蒸發(fā) 過濾3 )有晶體析出(或出現(xiàn)渾濁)碳酸鈉溶解度比碳酸氫鈉大4 ) NHCI取樣，加硝酸酸化，再加硝酸銀，有白色沉淀產(chǎn)生，該陰離子是氯離子+ 5 ) NH + OH t NH3 f + H2O防止加入石灰水時產(chǎn)生碳酸鈣沉淀

5、(解析：加熱時，使碳酸氫根水解程度增大，釋放出二氧化碳，減少碳酸氫根的量，從而減少氫氧根的消耗，使銨根完全轉(zhuǎn)化為氨氣放出，同時產(chǎn)生碳酸鈣的含量也相應(yīng)的減少)'(NaHCO3)84(m( - m>)31ml4. ( 1)聯(lián)合制堿法或侯德榜制堿法化肥或電解液或焊藥等(其他合理答案均給分)(2) NH+ CO+ H2O+ NaClT NHCI + NaHCOM或 NH+ CO+ HaCT NHHCO NH 4HCO+ NaCT NaHCOM + NHCI(3) CO (4) I 過濾 (5)稀硝酸和硝酸銀溶液(6) a c知識精講【知識梳理】實驗背景：無水碳酸鈉，俗名純堿、蘇打。它是玻

6、璃、造紙、肥皂、洗滌劑、紡織、制革等工業(yè)的重要原料, 還常用作硬水的軟化劑，也用于制造鈉的化合物。它的工業(yè)制法主要有氨堿法和聯(lián)合制堿法兩種。一、實驗原理化學(xué)反應(yīng)原理是：總反應(yīng)為：將經(jīng)過濾、洗滌得到的 NaHCO微小晶體再加熱，制得純堿產(chǎn)品：答案：化學(xué)反應(yīng)原理：NH3CO2 H2； NH4HCO3NaCl（飽和）NH4HCO3 、NaHCOs J； NH4CI 總反應(yīng):NaCI（飽和）NH3 CO2 H2O ）NaHCO u NH4CI2NaHCO3 二 Na2CO3 CO2H2O二、氨堿法（又稱索爾維法）1原料：食鹽（氯化鈉）、石灰石（經(jīng)煅燒生成生石灰和二氧化碳）、氨氣2. 步驟：先把氨氣通入

7、飽和食鹽水中而成氨鹽水，NH3 CO2 H20 NH4HCO3再通入二氧化碳生成溶解度較小的碳酸氫鈉沉淀和氯化銨溶液，NaCI（飽和）NH4HCO3 NaHCO3 Q：；NH4CI將經(jīng)過濾、洗滌得到的 NaHCO微小晶體，再加熱煅燒制得純堿產(chǎn)品。 2NaHCO3丄Na2CO3 CO2H2O （放出的二氧化碳氣體可回收循環(huán)使用）含有氯化銨的濾液與石灰乳 Ca（OH） 2混合加熱，所放出的氨氣可回收循環(huán)使用。CaO + HbO Ca（OH）2,2NH 4CI + Ca（OH）2 t CaCI 2+ 2NHf + 2f0其工業(yè)流程圖為：其工業(yè)生產(chǎn)的簡單流程如圖所示:產(chǎn)品3 .氨堿法的優(yōu)點是：(1)

8、原料(食鹽和石灰石)便宜；(2) 產(chǎn)品純堿的純度高；(3) 畐U產(chǎn)品氨和二氧化碳都可以回收循環(huán)使用；(4) 制造步驟簡單，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。4.氨堿法的缺點是：(1) 產(chǎn)生大量無用的副產(chǎn)品CaCL(2) NaCl利用率只有70%約有30%勺NaCl留在母液中。 (3 )設(shè)備多，耗能大。三、聯(lián)合制堿法(又稱侯氏制堿法)1. 原料：食鹽、氨氣和二氧化碳一一合成氨廠用水煤氣制取氫氣時的廢氣。C H2O(g)高溫 >CO+H2 CO H2O(g)高溫 > co2+h22. 步驟：聯(lián)合制堿法包括兩個過程：第一個過程與氨堿法相同：將氨通入飽和食鹽水而成氨鹽水，再通入二氧化碳生成碳酸氫鈉沉淀，經(jīng)

9、過濾、洗 滌得NaHCO微小晶體，再煅燒制得純堿產(chǎn)品，其濾液是含有氯化銨和氯化鈉的溶液。第二個過程是從含有氯化銨和氯化鈉的濾液中結(jié)晶沉淀出氯化銨晶體。由于氯化銨在常溫下的溶解度比氯化鈉要大，低溫時的溶解度則比氯化鈉小，而且氯化銨在氯化鈉的濃溶液里 的溶解度要比在水里的溶解度小得多。所以在低溫條件下，向濾液中加入細粉狀的氯化鈉，并通入氨氣，可以使氯 化銨單獨結(jié)晶沉淀析出，經(jīng)過濾、洗滌和干燥即得氯化銨產(chǎn)品。此時濾出氯化銨沉淀后所得的濾液，已基本上被氯 化鈉飽和，可回收循環(huán)使用。其工業(yè)生產(chǎn)的簡單流程如圖所示：NHiCL Nad氨鹽水軸扮(循環(huán)使用嚴(yán)品此法優(yōu)點：保留了氨堿法的優(yōu)點，消除了它的缺點，使食

10、鹽的利用率提高到96% NHCI可做氮肥；可與合成氨廠聯(lián)合，使合成氨的原料氣 CO轉(zhuǎn)化成CO，革除了 CaCO制CQ這一工序。【討論】1索爾維采取了哪些措施來提高氨的利用率？(1)(2)(3) 答案：(1)先制得氨化的飽和食鹽水，再與CO反應(yīng)(2) 使CO與氨化的飽和食鹽水在合成塔中逆流接觸(3) 母液與熟石灰作用重新生成氨氣2、“侯氏制堿法”與“索爾維制堿法”的主要不同在母液的處理上?！昂钍现茐A法”采取了怎樣的方式對母液進行處理？從化學(xué)原理上分析采取這些處理措施的原因。(1) 向母液中加食鹽細?！舅伎肌肯蛳蚰敢褐屑邮雏}細粒的目的是什么？答案：降低氯化銨在氯化鈉中的溶解度，便于氯化銨的析出 (

11、2 )向母液中通氨氣【思考】向母液中通氨氣的作用有哪些？答案：增加NH4,的濃度，有利于 NHCI析出使NaHCO轉(zhuǎn)化為Na2CO，提高析出 NHCI的純度。(3) 降溫至5 C左右3、侯氏制堿法的現(xiàn)實意義（1 ）符合現(xiàn)在提倡的“綠色化學(xué)的要求：提高了原料（NaCI）的利用率，不產(chǎn)生無用的 CaCl2。（2）體現(xiàn)了大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)的優(yōu)越性：利用一個廠的廢料，作為另一個廠的主要原料。如合成氨廠的廢料CO,可以作為堿廠的主要原料；堿廠無用的CI-，可以代替價格比較昂貴的硫酸用來固定氨，制成氮肥。降低了成本，提高了綜合經(jīng)濟效益。二、化工生產(chǎn)的基本原理（1） 充分利用原料一一體現(xiàn)物料平衡思想。例如：合成

12、氨生產(chǎn)、純堿生產(chǎn)中都有原料利用的工藝；接觸法制硫酸、氨氧化制硝酸中都利用廉價的來提高原料氣的轉(zhuǎn)化率。（2） 充分利用能量一一體現(xiàn)能量守恒思想。例如：若存在放熱步驟，可通過列管式器利用放出的熱量對需要加熱的物料進行預(yù)熱；若不存在放熱步驟，要設(shè)計出充分利用燃料和充分利用能量的工藝。（3） 保護環(huán)境一一體現(xiàn)綠色化學(xué)思想：是指工業(yè)生產(chǎn)的過程中沒有（或者極少有）有毒、有害物質(zhì)排出，合成產(chǎn)品的原子利用率盡量達到。答案：循環(huán)空氣熱交換百分之百【例題精講】例1.聯(lián)堿法（候氏制堿法）和氨堿法的生產(chǎn)流程簡要表示如下圖:CO2食鹽水X循環(huán)II合成氨廠NH3 沉淀 滬池NH3Z循環(huán)I煅燒爐f Na2CO3母液食鹽細粉

13、食鹽水，NH3石灰石I UX循環(huán)IICO2煅燒沉淀池CaO 母液一循環(huán)I煅燒爐f Na2CO3冷卻至10 C以下，過濾NHQ聯(lián)堿法（候氏制堿法）生產(chǎn)流程示意圖氨堿法生產(chǎn)流程示意圖（1） 沉淀池中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。（2） 填寫化學(xué)式：X是, Y是; Z中除了溶解的氨氣、食鹽外，其它溶質(zhì)還有 ;排出液中的溶質(zhì)除了氫氧化鈣外，還有 。（3） 在氨堿法生產(chǎn)過程中氨要循環(huán)使用，但不需要補充，在母液中加生石灰前先要加熱的原因是。氨堿法總反應(yīng)過程可用化學(xué)方程式表示為 。（4） 根據(jù)聯(lián)堿法中從母液中提取氯化銨晶體的過程推測，所得結(jié)論正確是。a.常溫時氯化銨的溶解度比氯化鈉小 b .通入氨氣能增大 NH

14、+的濃度，使氯化銨更多析出c. 加入食鹽細粉能提高 Na+的濃度，使NaHCO吉晶析出d. 通入氨氣能使 NaHCO?；癁镹qCO，提高析出的NHCI純度（5） 聯(lián)堿法中，每當(dāng)通入 NH 44.8L （已折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時可以得到純堿100.0g，則NH的利用率為 ;相比于氨堿法，氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上，主要是設(shè)計了 （填上述流程中的編號）。指出聯(lián)堿法的另一項優(yōu)點。（6）綠色化學(xué)的重要原則之一是提高反應(yīng)的原子利用率。根據(jù)“聯(lián)合制堿法”總反應(yīng)，列出計算原子利用率的表達式：原子利用率（% =。例2.根據(jù)侯德榜制堿法原理并參考下表的數(shù)據(jù)，實驗室制備純堿NqCO的主要步驟是：將配制好

15、的飽和 NaCI溶液倒入燒杯中加熱，控制溫度在30 35C，攪拌下分批加入研細的NH4HCO固體，加料完畢后，繼續(xù)保溫30分鐘，靜置、過濾得 NaHCO晶體。用少量蒸餾水洗滌除去雜質(zhì)，抽干后，轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中，灼燒2小時，得Na2CO固體。四種鹽在不同溫度下的溶解度（g/i00g水）表溫度鹽溶解度0 C10C20 C30 C40 C50 C60 C100 CNaCI35.735.836.036.336.637.037.339.8NH4HCO11.915.821.027.0一一一NaHCO6.98.19.611.112.714.516.4NHCI29.433.337.241.445.850.455.

16、377.335 C NHHCO會有分解請回答：反應(yīng)溫度控制在 30 35C,是因為若高于 35 C，貝U,若低于30C，則，為控制此溫度范圍，采取的加熱方法為。 加料完畢后，繼續(xù)保溫 30分鐘，目的是 。靜置后只析出NaHCO晶體的原因是。用蒸餾水洗滌 NaHCO晶體的目的是除去 雜質(zhì)（以化學(xué)式表示）過濾所得的母液中含有 （以化學(xué)式表示），需加入 ,并作進一步處理，使 NaCI溶液循環(huán)使用，同時可回收NHCI 測試純堿產(chǎn)品中 NaHCO含量的方法是：準(zhǔn)確稱取純堿樣品Wg，放入錐形瓶中加蒸餾水溶解，加1 2滴酚酞指示劑，用物質(zhì)的量濃度為c （ moI/L ）的HCI溶液滴定至溶液由2 + . .

17、紅色到無色（指示 CO +H T HCO反應(yīng)的終點），所用 HCI溶液的體積為 Vi mL,再 加1 2滴甲基橙指示劑，繼續(xù)用 HCI溶液滴定至溶液由黃變橙，所用 HCI溶液總體積 為V； mL。寫出純堿樣品中 NaHCO質(zhì)量分數(shù)的計算式：NaHCO =。例3. （1） SoIvay制堿（氨堿）法和侯德榜（聯(lián)合）制堿法的基本原理均可用反應(yīng)方程式表示為：NaCI+ t NaHCO+將NaHCO沉淀濾出后，母液中殘留的離子主要有Cl-、NH+和、。該母液的酸堿性為 （選擇填充）。a.強酸性b.強堿性c.接近中性Solvay對母液的基本處理是：加入 _。 Solvay法中是循環(huán)使用的。侯德榜對母液的

18、基本處理是：加入和,得到重要的副產(chǎn)品。侯德榜法中是部分循環(huán)使用的。如果從海水中提取的食鹽未經(jīng)精制（提純），所得純堿中含有的難溶性雜質(zhì)將主要是和（用化學(xué)式表示）。（2） 工業(yè)上需要對溶液進行堿化時，常用氨水替代NaOH好處何在，請說出你對此的看法。a. b.答案.1. (1) NaCI + NH 3 + CO2+H2O t NaHCOj + NH4CI ( 2) CQ NH 3 Na 2CO、NHCI CaCI 2、NaCI ( 3)防止生石灰先跟溶液中的 NaHCQ反應(yīng)產(chǎn)生碳酸鈣沉淀 CaCQ 3 +2NaCI t NazCO + CaCh (4) b d (5) 94.3% 循環(huán)I避免產(chǎn)生大

19、量含有 CaCI2的廢液(或節(jié)省石灰窯、蒸氨塔等設(shè)備)(6)由于總反應(yīng)可看作是：2NH+2NaCI+CQ+HO t Na2CO+2NHCI，所以：原子利用率(%目標(biāo)產(chǎn)物總產(chǎn)量反應(yīng)物總質(zhì)量100% =m(Na2CO3) m(NH4CI)m(NaCI) m(NH3) m(CO2) m(H2O)100%2.NMHCO分解反應(yīng)速率降低水浴加熱使反應(yīng)充分進行NaHCO 3的溶解度最小NaCI NH4CI NH 4HCO NaHCQ NaCI NH 4CI NH 4HCOHCIXI oo3. (1) fO+Nb+COr NHCINa+、HCO c石灰氨氣(或氨氣和部分二氧化碳)氨氣食鹽NH4CI食鹽(或食

20、鹽和二氧化碳)Mg (OH 2 和 CaCO (寫 MgCO也可)(或其它合理答案)(2)成本較低；可同時制得氮肥；容易控制堿度課后作業(yè)1. 1892年，比利時人索爾維以 NaCI、CO、HO NH為原料生產(chǎn) N&CO,叫索爾維法.其主要步驟是：(1)在NH飽和的NaCI溶液中通入CQ制得NaHCO再將NaHCO焙燒制得純堿，CQ循環(huán)使用；(3)在析出小蘇打的母液中加入生 石灰，NH循環(huán)使用.1940年，我國著名化工專家侯德榜先生，沖破了索爾維”法的技術(shù)封鎖，并加以改進，用NaCI固體代替生石灰，加入母液使NHCI晶體析出，生產(chǎn)出純堿和氯化銨.這便是舉世聞名的侯氏制堿法”試回答：(1)

21、 在氨飽和NaCI溶液中通入CQ的兩步反應(yīng)方程式為。(2) 不能在NaCI溶液中通入 CQ制NaHCO的原因。(3) 析出小蘇打的母液中加入生石灰的反應(yīng)方程式是 (4) 侯氏制堿法”與 索爾維法”相比其優(yōu)點是 。2. 1892年比利時人索爾維以 NaCI、CO、NH、HO為原料制得了純凈的 NaCO,該法又稱氨堿法，其主要生產(chǎn)流程 如下：(1) 從理論上看，循環(huán)生產(chǎn)是否需要再補充NH?。(2) 從綠色化學(xué)原料的充分利用的角度看，該方法有二個明顯的缺陷是：a ； b _。我國化學(xué)家侯德榜改革國外的純堿生產(chǎn)工藝，創(chuàng)造了侯德榜制堿法又叫聯(lián)堿法，生產(chǎn)流程可簡要表示如下：合成買廠I 呻幕爲(wèi)bf 那*熾諭

22、爐f Na2CO3' 循環(huán)I亜_母液一(提取畐滬品)該法是將合成氨工廠生產(chǎn)的NH及副產(chǎn)品CO,再與飽和食鹽水反應(yīng) 。該法與氨堿法不同之處有二點：(3) 。(4) 從理論上看，每再生產(chǎn) 1mol NazCO,再補充的物質(zhì)及其物質(zhì)的量分別是。3. 1942年，我國化工專家侯德榜以NaCI、NH、CO等為原料先制得 NaHCQ進而生產(chǎn)出純堿，他的侯氏制堿法”為世界制堿工業(yè)做出了突出貢獻。有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：NH+ CQ+ H2O tNHHCO ;NHHCO+ NaClT NaHCO+ NHCI ;2NaHCO NS2CO+ CO f+ H2O(1 ) 猴氏制堿法”把合成氨和純堿兩種產(chǎn)品

23、聯(lián)合生產(chǎn)，請寫出工業(yè)合成氨的化學(xué)反應(yīng)方程 式；已知合成氨為放熱反應(yīng)，若從勒夏特列原理來分析，合成氨應(yīng)選擇的溫度和壓強是 (選填字母)。a .高溫b .低溫c .常溫d .高壓 e .低壓f .常壓(2) 碳酸氫銨與飽和食鹽水反應(yīng)，能析出碳酸氫鈉晶體的原因是。a 碳酸氫鈉難溶于水b碳酸氫鈉受熱易分解c.碳酸氫鈉的溶解度相對較小，所以在溶液中首先結(jié)晶析出(3) 某探究活動小組根據(jù)上述制堿原理，欲制備碳酸氫鈉，同學(xué)們按各自設(shè)計的方案進行實驗。第一位同學(xué)：將二氧化碳氣體通入含氨的飽和食鹽水中制備碳酸氫鈉，實驗裝置如下圖所示(圖中夾持、固定用的 儀器未畫出)。請回答： 寫出甲中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式。 乙

24、裝置中的試劑是。 實驗結(jié)束后，分離出 NaHCO晶體的操作是 (填分離操作的名稱)。申乙丙丁第二位同學(xué)：用圖中戊裝置進行實驗(其它裝置未畫出)。 為提高二氧化碳在此反應(yīng)溶液中被吸收的程度，實驗時，須先從a管通入氣體，再從b管中通入氣體。 裝置c中的試劑為(選填字母)。e .堿石灰f .濃硫酸 g .無水氯化鈣(4 )請你再寫出一種實驗室制取少量碳酸氫鈉的方法(用簡要的文字和相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式來描 述): 。答案：1. (1)NH3+ H2O+ COT NHHCO NHHC冊 NaCINH Q + NaHCOM(2) H 2CO酸性比鹽酸弱，CO與NaCI不反應(yīng)(3) 2NH 4CI + Ca

25、S CaCb+ H2O+ 2NH f(4) 使NHCI析出，可做氮肥，不生成 CaCl2，原料NaCI充分利用。2.( 1)不需要(2) a.氯化鈉未能充分利用；b .產(chǎn)生CaCS廢棄物(3) 將NHCI作為一種化工產(chǎn)品，不再生產(chǎn)NH循環(huán)使用；對分離出NaHC3和NHCI后含NaCI的溶液循環(huán)使用。(4) 補充 2moI NaCI ; 2moI NH3； 1 moI CO 23催化劑 (1) N 2+ 3H 2、高溫高壓' 2NH3、d(2) c(3) 第一位同學(xué)： CaCO + 2H t Ca2 + H 2O + CQf 飽和碳酸氫鈉溶液 過濾第二位同學(xué)：NH (氨)CO (二氧化碳)g(4) 向燒堿溶液中通