侯式制堿法原理和簡(jiǎn)單流程基礎(chǔ)教學(xué)

1、精銳教育學(xué)科教師輔導(dǎo)講義學(xué)員編號(hào)： 年 級(jí)：高三 課 時(shí) 數(shù)：3學(xué)員姓名： 輔導(dǎo)科目： 化學(xué) 學(xué)科教師：授課主題侯式制堿法原理和簡(jiǎn)單流程教學(xué)目的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；?？嫉闹R(shí)點(diǎn)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(cuò)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(diǎn)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】碳酸氫銨是一種重要的銨鹽。實(shí)驗(yàn)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

2、可制得純堿。 完成下列填空：41二氧化碳通入氨水的過(guò)程中，先有_晶體(填寫(xiě)化學(xué)式)析出，然后晶體溶解，最后析出nh4hco3晶體。 3【2010年上海高考27】工業(yè)生產(chǎn)純堿的工藝流程示意圖如下： 完成下列填空： 1）粗鹽水加入沉淀劑a、b除雜質(zhì)（沉淀劑a來(lái)源于石灰窯廠），寫(xiě)出a、b的化學(xué)式。 a b 2）實(shí)驗(yàn)室提純粗鹽的實(shí)驗(yàn)操作依次為： 取樣、 、沉淀、 、 、冷卻結(jié)晶、 、烘干。 3）工業(yè)生產(chǎn)純堿工藝流程中，碳酸化時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象是 。碳酸化時(shí)沒(méi)有 析出碳酸鈉晶體，其原因是 。 4）碳酸化后過(guò)濾，濾液d最主要的成分是 （填寫(xiě)化學(xué)式），檢驗(yàn)這一成分的陰離子的具體方法是： 。 5）氨堿法流程中氨是循

3、環(huán)使用的，為此，濾液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： 濾液d加石灰水前先要加熱，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(cè)定純堿中碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，純堿中碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可表示為： （注明你的表達(dá)式中所用的有關(guān)符號(hào)的含義） 4【2005年上海高考五26（a）】我國(guó)化學(xué)侯德榜（右圖）改革國(guó)外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡(jiǎn)要表示如下：co2na2co3x食鹽水循環(huán)ii循環(huán)i母液(提取副產(chǎn)品)煅燒爐合成氨廠沉淀池nh3nh3(1) 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(xiě)出上述流程中x物質(zhì)的分子式。

4、(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(jì)了（填上述流程中的編號(hào)）的循環(huán)。從沉淀池中取出沉淀的操作是。(5)為檢驗(yàn)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(xì)小食鹽顆粒，冷卻析出副產(chǎn)品，通氨氣的作用有 。(a) 增大nh4+的濃度，使nh4cl更多地析出(b) 使nahco3更多地析出(c) 使nahco3轉(zhuǎn)化為na2co3，提高析出的nh4cl純度答案：11）ca(oh)2 或cao na2co3 2)溶解 過(guò)濾 蒸發(fā) 過(guò)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）nh4cl 取樣，加硝酸酸化，再加硝酸銀

5、，有白色沉淀產(chǎn)生，該陰離子是氯離子 5）nh4+ + oh- nh3 h2o 防止加入石灰水時(shí)產(chǎn)生碳酸鈣沉淀(解析：加熱時(shí)，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(shí)產(chǎn)生碳酸鈣的含量也相應(yīng)的減少) 6）4（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）nh3co2h2onaclnh4clnahco3或nh3co2h2onh4hco3 nh4hco3naclnahco3nh4cl（3）co2（4）i 過(guò)濾（5）稀硝酸和硝酸銀溶液（6）a c知識(shí)精講【知識(shí)梳理】實(shí)驗(yàn)背景：無(wú)水碳酸鈉，俗名純堿、蘇打。它

6、是玻璃、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(shí)驗(yàn)原理 化學(xué)反應(yīng)原理是： 總反應(yīng)為： 將經(jīng)過(guò)濾、洗滌得到的nahco3微小晶體再加熱，制得純堿產(chǎn)品： 答案：化學(xué)反應(yīng)原理： 總反應(yīng) ： 2、 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：先把氨氣通入飽和食鹽水中而成氨鹽水， 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，將經(jīng)過(guò)濾、洗滌得到的nahco3微小晶體，再加熱煅燒制得純堿產(chǎn)品。（放出的二氧化碳?xì)怏w可回收循環(huán)使用）含有氯化銨的濾

7、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。 caoh2o ca(oh)2， 2nh4clca(oh)2 cacl22nh32h2o其工業(yè)流程圖為：其工業(yè)生產(chǎn)的簡(jiǎn)單流程如圖所示： 3氨堿法的優(yōu)點(diǎn)是： （）原料（食鹽和石灰石）便宜； （）產(chǎn)品純堿的純度高； （）副產(chǎn)品氨和二氧化碳都可以回收循環(huán)使用； （）制造步驟簡(jiǎn)單，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。4氨堿法的缺點(diǎn)是： （）產(chǎn)生大量無(wú)用的副產(chǎn)品cacl2 （）nacl利用率只有70%，約有30%的nacl留在母液中。 （3 ）設(shè)備多，耗能大。3、 聯(lián)合制堿法（又稱侯氏制堿法）1原料： 食鹽、氨氣和二氧化碳合成氨廠用水煤氣制取氫氣時(shí)的廢氣。 2

8、步驟： 聯(lián)合制堿法包括兩個(gè)過(guò)程：第一個(gè)過(guò)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)過(guò)濾、洗滌得nahco3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(gè)過(guò)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(shí)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?yàn)V液中加入細(xì)粉狀的氯化鈉，并通入氨氣，可以使氯化銨單獨(dú)結(jié)晶沉淀析出，經(jīng)過(guò)濾、洗滌和干燥即得氯化銨產(chǎn)品。此時(shí)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

9、業(yè)生產(chǎn)的簡(jiǎn)單流程如圖所示：此法優(yōu)點(diǎn)：保留了氨堿法的優(yōu)點(diǎn)，消除了它的缺點(diǎn)，使食鹽的利用率提高到96%；nh4cl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co2，革除了caco3制co2這一工序?！居懻摗?、索爾維采取了哪些措施來(lái)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co2反應(yīng) （2）使co2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。 “侯氏制堿法”采取了怎樣的方式對(duì)母液進(jìn)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(xì)粒 【

10、思考】向向母液中加食鹽細(xì)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 （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：增加的濃度，有利于nh4cl析出 使nahco3轉(zhuǎn)化為na2co3，提高析出nh4cl的純度。 （3）降溫至5 左右3、侯氏制堿法的現(xiàn)實(shí)意義 （1）符合現(xiàn)在提倡的“綠色化學(xué)的要求： 提高了原料（nacl）的利用率，不產(chǎn)生無(wú)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(gè)廠的廢料，作為另一個(gè)廠的主要原料。如合成氨廠的廢料co2，可以作為堿廠的主要原料；堿廠無(wú)用的cl-，可以代替價(jià)格比較昂貴的硫酸用來(lái)固定氨，制成氮肥。降低

11、了成本，提高了綜合經(jīng)濟(jì)效益。二、化工生產(chǎn)的基本原理（1）充分利用原料體現(xiàn)物料平衡思想。例如：合成氨生產(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(jià)的 來(lái)提高原料氣的轉(zhuǎn)化率。（2）充分利用能量體現(xiàn)能量守恒思想。例如：若存在放熱步驟，可通過(guò)列管式 器利用放出的熱量對(duì)需要加熱的物料進(jìn)行預(yù)熱；若不存在放熱步驟，要設(shè)計(jì)出充分利用燃料和充分利用能量的工藝。（3）保護(hù)環(huán)境體現(xiàn)綠色化學(xué)思想：是指工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中沒(méi)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(dá)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(jiǎn)要表示如下圖

12、：co2na2co3x食鹽水循環(huán)ii循環(huán)i母液nh4cl煅燒爐合成氨廠沉淀池nh3nh3食鹽細(xì)粉z冷卻至10以下，過(guò)濾聯(lián)堿法（候氏制堿法）生產(chǎn)流程示意圖co2na2co3x食鹽水，nh3母液煅燒爐煅燒沉淀池caoy排出液w循環(huán)ii循環(huán)i氨堿法生產(chǎn)流程示意圖石灰石（1）沉淀池中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)。（2）填寫(xiě)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(guò)程中氨要循環(huán)使用，但不需要補(bǔ)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(guò)程可用化學(xué)方程式表示為_(kāi)。（4）根據(jù)聯(lián)堿法中從母液中提取氯化銨晶體的過(guò)程推測(cè)，

13、所得結(jié)論正確是_。a常溫時(shí)氯化銨的溶解度比氯化鈉小 b通入氨氣能增大nh4+的濃度，使氯化銨更多析出c加入食鹽細(xì)粉能提高na+的濃度， 使nahco3結(jié)晶析出d. 通入氨氣能使nahco3轉(zhuǎn)化為na2co3，提高析出的nh4cl純度（5）聯(lián)堿法中，每當(dāng)通入nh3 44.8l（已折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)可以得到純堿100.0g，則nh3的利用率為_(kāi)；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(jì)了（填上述流程中的編號(hào)）。指出聯(lián)堿法的另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)_。（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(jì)算原子利用率的表達(dá)式：原子利用率（%）= 。例2根據(jù)侯

14、德榜制堿法原理并參考下表的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)室制備純堿na2co3的主要步驟是：將配制好的飽和nacl溶液倒入燒杯中加熱，控制溫度在3035，攪拌下分批加入研細(xì)的nh4hco3固體，加料完畢后，繼續(xù)保溫30分鐘，靜置、過(guò)濾得nahco3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(shí)，得na2co3固體。四種鹽在不同溫度下的溶解度（g/100g水）表 溫度鹽 溶解度0102030405060100nacl35.735.836.036.336.637.037.339.8nh4hco311.915.821.027.0nahco36.98.19.611.112.714.516.4nh4cl2

15、9.433.337.241.445.850.455.377.3 35nh4hco3會(huì)有分解請(qǐng)回答： 反應(yīng)溫度控制在3035，是因?yàn)槿舾哂?5，則_，若低于30，則_，為控制此溫度范圍，采取的加熱方法為_(kāi)。 加料完畢后，繼續(xù)保溫30分鐘，目的是_。 靜置后只析出nahco3晶體的原因是_。 用蒸餾水洗滌nahco3晶體的目的是除去_雜質(zhì)（以化學(xué)式表示） 過(guò)濾所得的母液中含有_（以化學(xué)式表示），需加入_， 并作進(jìn)一步處理，使nacl溶液循環(huán)使用，同時(shí)可回收nh4cl 測(cè)試純堿產(chǎn)品中nahco3含量的方法是：準(zhǔn)確稱取純堿樣品w g，放入錐形瓶中加蒸餾水 溶解，加12滴酚酞指示劑，用物質(zhì)的量濃度為c（

16、 mol/l）的hcl溶液滴定至溶液由紅色到無(wú)色（指示co32+h+hco3反應(yīng)的終點(diǎn)），所用hcl溶液的體積為v1 ml，再加12滴甲基橙指示劑，繼續(xù)用hcl溶液滴定至溶液由黃變橙，所用hcl溶液總體積為v2 ml。寫(xiě)出純堿樣品中nahco3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算式：nahco3% = _。 例3（1）solvay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： nacl+_ + _ nahco3+_將nahco3沉淀濾出后，母液中殘留的離子主要有cl-、nh4+和_、_。 該母液的酸堿性為_(kāi)（選擇填充）。a.強(qiáng)酸性 b.強(qiáng)堿性 c.接近中性solvay對(duì)母液的基本處理是：加入

17、_ _。solvay法中_是循環(huán)使用的。侯德榜對(duì)母液的基本處理是：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(duì)溶液進(jìn)行堿化時(shí)，常用氨水替代naoh。好處何在，請(qǐng)說(shuō)出你對(duì)此的看法。a._b._答案1.（1）nacl + nh3 + co2 +h2o nahco3+ nh4cl （2）co2 nh3 na2co3、nh4cl cacl2、nacl （3）防止生石灰先跟溶液中的nahco3反應(yīng)產(chǎn)生碳酸鈣沉淀 caco3 +2nacl na2co3 + cacl2 （

18、4）b d （5）94.3% 循環(huán)避免產(chǎn)生大量含有cacl2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：2nh3+2nacl+co2+h2ona2co3+2nh4cl，所以：原子利用率（%）2. nh4hco3分解 反應(yīng)速率降低 水浴加熱 使反應(yīng)充分進(jìn)行 nahco3的溶解度最小 nacl nh4cl nh4hco3 nahco3 nacl nh4cl nh4hco3 hcl 3.（1）h2o+nh3+co2nh4cl na+、hco3- c石灰 氨氣（或氨氣和部分二氧化碳）氨氣 食鹽 nh4cl 食鹽（或食鹽和二氧化碳） mg（oh）2和caco3 （寫(xiě)mgco3也可） （

19、2）成本較低；可同時(shí)制得氮肥；容易控制堿度 （或其它合理答案） 課后作業(yè)11892年，比利時(shí)人索爾維以nacl、co2、h2o、nh3為原料生產(chǎn)na2co3,叫索爾維法其主要步驟是：(1)在nh3飽和的nacl溶液中通入co2制得nahco3；(2)再將nahco3焙燒制得純堿，co2循環(huán)使用；(3)在析出小蘇打的母液中加入生石灰，nh3循環(huán)使用1940年，我國(guó)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(jìn)，用nacl固體代替生石灰，加入母液使nh4cl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)在氨飽和nacl溶液中通入co2的兩步反應(yīng)方程式為

20、。(2)不能在nacl溶液中通入co2制nahco3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(diǎn)是 。21892年比利時(shí)人索爾維以nacl、co2、nh3、h2o為原料制得了純凈的na2co3，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(bǔ)充nh3？ 。（2）從綠色化學(xué)原料的充分利用的角度看，該方法有二個(gè)明顯的缺陷是： a ；b 。我國(guó)化學(xué)家侯德榜改革國(guó)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(jiǎn)要表示如下： 該法是將合成氨工廠生產(chǎn)的nh3及副產(chǎn)品co2，再與飽和食鹽水反應(yīng)。該法與氨堿法

21、不同之處有二點(diǎn)：（3）。（4）從理論上看，每再生產(chǎn)1mol na2co3，再補(bǔ)充的物質(zhì)及其物質(zhì)的量分別是 。31942年，我國(guó)化工專家侯德榜以nacl、nh3、co2等為原料先制得nahco3，進(jìn)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(xiàn)。有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式如下： nh3co2h2o nh4hco3 ； nh4hco3naclnahco3nh4cl ；2nahco3 na2co3co2h2o （1）“侯氏制堿法”把合成氨和純堿兩種產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)，請(qǐng)寫(xiě)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(lái)分析，合成氨應(yīng)選擇的溫度和壓強(qiáng)是 （選填字母）。a高溫

22、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(duì)較小，所以在溶液中首先結(jié)晶析出（3）某探究活動(dòng)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(jì)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。第一位同學(xué)：將二氧化碳?xì)怏w通入含氨的飽和食鹽水中制備碳酸氫鈉，實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示（圖中夾持、固定用的儀器未畫(huà)出）。請(qǐng)回答：寫(xiě)出甲中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式 。乙裝置中的試劑是 。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，分離出nahco3 晶體的操作是 （填分離操作的名稱）。第二位同學(xué)：用圖中戊裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（其它裝置未畫(huà)出）。為提高二氧化碳在此反應(yīng)溶液中

23、被吸收的程度，實(shí)驗(yàn)時(shí)，須先從a管通入 氣體，再?gòu)腷管中通入 氣體。裝置c中的試劑為 （選填字母）。e 堿石灰 f濃硫酸 g無(wú)水氯化鈣（4）請(qǐng)你再寫(xiě)出一種實(shí)驗(yàn)室制取少量碳酸氫鈉的方法（用簡(jiǎn)要的文字和相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式來(lái)描述）： 。答案：(1)nh3h2oco2 nh4hco3nh4hco3nacl nh4clnahco3(2)h2co3酸性比鹽酸弱，co2與nacl不反應(yīng)(3)2nh4clcaocacl2h2o2nh3(4)使nh4cl析出，可做氮肥，不生成cacl2，原料nacl充分利用。（1）不需要（2）a氯化鈉未能充分利用； b產(chǎn)生cacl2廢棄物（3）將nh4cl作為一種化工產(chǎn)品，不再生產(chǎn)nh3循環(huán)使用； 對(duì)分離出nahco3和nh4cl后含nacl的溶液循環(huán)使用。（4）補(bǔ)充2mol nacl；2mol nh3；1 mol co2 n2 + 3h2 2nh3 3 （1） b、d （2）c （3）第一位同學(xué)： caco3 + 2h+ ca2+ + h2o + co2 飽和碳酸氫鈉溶液 過(guò)濾 第二位同學(xué)：nh3（氨） co2 （二氧化碳） g （4）向燒堿溶液中通入過(guò)量co2 ：naoh + co2 nahco3；或向飽和na2co3 溶液中通入過(guò)量co2 ：