高中化學 主題2 海水資源 工業(yè)制堿 課題3 純堿制造技術(shù)的發(fā)展學業(yè)分層測評 魯科版選修2

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純堿制造技術(shù)的發(fā)展 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1．侯氏制堿法中的堿是指下列的(　　) A．NaOH B．K2CO3 C．Na2CO3 D．NaHCO3 【解析】　侯氏制堿法制備的是Na2CO3，俗稱純堿。 【答案】　C 2．工業(yè)上常用氨堿法制取碳酸鈉(將氨氣和二氧化碳先后通入飽和食鹽水而析出小蘇打，再經(jīng)過濾、焙燒而得到純堿)，但卻不能用氨堿法制碳酸鉀，這是因為在溶液中(　　) A．KHCO3溶解度較大　　 B．KHCO3溶解度較小 C．K2CO3溶解度較大 D．K2CO3溶解度較小 【解析】　氨堿法制取Na2CO3的原理：在精制的食鹽水中先后通入NH3、CO2，由于NaHCO3溶解度不大，當Na＋、HCO濃度較大時便析出NaHCO3晶體，將過濾得到的NaHCO3煅燒得Na2CO3，由于KHCO3溶解度較大，無法從溶液中析出，故無法利用其分解制取K2CO3。 【答案】　A 3．下表所列為四種可溶性鹽在30 ℃的溶解度(g/100 g H2O)： 鹽 NaCl NaHCO3 Na2CO3 (NH4)2CO3 溶解度 36.5 12.1 30.0 27.0 若在30 ℃的飽和食鹽水中通入氨氣至飽和后，再通入二氧化碳就會有晶體析出，試參考表中的數(shù)據(jù)，推測析出的晶體是下列的哪一種(　　) A．NaCl B．NaHCO3 C．Na2CO3 D．(NH4)2CO3 【答案】　B 4．下列關(guān)于NaHCO3的敘述，不正確的是(　　) A．它是一種白色粉末，相同溫度下溶解度小于Na2CO3 B．加熱至200 ℃左右，可完全分解，利用這種性質(zhì)，可由NaHCO3制取純堿 C．與Na2CO3相似，當質(zhì)量相同，分別跟足量鹽酸反應后，NaHCO3可得到較多的二氧化碳 D．其晶體的化學式為NaHCO310H2O，在空氣中會風化 【解析】　Na2CO310H2O在干燥的空氣中容易風化，沒有NaHCO310H2O這種物質(zhì)。 【答案】　D 5．在制小蘇打(NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl)的操作中，應在飽和食鹽水中(　　) 【導學號：28920027】 A．先通入CO2，達到飽和后再通入NH3 B．先通入NH3，達到飽和后再通入CO2 C．CO2和NH3同時通入 D．以上三種方法都行 【解析】　CO2在NaCl溶液中溶解度小，先通NH3溶液呈堿性，能溶解大量的CO2，生成大量的HCO，從而析出大量的NaHCO3晶體。 【答案】　B 6．與氨堿法比較，下列關(guān)于聯(lián)合制堿法優(yōu)點的判斷中不正確的是(　　) A．提高了原料的原子利用率 B．降低了生產(chǎn)成本 C．減少了環(huán)境污染 D．減輕了對設(shè)備的腐蝕 【解析】　聯(lián)合制堿法把氯化銨和純堿兩種產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)，提高了食鹽利用率，縮短了生產(chǎn)流程，減少了對環(huán)境污染。 【答案】　D 7．純堿和小蘇打是廚房中兩種常見的用品，它們都是白色固體，下列區(qū)分這兩種物質(zhì)的說法正確的是(　　) A．分別用炒鍋加熱兩種樣品，全部分解揮發(fā)，沒有殘留物的是小蘇打 B．用潔凈鐵絲蘸取兩種樣品在煤氣火焰上灼燒，使火焰顏色發(fā)生明顯變化的是小蘇打 C．用兩只小玻璃杯，分別加入少量的兩種樣品，再加入等量的食醋，產(chǎn)生氣泡快的是小蘇打 D．先將兩種樣品配成溶液，分別加入石灰水，無白色沉淀生成的是小蘇打 【解析】　2NaHCO3Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑，分解后仍有殘留物，A項錯誤。Na2CO3和NaHCO3都能發(fā)生焰色反應，使火焰顯黃色，B項錯誤。Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH，NaHCO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋NaOH＋H2O，二者與石灰水反應都有白色沉淀生成，D項錯誤。Na2CO3與醋酸反應分兩步進行，產(chǎn)生氣泡的速率慢。 【答案】　C 8．侯氏制堿法是純堿工業(yè)中一種重要的生產(chǎn)方法。但是，侯氏制堿法也存在著一定的局限性。例如，有時在某些國家和地區(qū)會出現(xiàn)氯化銨產(chǎn)品供過于求的現(xiàn)象。下列關(guān)于將氯化銨進行處理的方法中，正確的是(　　) A．在地下深埋 B．投入大海的深水處 C．加工成農(nóng)作物的復合肥 D．用氫氧化鈉將氯化銨轉(zhuǎn)化為氨和氯化鈉，再用作生產(chǎn)純堿的原料 【解析】　將氯化銨在地下深埋和投入大海的深水處，都會造成環(huán)境污染。氫氧化鈉比碳酸鈉生產(chǎn)成本更高、價格更貴。用氫氧化鈉將氯化銨轉(zhuǎn)化為氨和氯化鈉，再用作生產(chǎn)純堿的原料，在生產(chǎn)效益上得不償失。氮、磷、鉀都是農(nóng)作物生長所必需的元素，將氯化銨與含磷元素或鉀元素的化合物進行適當復合，可生產(chǎn)農(nóng)作物的復合肥。 【答案】　C 9．1861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(chǎn)流程如下： 下列有關(guān)說法不正確的是(　　) A．從理論上看，循環(huán)生產(chǎn)時不需要再補充NH3 B．從綠色化學原料充分利用的角度看，該方法有兩個明顯的缺陷是：氯化鈉未能充分利用和產(chǎn)生CaCl2廢棄物 C．將NH4Cl作為一種化工產(chǎn)品，不再生產(chǎn)NH3來循環(huán)使用 D．從理論上看，每再生產(chǎn)1 mol Na2CO3，再補充的物質(zhì)及其物質(zhì)的量分別是2 mol NaCl和1 mol CO2 【解析】　工業(yè)制堿的原理涉及反應：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。索爾維法用生成的氯化銨制備氨氣，將氯化銨進行了循環(huán)利用，所以從理論上講，是不需要補充氨的。但是在生產(chǎn)過程中，NaCl母液被棄去，氯化銨制備氨氣生成了無用的氯化鈣，這兩點是索爾維法的缺陷。根據(jù)反應關(guān)系及原子守恒，從理論上看每生產(chǎn)1 mol Na2CO3，再補充的物質(zhì)及其物質(zhì)的量分別是2 mol NaCl和1 mol CO2。 【答案】　C 10．下面是在實驗室進行模擬實驗的生產(chǎn)流程示意圖： 氣體A的飽和溶液A和食鹽的飽和溶液懸濁液晶體純堿 則下列敘述錯誤的是(　　) A．A氣體是NH3，B氣體是CO2 B．第Ⅲ步得到的晶體是發(fā)酵粉的主要成分 C．第Ⅲ步操作用到的主要玻璃儀器是燒杯、漏斗、玻璃棒 D．第Ⅳ步操作的主要過程有溶解、蒸發(fā)、結(jié)晶 【解析】　侯氏制堿法是先制得氨化的飽和食鹽水，再往其中通入CO2(即是往飽和食鹽水中依次通入足量的NH3、CO2，不能依次通入CO2、NH3，因為NH3在水中的溶解度遠遠大于CO2的溶解度，先將溶液氨化后，吸收CO2的效果更好)，第Ⅱ步即得到NaHCO3懸濁液，第Ⅳ步應將NaHCO3加熱分解，以得到Na2CO3。 【答案】　D [能力提升] 11．工業(yè)制純堿時，第一步通過飽和食鹽水、氨和二氧化碳反應，獲得碳酸氫鈉結(jié)晶。它的反應原理可以用下面的方程式表示： NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3，NH4HCO3＋NaCl(飽和)===NaHCO3↓＋NH4Cl 以上反應的總結(jié)果是放熱反應。下面設(shè)計了一個實驗，用最簡單的實驗裝置模擬實驗這一過程，獲得碳酸鈉結(jié)晶?？晒┻x擇的實驗用品有：稀鹽酸、稀硫酸、濃氨水、氫氧化鈉、消石灰、石灰石、氯化銨、食鹽、蒸餾水和冰，以及中學化學實驗常用儀器。實驗裝置示意圖(包括反應時容器中的物質(zhì))如下，圖中玻璃容器自左至右分別用A、B、C……符號標明(請見題后說明)。 (1)請寫出在圖上A、B、C……各玻璃容器中盛放物質(zhì)的化學式或名稱。 A________，B________，C________，D________，E________。 (2)利用在本題所提供的實驗用品，如何判斷得到的產(chǎn)品是碳酸氫鈉的結(jié)晶，而不是碳酸氫銨或食鹽結(jié)晶？ 【答案】　(1)CaCO3　蒸餾水(或水)　冰水(或冷水)　被氯化鈉飽和的濃氨水溶液　稀硫酸 (2)取少量產(chǎn)品放在試管中，在酒精燈上加熱至不再有氣體放出時，停止加熱。試管中如有白色剩余物質(zhì)，則得到的產(chǎn)品不是NH4HCO3。試管冷卻后，向其中加入適量鹽酸，反應激烈，冒大量氣泡，最后剩余物全部溶解，說明得到的結(jié)晶是NaHCO3。如加入鹽酸后，晶體全部溶解，但無氣泡產(chǎn)生，則得到的結(jié)晶可能是食鹽。 12．純堿是一種重要的化工原料。目前制堿工業(yè)主要有氨堿法和聯(lián)合制堿法兩種工藝。請按要求回答問題： (1)氨堿法產(chǎn)生大量CaCl2廢棄物，請寫出該工藝中產(chǎn)生CaCl2的化學方程式： _________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 (2)寫出聯(lián)合制堿法有關(guān)反應的化學方程式：___________________________ ________________________________________________________________。 (3)CO2是制堿工業(yè)的重要原料，聯(lián)合制堿法和氨堿法中CO2的來源有何不同？_________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 (4)綠色化學的重要原則之一是提高反應的原子利用率。根據(jù)聯(lián)合制堿法總反應，列出計算原子利用率的表達式為：原子利用率(%)＝____________________ ________________________________________________________________。 【解析】　(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。 (2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl；2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。 (3)聯(lián)合制堿法中CO2來源于合成氨工業(yè)的副產(chǎn)品，而氨堿法中CO2來源于石灰石的分解。 (4)聯(lián)合制堿法原子利用率的表達式： 原子利用率(%)＝100% ＝100% 或原子利用率(%)＝100% ＝100%。 【答案】　(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O (2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl；2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑ (3)聯(lián)合制堿法中CO2來源于合成氨的副產(chǎn)品，氨堿法中CO2來源于CaCO3的分解 (4)100% [或100%] 13．下圖表示的是侯氏制堿法工藝流程示意圖。 (1)母液Ⅱ中所溶解的主要物質(zhì)是________________(寫物質(zhì)的化學式)。母液Ⅱ中含有低濃度的Na2CO3，主要原因是__________________________________。 (2)母液Ⅰ和母液Ⅱ中通入NH3，NH3的主要來源是__________；母液Ⅰ中通入NH3的主要目的是__________________________；母液Ⅱ中通入NH3的主要目的是_____________________________________________________________ ________________________________________________________________。 (3)工藝流程的“煅燒→純堿”處，可設(shè)計__________的循環(huán)。 【答案】　(1)NaCl、NaHCO3、NH4Cl　HCO電離出CO (2)合成氨廠　增大NH的濃度，促進NH4Cl結(jié)晶析出　增大OH－的濃度，促進CO2的溶解，增大HCO的濃度 (3)二氧化碳(或CO2) 14．我國化學家侯德榜改革國外的純堿生產(chǎn)工藝，探索出了一種生產(chǎn)純堿的方法，其生產(chǎn)流程可簡要表示如下： (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)生反應的化學方程式是________________________________ ________________________________________________________________。 (3)寫出上述流程中X物質(zhì)的分子式為________。 (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___________________________________________________________________。 (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NH4Cl的純度 【解析】　將NH3和CO2兩種氣體通入NaCl溶液后，發(fā)生化學反應：NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl，NaHCO3溶解度較小，結(jié)晶析出；NH4Cl溶解度較大，留在母液中；溶液里還有未反應的NaCl和未結(jié)晶的NaHCO3。從母液中提取NH4Cl后，含有NaCl和NaHCO3的溶液循環(huán)到沉淀池中再次利用，這樣就大大提高了氯化鈉的利用率。 NaHCO3在煅燒爐中發(fā)生化學反應2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。生成的CO2循環(huán)到沉淀池中再次利用。 含NH4Cl、NaHCO3、NaCl的母液中通入NH3后，發(fā)生反應NH3＋H2ONH3H2ONH＋OH－，這樣有利于NH4Cl的析出和NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3。 【答案】　(1)侯氏制堿法(或聯(lián)合制堿法)　用做農(nóng)作物的化肥(其他合理的答案亦可) (2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl (3)CO2　(4)Ⅰ　過濾 (5)硝酸酸化的硝酸銀溶液 (6)ac