第一单元走进化学工业纯碱的生产

1课题3纯碱的生产1在下列科学家中,为我国化学工业作出重大贡献的是()A.钱学森B.袁隆平C.侯德榜D.邓稼先解析:钱学森被誉为“中国航天之父”“中国导弹之父”,是著名物理学家、火箭专家。袁隆平是中国工程院院士,被誉为“杂交水稻之父”。侯德榜是中国著名的化工专家,成功研究出了联合制碱法。邓稼先是核物理学家。答案:C2我国著名的化工专家侯德榜在20世纪20年代所创立的侯氏制碱法享誉中外。侯氏制碱法中的碱是指下列的()A.NaOHB.K2CO3C.Na2CO3D.NaHCO3解析:侯氏制碱法制备的是Na2CO3,俗称纯碱。答案:C31892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: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NH3B.从绿色化学原料充分利用的角度看,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1molNa2CO3,再补充的物质及其物质的量分别是2molNaCl和1molCO2解析:工业制碱的原理涉及反应:NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3+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1molNa2CO3,再补充2molNaCl和1molCO2。答案:C4我国化工专家侯德榜根据NaHCO3溶解度比NaCl、Na2CO3、NH4HCO3、NH4Cl溶解度都小的性质,运用CO2+NH3+H2O+NaClNaHCO3↓+NH4Cl的反应原理制备纯碱。下面是在实验室进行模拟实验的生产流程示意图:气体A的饱和溶液A和食盐的饱和溶液悬浊液晶体纯碱则下列叙述错误的是()A.A气体是NH3,B气体是CO2B.第Ⅲ步得到的晶体是发酵粉的主要成分C.第Ⅲ步操作用到的主要玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒D.第Ⅳ步操作的主要过程有溶解、蒸发、结晶解析:侯氏制碱法是先制得氨化的饱和食盐水,再往其中通入CO2(即往饱和食盐水中依次通入足量的NH3、CO2,不能依次通入CO2、NH3,因为NH3在水中的溶解度远远大于CO2的溶解度,先将溶液氨化后,吸收CO2的效果更好),第Ⅱ步即得到NaHCO3悬浊液,第Ⅳ步应将NaHCO3加热分解,以得到Na2CO3。答案:D5联合制碱法中关键的一步是把NH4Cl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下图所示,所以以下操作正确的是()2选项通入气体温度控制/℃ACO230~40BCO20~10CNH330~40DNH30~10解析:由图可知,溶液的温度在0~10℃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N,这些都有利于NH4Cl的析出。答案:D6工业上可用食盐和石灰石为主要原料,经不同的方法生产纯碱。请回答下列问题:(1)路布兰法是以食盐、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)氨碱法的工艺如图所示,得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯碱。氨碱法示意图①图中的中间产物C是,D是(写化学式);②装置乙中发生反应的化学方程式为。(3)联合制碱法是对氨碱法的改进,其优点是。解析:(1)①食盐和浓硫酸反应可制取挥发性HCl:NaCl+H2SO4(浓)NaHSO4+HCl↑、NaCl+NaHSO4Na2SO4+HCl↑或2NaCl+H2SO4(浓)Na2SO4+2HCl↑。②Na2SO4、CaCO3和C在高温下反应,其中一种产物为CaS,说明该反应为氧化还原反应,反应的产物中应有CO气体:Na2SO4+CaCO3+4CCaS+Na2CO3+4CO↑。(2)由工艺流程图可知,NH4Cl应与Ca(OH)2反应生成CaCl2并产生NH3,NH3通入NaCl溶液中,D为NH3。乙中发生反应的化学方程式为NH3+CO2+NaCl+H2ONaHCO3↓+NH4Cl。(3)联合制碱法保留了氨碱法的优点,消除了它的缺点,使氯化钠的利用率提高到96%以上;NH4Cl可作氮肥;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。答案:(1)①NaCl+H2SO4(浓)NaHSO4+HCl↑、NaCl+NaHSO4Na2SO4+HCl↑[或2NaCl+H2SO4(浓)Na2SO4+2HCl↑]②Na2SO4+CaCO3+4CCaS+Na2CO3+4CO↑(2)①Ca(OH)2NH3②NH3+CO2+NaCl+H2ONaHCO3↓+NH4Cl(3)见解析7著名化工专家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺,发明的新生产流程可表示如下:3(1)上述生产纯碱的方法称,副产品的一种用途为。(2)沉淀池中发生反应的化学方程式是。(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。解析:本题主要考查侯氏制碱法的生产原理及生产工艺、Cl-的检验等。根据联合制碱法的生产原理,可知向食盐水中通入氨气是为了得到碱性溶液,以吸收更多的CO2,当CO2过量时发生反应:NH3+H2O+CO2NH4HCO3,NH4HCO3+NaClNaHCO3↓+NH4Cl,当NaHCO3在煅烧炉中受热时分解:2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O↑,故X为CO2。要提高NaCl的利用率必须将过滤出NH4Cl的母液循环利用。要检验Na2CO3中是否混有NaCl,只需向其溶液中加入硝酸酸化的AgNO3溶液,看是否有白色沉淀生成即可。答案:(1)侯氏制碱法(或联合制碱法)用作化肥(其他合理答案均可)(2)NH3+H2O+CO2+NaClNH4Cl+NaHCO3↓(3)CO2(4)Ⅰ过滤(5)稀硝酸和硝酸银溶液8我国著名化工专家侯德榜先生发明的侯氏制碱法,因原料利用率高,并能进行连续生产,从而享誉中外。侯氏制碱法的基本做法是向饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳,获得碳酸氢钠晶体,再将所得碳酸氢钠晶体加热分解后即可得到纯碱。它的反应原理可用下列化学方程式表示:NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O↑。某课外兴趣小组同学按照侯氏制碱法原理,设计了如下一套实验装置:实验室可供选用的药品:浓氨水、纯碱、大理石、稀盐酸、稀硫酸、熟石灰、氯化铵、氯化钠。(1)A、D中最合适的试剂(填名称)为A;D。(2)本实验具体操作过程中,应先通气体,再通气体;原因是。(3)指出该装置中的错误(至少两处):。(4)在改进装置后,该同学进行了实验,实验所用的饱和NaCl溶液中含溶质58.5g,实验最后得到无水碳酸钠26.0g,则其产率为多少?该同学针对其实验结果,认真分析了造成损失的原因,发现其操作步骤并没有错误,则主要原因是。(5)在侯氏制碱法工业生产中,原料的利用率高,大大降低了成本。请问本实验中哪些物质可重复利用?。解析:本题以侯氏制碱法的原理为切入点,分别考查药品的选用、操作过程分析、实验装置评价、化学计算、化工生产原理等。根据反应原理,实验操作过程为:先制得NH3(左边装置)和CO2(右边装置),再将制得的气体依次通入饱和食盐水中即得碳酸氢钠晶体,再加热碳酸氢钠晶体就可以得到纯碱。答案:(1)氯化铵和熟石灰稀盐酸(2)NH3CO2CO2在水中溶解度小,先通NH3至饱和,有利于NaHCO3析出(3)B、C之间缺少止水夹;B装置应与大气相通,不能为密闭装置;通NH3的导管不应伸入液面以下(任填两种即可)(4)根据钠元素守恒,得关系式:2NaCl~Na2CO3,m(Na2CO3)==53.0g,则Na2CO3的产率为×100%≈49.1%;NaHCO3在水中有较大的溶解度,未能全部沉淀出来(5)NH4Cl、CO2