精銳教育學科教師輔導講義學員編號： 年 級：高三 課 時 數(shù)：3學員姓名： 輔導科目： 化學 學科教師：授課主題侯式制堿法原理和簡單流程教學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。教學內容內容回顧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設備少 C循環(huán)利用的物質多 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（沉淀劑A來源于石灰窯廠），寫出A、B的化學式。 A B 2）實驗室提純粗鹽的實驗操作依次為： 取樣、 、沉淀、 、 、冷卻結晶、 、烘干。 3）工業(yè)生產純堿工藝流程中，碳酸化時產生的現(xiàn)象是 。碳酸化時沒有 析出碳酸鈉晶體，其原因是 。 4）碳酸化后過濾，濾液D最主要的成分是 （填寫化學式），檢驗這一成分的陰離子的具體方法是： 。 5）氨堿法流程中氨是循環(huán)使用的，為此，濾液D加入石灰水產生氨。加石灰水后所發(fā)生的反應的離子方程式為： 濾液D加石灰水前先要加熱，原因是 。 6）產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量分數(shù)，純堿中碳酸氫鈉的質量分數(shù)可表示為： （注明你的表達式中所用的有關符號的含義） 4【2005年上海高考五26（A）】我國化學侯德榜（右圖）改革國外的純堿生產工藝，生產流程可簡要表示如下：CO2Na2CO3X食鹽水循環(huán)II循環(huán)I母液(提取副產品)煅燒爐合成氨廠沉淀池NH3NH3(1) 上述生產純堿的方法稱，副產品的一種用途為。(2) 沉淀池中發(fā)生的化學反應方程式是。(3) 寫出上述流程中X物質的分子式。 (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。(5)為檢驗產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轉化為Na2CO3，提高析出的NH4Cl純度答案：11）Ca(OH)2 或CaO Na2CO3 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）NH4Cl 取樣，加硝酸酸化，再加硝酸銀，有白色沉淀產生，該陰離子是氯離子 5）NH4+ + OH- NH3 H2O 防止加入石灰水時產生碳酸鈣沉淀(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，使銨根完全轉化為氨氣放出，同時產生碳酸鈣的含量也相應的減少) 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 化學反應原理是： 總反應為： 將經過濾、洗滌得到的NaHCO3微小晶體再加熱，制得純堿產品： 答案：化學反應原理： 總反應 ： 2、 氨堿法（又稱索爾維法）1原料： 食鹽（氯化鈉）、石灰石（經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，將經過濾、洗滌得到的NaHCO3微小晶體，再加熱煅燒制得純堿產品。（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。 CaOH2O Ca(OH)2， 2NH4ClCa(OH)2 CaCl22NH32H2O其工業(yè)流程圖為：其工業(yè)生產的簡單流程如圖所示： 3氨堿法的優(yōu)點是： （）原料（食鹽和石灰石）便宜； （）產品純堿的純度高； （）副產品氨和二氧化碳都可以回收循環(huán)使用； （）制造步驟簡單，適合于大規(guī)模生產。4氨堿法的缺點是： （）產生大量無用的副產品CaCl2 （）NaCl利用率只有70%，約有30%的NaCl留在母液中。 （3 ）設備多，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的廢氣。 2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，經過濾、洗滌得NaHCO3微小晶體，再煅燒制得純堿產品，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晶沉淀析出，經過濾、洗滌和干燥即得氯化銨產品。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)生產的簡單流程如圖所示：此法優(yōu)點：保留了氨堿法的優(yōu)點，消除了它的缺點，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 （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母液進行處理？從化學原理上分析采取這些處理措施的原因。 （1）向母液中加食鹽細粒 【思考】向向母液中加食鹽細粒的目的是什么？ 答案：降低氯化銨在氯化鈉中的溶解度，便于氯化銨的析出 （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)實意義 （1）符合現(xiàn)在提倡的“綠色化學的要求： 提高了原料（NaCl）的利用率，不產生無用的CaCl2。（2） 體現(xiàn)了大規(guī)模聯(lián)合生產的優(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CO2，可以作為堿廠的主要原料；堿廠無用的Cl-，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，提高了綜合經濟效益。二、化工生產的基本原理（1）充分利用原料體現(xiàn)物料平衡思想。例如：合成氨生產、純堿生產中都有原料 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，可通過列管式 器利用放出的熱量對需要加熱的物料進行預熱；若不存在放熱步驟，要設計出充分利用燃料和充分利用能量的工藝。（3）保護環(huán)境體現(xiàn)綠色化學思想：是指工業(yè)生產的過程中沒有（或者極少有）有毒、有害物質排出，合成產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）和氨堿法的生產流程簡要表示如下圖：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食鹽細粉Z冷卻至10以下，過濾聯(lián)堿法（候氏制堿法）生產流程示意圖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氨堿法生產流程示意圖石灰石（1）沉淀池中發(fā)生反應的化學方程式為_。（2）填寫化學式：X是_，Y是_；Z中除了溶解的氨氣、食鹽外，其它溶質還有_；排出液中的溶質除了氫氧化鈣外，還有_。（3）在氨堿法生產過程中氨要循環(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 。氨堿法總反應過程可用化學方程式表示為_。（4）根據聯(lián)堿法中從母液中提取氯化銨晶體的過程推測，所得結論正確是_。a常溫時氯化銨的溶解度比氯化鈉小 b通入氨氣能增大NH4+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NaHCO3結晶析出d. 通入氨氣能使NaHCO3轉化為Na2CO3，提高析出的NH4Cl純度（5）聯(lián)堿法中，每當通入NH3 44.8L（已折合成標準狀況下）時可以得到純堿100.0g，則NH3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）綠色化學的重要原則之一是提高反應的原子利用率。根據“聯(lián)合制堿法”總反應，列出計算原子利用率的表達式：原子利用率（%）= 。例2根據侯德榜制堿法原理并參考下表的數(shù)據，實驗室制備純堿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的NH4HCO3固體，加料完畢后，繼續(xù)保溫30分鐘，靜置、過濾得NaHCO3晶體。用少量蒸餾水洗滌除去雜質，抽干后，轉入蒸發(fā)皿中，灼燒2小時，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0102030405060100NaCl35.735.836.036.336.637.037.339.8NH4HCO311.915.821.027.0NaHCO36.98.19.611.112.714.516.4NH4Cl29.433.337.241.445.850.455.377.3 35NH4HCO3會有分解請回答： 反應溫度控制在3035，是因為若高于35，則_，若低于30，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NaHCO3晶體的原因是_。 用蒸餾水洗滌NaHCO3晶體的目的是除去_雜質（以化學式表示） 過濾所得的母液中含有_（以化學式表示），需加入_， 并作進一步處理，使NaCl溶液循環(huán)使用，同時可回收NH4Cl 測試純堿產品中NaHCO3含量的方法是：準確稱取純堿樣品W g，放入錐形瓶中加蒸餾水 溶解，加12滴酚酞指示劑，用物質的量濃度為c（ mol/L）的HCl溶液滴定至溶液由紅色到無色（指示CO32+H+HCO3反應的終點），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。寫出純堿樣品中NaHCO3質量分數(shù)的計算式：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_（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。侯德榜對母液的基本處理是：加入_和_，得到重要的副產品_。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精制（提純），所得純堿中含有的難溶性雜質將主要是_和_（用化學式表示）。（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）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反應產生碳酸鈣沉淀 CaCO3 +2NaCl Na2CO3 + CaCl2 （4）b d （5）94.3% 循環(huán)避免產生大量含有CaCl2的廢液（或節(jié)省石灰窯、蒸氨塔等設備）（6）由于總反應可看作是：2NH3+2NaCl+CO2+H2ONa2CO3+2NH4Cl，所以：原子利用率（%）2. NH4HCO3分解 反應速率降低 水浴加熱 使反應充分進行 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MgCO3也可） （2）成本較低；可同時制得氮肥；容易控制堿度 （或其它合理答案） 課后作業(yè)11892年，比利時人索爾維以NaCl、CO2、H2O、NH3為原料生產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，我國著名化工專家侯德榜先生，沖破了“索爾維”法的技術封鎖，并加以改進，用NaCl固體代替生石灰，加入母液使NH4Cl晶體析出，生產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的兩步反應方程式為 。(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方程式是 。(4)“侯氏制堿法”與“索爾維法”相比其優(yōu)點是 。21892年比利時人索爾維以NaCl、CO2、NH3、H2O為原料制得了純凈的Na2CO3，該法又稱氨堿法，其主要生產流程如下： （1）從理論上看，循環(huán)生產是否需要再補充NH3？ 。（2）從綠色化學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 。我國化學家侯德榜改革國外的純堿生產工藝，創(chuàng)造了侯德榜制堿法又叫聯(lián)堿法，生產流程可簡要表示如下： 該法是將合成氨工廠生產的NH3及副產品CO2，再與飽和食鹽水反應。該法與氨堿法不同之處有二點：（3）。（4）從理論上看，每再生產1mol Na2CO3，再補充的物質及其物質的量分別是 。31942年，我國化工專家侯德榜以NaCl、NH3、CO2等為原料先制得NaHCO3，進而生產出純堿，他的“侯氏制堿法”為世界制堿工業(yè)做出了突出貢獻。有關反應的化學方程式如下： NH3CO2H2O NH4HCO3 ； NH4HCO3NaClNaHCO3NH4Cl ；2NaHCO3 Na2CO3CO2H2O （1）“侯氏制堿法”把合成氨和純堿兩種產品聯(lián)合生產，請寫出工業(yè)合成氨的化學反應方程式 ；已知合成氨為放熱反應，若從勒夏特列原理來分析，合成氨應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，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晶析出（3）某探究活動小組根據上述制堿原理，欲制備碳酸氫鈉，同學們按各自設計的方案進行實驗。第一位同學：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)生反應的離子方程式 。乙裝置中的試劑是 。實驗結束后，分離出NaHCO3 晶體的操作是 （填分離操作的名稱）。第二位同學：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的化學反應方程式來描述）： 。答案：(1)NH3H2OCO2 NH4HCO3NH4HCO3NaCl NH4ClNaHCO3(2)H2CO3酸性比鹽酸弱，CO2與NaCl不反應(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產生CaCl2廢棄物（3）將NH4Cl作為一種化工產品，不再生產NH3循環(huán)使用； 對分離出NaHCO3和NH4Cl后含NaCl的溶液循環(huán)使用。（4）補充2mol NaCl；2mol NH3；1 mol CO2 N2 + 3H2 2NH3 3 （1） b、d （2）c （3）第一位同學： CaCO3 + 2H+ Ca2+ + H2O + CO2 飽和碳酸氫鈉溶液 過濾 第二位同學：NH3（氨） CO2 （二氧化碳） g （4）向燒堿溶液中通入過量CO2 ：NaOH + CO2 NaHCO3；或向飽和Na2CO3 溶液中通入過量CO2 ： Na2CO3CO2H2O 2NaHCO3 等，其它合理方法均可。 知識延伸 一、在侯氏制堿法中涉及的鹽的溶解度 溫度鹽 溶解度0102030405060100NaCl35.735.836.036.336.637.037.339.8NH4HCO311.915.821.027.0NaHCO36.98.19.611.112.714.516.4NH4Cl29.433.337.241.445.850.455.377.3表示在該溫度下NH4HCO3會分解。（）利用該表可以判斷NaHCO3在030時，溶解度是最小的。 （2）當溫度高于35時，NH4HCO3會分解，因此溫度不能高于35。 （3）在010時，NaCl與NH4Cl相比，NH4Cl的溶解度較小. 例.工業(yè)上利用太陽能進行海水曬鹽，已知海水蒸發(fā)濃縮過程中析出鹽的種類和質量如下表：（表中數(shù)據為每升海水中在濃縮過程中析出各種鹽的質量，單位為g）海水密度CaSO4NaClMgCl2MgSO4NaBr1.130.561.200.911.210.053.260.0040.0081.220.0159.650.010.041.260.012.640.020.020.041.311.400.540.030.06（1）海水從密度為1.21gml-1濃縮到1.22gml-1時發(fā)生的變化是（ ） A各種鹽的溶解度增大 B海水中水的質量分數(shù)不變 C析出粗鹽中NaCL的質量分數(shù)增大 D海水中的質量分數(shù)不變（2）海水在濃縮過程中，最先析出的鹽是 ，實際曬鹽生產中，海水的密度一般控制在1.21g/ml1.26g/ml范圍內，由上表可知，所得粗鹽中含有的雜質離子有 。 （3）如圖能較正確反映濃縮過程中海水中NaCl的質量分數(shù)（A%）與海水密度（d）的關系的是 答案：（1）C（2）硫酸鈣； Ca2+，Mg2+，SO42-；Br-（3）B12教學輔導