纯碱的生产
同步练习
一、选择题(每小题5分,共35分)
1.在下列科学家中,为我国的化学工业做出重大贡献的是( )
A.邓稼先
B.李四光
C.华罗庚
D.侯德榜
1.D【解析】这四位都是我国在世界上享有盛誉的著名科学家,邓稼先是核物理学家;李四光是地质学家;华罗庚是数学家;侯德榜是化工学家。
2.下列物质的用途中不正确的是( )
A.小苏打:制糕点
B.小苏打:发酵粉主要成分
C.过氧化钠:制O2
D.烧碱:治疗胃酸
2.D【解析】小苏打是NaHCO3的俗名
( http: / / www.21cnjy.com ),它可用于制糕点、作发酵粉以及治疗胃酸过多等。2Na2O2+2H2O===
4NaOH+O2↑,可用Na2O2来制O2。
3.与氨碱法比较,下列关于联合制碱法优点的判断中不正确的是( )
A.提高了原料利用率 B.降低了生产成本
C.减少了环境污染
D.减轻了对设备的腐蚀
3.D【解析】侯氏联合制碱法是将合成氨工业
( http: / / www.21cnjy.com )和制碱工业联合起来,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可作氮肥,避免了生成大量无用的CaCl2;同时可与合成氨厂联合,使合成氨的原料气CO转化成CO2,革除了CaCO3制CO2这一工序,降低了生产成本,减少了对环境的污染。
4.1791年,法国医生路布兰首先获得制碱专利,以食盐、浓硫酸、石灰石、煤为原料制碱,该方法分三步:
①用NaCl与H2SO4反应制Na2SO4:2NaCl+H2SO4Na2SO4+2HCl↑
②用焦炭还原Na2SO4制Na2S:Na2SO4+4CNa2S+4CO↑
③用硫化钠与石灰石反应制Na2CO3:Na2S+CaCO3Na2CO3+CaS
下列说法正确的是( )
A.②③两步都是氧化还原反应
B.只有第②步是氧化还原反应
C.该方法对生产设备基本没有腐蚀
D.该方法对环境污染较小
4.B【解析】依据氧化还原反应是有化合价变
( http: / / www.21cnjy.com )化的反应可知,第②步是氧化还原反应,故A错,B对;该生产中产生HCl,对生产设备严重酸蚀;第②步产生的CO是大气污染物,故C、D错。
5.根据课本的介绍,下列工业生产过程中不需要使用氨水或氨气的是(
)
A.硫酸的工业制法
B.石油的催化裂化
C.硝酸的工业制法
D.联合制碱工业
5.B【解析】工业上用氨水
( http: / / www.21cnjy.com )来吸收制备硫酸尾气中的二氧化硫,选项A对;选项B中,不需要使用氨气或氨水,选项B对;选项C中,氨气是工业上制备硝酸的原料之一,选项C错;选项D中,氨气是联合制碱中的反应物,选项D错;正确答案为B。
6.工业上常用氨碱法制取碳酸钠(将氨和
( http: / / www.21cnjy.com )二氧化碳先后通入饱和食盐水而析出小苏打,再经过滤、煅烧而得到纯碱),但却不能用氨碱法制碳酸钾,这是因为在溶液中( )
A.KHCO3溶解度较大
B.KHCO3溶解度较小
C.K2CO3溶解度较大
D.K2CO3溶解度较小
6.A【解析】氨碱法制取Na2CO
( http: / / www.21cnjy.com )3的原理是,在精制的食盐水中分别通入NH3、CO2,由于NaHCO3溶解度不大,当Na+,HCO3-浓度较大时便析出NaHCO3晶体,将过滤得到的NaHCO3煅烧得Na2CO3,反应的方程式为:NH3+H2O+CO2===NH4+(aq)+HCO3-(aq),Na+(aq)+HCO3-(aq)===NaHCO3(s),2NaHCO3Na2CO3+H2O↑+CO2↑。由于KHCO3溶解度较大,无法从溶液中析出,故无法利用氨碱法制取K2CO3。
7.1892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:
( http: / / www.21cnjy.com )
下列有关说法不正确的是( )
A.从理论上看,循环生产时不需要再补充NH3
B.从绿色化学原料的充分利用的角度看,该方法有两个明显的缺陷是:氯化钠未能充分利用和产生CaCl2废弃物
C.将NH4Cl作为一种化工产品,不再生产NH3来循环使用
D.从理论上看,每再生产1
mol
Na2CO3,再补充的物质及其物质的量分别是补充2
mol
NaCl和1
mol
CO2
7.C【解析】本题属于实验评价题。
( http: / / www.21cnjy.com )工业制碱的原理涉及反应:NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl,2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O↑。索尔维法用生成的氯化铵制备氨气,将氯化铵进行了循环利用,所以从理论上讲,是不需要补充氨的。但是在生产过程中NaCl母液被弃去,氯化铵制备氨气生成了无用的氯化钙,这两点是索尔维法的缺陷。根据反应关系式及原子守恒,从理论上看每生产1
mol
Na2CO3,2NaCl+2NH3+2CO2~2NaHCO3~Na2CO3+CO2,再补充的物质及其物质的量分别是2
mol
NaCl和1
mol
CO2。
二、填空题(共15分)
8.(6分)
根据氨碱法的原理,首先配置氨化
( http: / / www.21cnjy.com )饱和食盐水,即向饱和食盐水中加入氨水(体积比1∶1)并充分搅拌;再将二氧化碳通入氨化饱和食盐水中,控制一定的温度,直至有碳酸氢钠析出。
请回答下列问题:
(1)用化学方程式分别表示
( http: / / www.21cnjy.com )出氨和二氧化碳在水中产生NH4+、HCO3-的原理__________
____________________________。
(2)向饱和食盐水中加入
( http: / / www.21cnjy.com )氨水和通入二氧化碳的先后顺序是先加氨水后通二氧化碳。是否可以先通二氧化碳后加氨水?为什么?______________________________________。
(3)写出氨碱法生成碳酸氢钠的化学方程式____________________________________。
8.(1)NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-或(NH3+H2ONH4++OH-);(1分)
CO2+H2OH2CO3?HCO3-+H+(或CO2+H2OHCO3-+H+)
(1分)
(2)否。在常温下,氨在饱和食盐水中的
( http: / / www.21cnjy.com )溶解度很大,二氧化碳在饱和食盐水中的溶解度较小。若先通二氧化碳后加氨水,溶液里只能产生很小浓度的HCO3-,不利于生成NaHCO3沉淀(2分)
(3)NaCl+NH4HCO3=NaHCO3↓+NH4Cl(或NaCl+NH3+CO2+H2O==NaHCO3↓+NH4Cl)
(2分)
【解析】 在通常状况下,氨在水中的溶解度近700体积,二氧化碳在水中的溶解度仅约1体积。
9.(9分)根据侯德榜制碱法原理参考下
( http: / / www.21cnjy.com )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
℃,在搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体;加料完毕后,继续保温30
min,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,灼热2
h,制得Na2CO3固体。
四种盐在不同温度下的溶解度(S/100
g)
温度溶解度盐
0
℃
10
℃
20
℃
30
℃
40
℃
50
℃
60
℃
100
℃
NaCl
35.7
35.8
36.0
36.3
36.6
37.0
37.3
39.8
NH4HCO3
11.9
15.8
21.0
27.0
-①
-
-
-
NaHCO3
6.9
8.1
9.6
11.1
12.7
14.5
16.4
-
NH4Cl
29.4
33.3
37.2
41.4
45.8
50.4
55.3
77.3
(说明:①>35
℃,NH4HCO3会分解)
请回答:
(1)反应温度控制在30~35
℃
( http: / / www.21cnjy.com ),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____________。
(2)加料完毕后,继续保温30
min,
( http: / / www.21cnjy.com )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(用化学式表示)。
(3)过滤所得的母液中含有________________________(用化学式表示),需加入________________________,并作进一步处理,使NaCl溶液循环使用,同时可回收NH4Cl。
9.(1)NH4HCO3分解(1分) 反应速率降低(1分) 水浴加热(1分)
(2)使反应充分进行(1分) 30~35
℃时,NaHCO3的溶解度最小(1分) NaCl、NH4Cl、NH4HCO3(1分)
(3)NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3(2分) HCl(1分)
【解析】(1)由题意知,大于35
℃时
( http: / / www.21cnjy.com )NH4HCO3分解,故温度不能超过35
℃,若低于30
℃反应速率降低,要控制此温度范围应用水浴加热。
(2)保温30
min是为了使
( http: / / www.21cnjy.com )反应充分进行,提高原料的利用率和NaHCO3的产率,由表可知,只析出NaHCO3晶体的原因是因为在30~35
℃时NaHCO3的溶解度最小;洗涤的目的是为了除去溶液中的其他杂质如NaCl、NH4Cl、NH4HCO3等。
(3)过滤所得的母液中含有NaHCO3、NH4Cl、NaCl、NH4HCO3,可以加HCl使之全部生成NaCl。
B组
1.联合制碱法中关键的一步是把NH4C
( http: / / www.21cnjy.com )l从几乎饱和的NaHCO3溶液中分离出来,为此根据NaCl和NH4Cl溶解度的差异,向混合溶液中通入某种气体,同时加入磨细的食盐,可析出不夹带NaHCO3的NH4Cl。NaCl和NH4Cl共同存在时的溶解度曲线如图所示,以下操作正确的是(
)
通入气体
温度控制
A
CO2
30~40℃
B
CO2
0~10℃
C
NH3
30~40℃
D
NH3
0~10℃
( http: / / www.21cnjy.com )
1.D【解析】由题图可知,溶液的温度在0~
( http: / / www.21cnjy.com )10
℃的范围内,有利于NaCl的溶解和NH4Cl的析出。向溶液中加NaCl就是加Na+和Cl-,向溶液中加NH3就是加OH-和NH4+,这些都有利于NH4Cl的析出和NaHCO3的溶解。
2.工业上可用食盐和石灰石为
( http: / / www.21cnjy.com )主要原料,经不同的方法生产纯碱。请回答下列问题:
(1)卢布兰芳是以食盐、石灰石、浓硫酸、焦炭为原料,在高温下进行煅烧,再浸取,结晶而制得纯碱。
①食盐和浓硫酸反应的化学方程式为_____________________________________________;
②硫酸钠和焦炭、石灰石反应的化学方程式为_______________________________________
________________________________(已知产物之一为CaS);
(2)氨碱法的工艺如下图所示,得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯碱。
①图中的中间产物C是_______,D_______。(写化学式);
②装置乙中发生反应的化学方程式为__________________________________;
(3)联合制碱法对氨碱法的改进,其优点是________________________________;
(4)有人认为碳酸氢钾与碳酸氢钠的化学性质相似,故也可用氨碱法以氯化钾和石灰石为原料制碳酸钾。请结合下图的溶解度(S)随温度变化曲线,分析说明是否可行?________
_______________________________________________。
2.(1)①2NaCl+
H2SO4(浓)
Na2SO4
+
2
HCl↑
②Na2SO4
+
4C
+
CaCO3
CaS
+
Na2CO3
+
4CO
或Na2SO4
+
2C
+
CaCO3
CaS
+
Na2CO3
+
2CO2
(2)①Ca(OH)2
,NH3;②NH3
+
CO2
+NaCl
+H2O
=
NaHCO3
+
NH4
Cl
(3)保留了氨碱法的优点,使食盐的利用
( http: / / www.21cnjy.com )率提高到96%;NH4Cl可做氮肥;可与合成氨厂联合,原料气氨气和一氧化碳都由氨厂提供,减少CaCO3
制
CO2
这一工序,降低了能耗与污染。
(4)不可行,因为碳酸氢钾溶解度较大,且在常温下与氯化钾的溶解度差别小,在氨盐水碳酸化时无法大量析出。
【解析】
(1)是考查工业生产中的基本原理;(2)是生产过程中工艺的考查,在细读生产工艺图中各物质的变化后,可得出;(3)考查对教材知识的掌握情况;(4)分析图可看出NaHCO3与新信息KHCO3在溶解度图中的差别,可推测溶解度的差别是判断的依据。
3.我国化工专家侯德榜的侯氏制碱法为世
( http: / / www.21cnjy.com )界制碱工业作出了突出贡献。他以NaCl、NH3、CO2等为原料制得NaHCO3,进而生产出纯碱,有关反应的化学方程式为:
NH3+CO2+H2O===NH4HCO3
NH4HCO3+NaCl===NaHCO3↓+NH4Cl
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O↑
(1)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________(填字母标号)。
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
(2)某探究活动小组根据上述制碱原理,进行碳酸氢钠的制备实验,同学们按各自设计的方法实验。
①一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):
试回答下列有关问题:
(Ⅰ)乙装置中的试剂是______________________________________;
(Ⅱ)丁装置中稀硫酸的作用是______________________________________。
(Ⅲ)实验结束后,分离出NaHCO3晶体的操作是________(填分离操作的名称)。
②另一位同学用下图中戊装置(其他装置未画出)进行实验:
(Ⅰ)实验时,须先从________管通入________气体,再从________管中通入________气体;
(Ⅱ)有同学建议在戊装置的b管下端连接己装置,原因是__________________________
__________________________________________________________________________。
(3)请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法:___________________________。
3.(1)c
(2)①(Ⅰ)饱和碳酸氢钠溶液 (Ⅱ)吸收未
( http: / / www.21cnjy.com )反应的NH3(答“防止倒吸”或“吸收CO2”不可以) (Ⅲ)过滤 ②(Ⅰ)a NH3 b CO2 (Ⅱ)增大气体与溶液接触面积,提高CO2吸收率
(3)往烧碱溶液中通入过量CO2(或往饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2等,其他合理方法均可)
【解析】(1)在溶液中溶解度最小的物
( http: / / www.21cnjy.com )质最先析出。(2)①除去CO2中的HCl用饱和NaHCO3溶液;H2SO4吸收挥发出来的NH3;NaHCO3以固体形式析出,应采用过滤操作。②侯氏制碱法应向饱和NaCl溶液中先通NH3后通CO2,因为NH3溶解度大,可吸收更多CO2,生成较多NaHCO3固体;NH3极易溶于水,易发生倒吸,所以从a管进入;己为多孔球泡,可增大接触面积。(3)可利用以下反应原理制备NaHCO3:NaOH+CO2===NaHCO3,Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3。