工艺流程模型04-侯氏制碱法

工艺流程（04） 侯氏制碱法
一、氨碱法（又称索尔维法） 1．原料：
食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气 2．步骤：
先把氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，
32243NH CO H O NH HCO ++→
再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液，
4334()NaCl NH HCO NaHCO NH Cl +→↓+饱和
将经过滤、洗涤得到的NaHCO 3微小晶体，再加热煅烧制得纯碱产品。

323222NaHCO Na CO CO H O ∆
−−→+↑+（放出的二氧化碳气体可回收循环使用）
含有氯化铵的滤液与石灰乳[Ca(OH)2]混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。

CaO ＋H 2O → Ca(OH)2，
2NH 4Cl ＋Ca(OH)2 → CaCl 2＋2NH 3↑＋2H 2O
其工业生产的简单流程如图所示：
3．氨碱法的优点是：
（１）原料（食盐和石灰石）便宜； （２）产品纯碱的纯度高；
（３）副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用； （４）制造步骤简单，适合于大规模生产。

4．氨碱法的缺点是：
（１）产生大量无用的副产品CaCl 2
（２）NaCl 利用率只有70%，约有30%的NaCl 留在母液中。

（3 ）设备多，耗能大。

三、联合制碱法（又称侯氏制碱法） 1．原料：
食盐、氨气和二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。

22+C H O CO H +−−−→高温（g ） 222+CO H O CO H +−−−→高温
（g ）
2．步骤：
联合制碱法包括两个过程：
第一个过程与氨碱法相同：将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO 3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。

第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。

由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。

所以在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。

此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液，已基本上被氯化钠饱和，可回收循环使用。

其工业生产的简单流程如图所示：
此法优点：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%；NH 4Cl 可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO 转化成CO 2，革除了CaCO 3制CO 2这一工序。

【巩固练习】
1、根据侯德榜制碱法原理并参考下表的数据，实验室制备纯碱Na 2CO 3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℃，搅拌下分批加入研细
的NH4HCO3固体，加料完毕后，继续保温30分钟，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，灼烧2小时，得Na2CO3固体。

四种盐在不同温度下的溶解度（g/100g水）表
已知：大于35℃，NH4HCO3会有分解
请回答：
⑴反应温度控制在30—35℃，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_________________。

⑵加料完毕后，继续保温30分钟，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（以化学式表示）
⑶过滤所得的母液中含有___________________________（以化学式表示），需加入_______，
并作进一步处理，使NaCl溶液循环使用，同时可回收NH4Cl
⑷测试纯碱产品中NaHCO3含量的方法是：准确称取纯碱样品W g，放入锥形瓶中加蒸馏水
溶解，加1—2滴酚酞指示剂，用物质的量浓度为c（mol/L）的HCl溶液滴定至溶液由
红色到无色（指示CO32—+H+ →HCO3—反应的终点），所用HCl溶液的体积为V1mL，再
加1—2滴甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至溶液由黄变橙，所用HCl溶液总体积
为V2mL。

写出纯碱样品中NaHCO3质量分数的计算式：
NaHCO3% = ______________________________。

2．1942年，我国化工专家侯德榜以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3，进而生产出纯碱，他的“侯氏制碱法”为世界制碱工业做出了突出贡献。

有关反应的化学方程式如下：
NH3＋CO2＋H2O →NH4HCO3；
NH4HCO3＋NaCl→NaHCO3↓＋NH4Cl ；
−−→Na2CO3＋CO2↑＋H2O
2NaHCO3 ∆
（1）“侯氏制碱法”把合成氨和纯碱两种产品联合生产，请写出工业合成氨的化学反应方程
式；已知合成氨为放热反应，若从勒夏特列原理来分析，合成氨应选择的温度和压强是（选填字母）。

a．高温b．低温c．常温d．高压e．低压f．常压
（2）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。

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
（3）某探究活动小组根据上述制碱原理，欲制备碳酸氢钠，同学们按各自设计的方案进行实验。

第一位同学：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）。

请回答：
①写出甲中发生反应的离子方程式。

②乙装置中的试剂是。

③实验结束后，分离出NaHCO3晶体的操作是（填分离操作的名称）。

第二位同学：用图中戊装置进行实验（其它装置未画出）。

①为提高二氧化碳在此反应溶液中被吸收的程度，实验时，须先从a管通入
气体，再从b管中通入气体。

②装置c中的试剂为（选填字母）。

e ．碱石灰f．浓硫酸g．无水氯化钙
（4）请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法（用简要的文字和相关的化学反应方程式来描
述）：。

3、（2014山东高考）工业上用重铬酸钠（Na 2Cr 2O 7）结晶后的母液（含少量杂质Fe 3+
）生产重铬酸钾（K 2Cr 2O 7）。

工艺流程及相关物质溶解度曲线如图：
（1）
由Na 2Cr 2O 7生产K 2Cr 2O 7的化学方程式为____________________________，通过冷却结晶析出大量K 2Cr 2O 7的原因是____________________________。

（2）向Na 2Cr 2O 7母液中加碱液调PH 的目的是____________________________。

（3）固体A 主要为__________________（填化学式），固体B 主要为________（填化学式）。

（4）用热水洗涤固体A ，回收的洗涤液转移到母液______（填“I ”“II ”或“III ”）中，既能提高产率又可使能耗最低。

4.铬铁矿的主要成分可表示为FeO ·Cr 2O 3，还含有SiO 2、Al 2O 3等杂质，以铬铁矿为原料制备重铬酸钾（K 2Cr 2O 7）的
过程如下图所示。

已知：① NaFeO 2遇水强烈水解。

② Cr 2O 72－
+ H 2O
2CrO 42－
+ 2H
+
(1)K 2Cr 2O 7中Cr 元素的化合价是 。

生成滤渣1中红褐色物质反应的化学方程式
是 。

(2)滤液1的成分除Na 2CrO 4、Na 2SiO 3外，还含有（填化学式） 。

利用滤渣2，可制得两种氧化物，其中一种氧化物经电解冶炼可获得金属，该电解反应的化学方程式
是 (3)由滤液2转化为Na 2Cr 2O 7溶液应采取的措施
是 。

向Na 2Cr 2O 7溶液中加入KCl 固体，获得K 2Cr 2O 7晶体的操作依次是：加热浓缩、 、过滤、洗涤、干燥。

(4)煅烧铬铁矿生成Na 2CrO 4和NaFeO 2反应的化学方程式是 。

5.【2016-江苏】以电石渣[主要成分为Ca(OH)2和CaCO 3]为原料制备KClO 3的流程如下：
（1）氯化过程控制电石渣过量，在75℃左右进行。

氯化时存在Cl2与Ca(OH)2作用生成Ca(ClO)2的反应，Ca(ClO)2进一步转化为Ca(ClO3)2，少量Ca(ClO)2分解为CaCl2和O2。

①生成Ca(ClO)2的化学方程式为。

②提高Cl2转化为Ca(ClO3)2的转化率的可行措施有（填序号）。

A.适当减缓通入Cl2速率
B.充分搅拌浆料
C.加水使Ca(OH)2完全溶解
（2）氯化过程中Cl2转化为Ca(ClO3)2的总反应方程式为:6 Ca(OH)2+6 Cl2===Ca(ClO3)2+5 CaCl2+6H2O氯化完成后过
滤。

①滤渣的主要成分为（填化学式）。

②滤液中Ca(ClO3)2与CaCl2的物质的量之
比n[Ca(ClO3)2] ∶n[CaCl2] 1∶5（填“>”、“<”或“=”）。

（3）向滤液中加入稍过量KCl固体可将Ca(ClO3)2转化
为KClO3，若溶液中KClO3的含量为100g▪L-1，从
该溶液中尽可能多地析出KClO3固体的方
法是。

6、海水中含有丰富的化学元素，下面是某化工厂从海水中提取NaCl、Mg（以MgCl2形式存在）和Br2（以NaBr的形式存在）及综合利用的生产流程简图：
请回答：
（1）Mg(OH)2中加入盐酸中，要获得MgCl2・6H2O晶体，需要进行的实验操作依次为
；
（2）目前工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水，下列关于离子交换膜电解槽的叙述错误的
是；
A．精制饱和食盐水进入阳极室
B．纯水（加少量NaOH）进入阴极室
C．阴极产物为氢氧化钠和氢气
D．电解槽的阳极用金属铁网制成
（3）母液中常含有MgCl2、NaCl、MgSO4、KCl等，可进一步加工制得一些重
要的产品。

若将母液加热升温到60℃以上，随着水分的蒸发，会逐渐析出晶
体，此晶体的主要成分是；过滤上述晶体
后，将滤液降温到30℃以下，又逐渐析出晶体，用一定量的冷水洗涤该晶体，
最后可得到比较纯净的晶体。

7.新型净水剂高铁酸钾（K2FeO4）为暗紫色固体，可溶于水，在中性或酸性溶液中逐渐分解，在碱性溶液中稳定。

工业上制备K2FeO4的常用方法有两种。

方法Ⅰ：次氯酸盐氧化法。

工艺流程如下图所示。

⑴写出“氧化”过程中反应的离子方程
式：。

⑵写出“转化”过程中发生反应的化学方程式
为。

⑶上述工艺得到的高铁酸钾常含有杂质，可用重结晶法提纯，操作是：将粗产品用溶解，然
后。

8．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）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？
_______ _。

9、（2009年高考广东22）某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、
Al2O3和Fe2O3等，回收其中镁的工艺流程如下：
部分阳离子以氢氧化物形式完全深沉时溶液的pH由见上表，请回答下列问题：
（1）“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有 （要求写出两条）。

（2）滤渣I 的主要成分有 。

（3）从滤渣Ⅱ中可回收利用的主要物质有 。

（4）Mg(ClO 3)2在农业上可用作脱叶剂、 催熟剂，可采用复分解反应制备：
MgCl 2+2NaClO 3 = Mg(ClO 3)2+2NaCl
已知四种化合物的溶解度（S ）随温度（T ） 变化曲线如下图所示：
①将反应物按化学反应方程式计量数比混合 制备Mg(ClO 3)2。

简述可制备Mg(ClO 3)2的原因：。

②按①中条件进行制备实验。

在冷却降温析出Mg(ClO 3)2过程中，常伴有NaCl 析出，原因是： 。

除去产品中该杂质的方法是： 。

10、（2008年广州调研测试题）实验室以氯化钾和硝酸钠为原料制备硝酸钾的实验流程如下：
硝酸钾等四种物质的溶解度随温度变化如右图所示。

回答下列问题：
（1）为了加速固体溶解，可采取的措施是： 。

（2）实验室进行蒸发浓缩操作时，将蒸发皿置于
铁圈上，用酒精灯加热。

取用蒸发皿应使用 （填仪器的名称），为了防止液滴飞溅，进行的操作是 。

（3）“趁热过滤”操作中，滤渣的主要成分是（填化学式） 。

（4）“趁热过滤”后，有时先往滤液中加入少量水，加热至沸，然后再“冷却结晶”，目的是 。

（5）制得的KNO 3产品中常含NaCl ，进一步提纯的方法是 。

滤渣
KNO 3产品
水
溶解度/
11、铬铁矿的主要成分可表示为FeO·Cr2O3，还含有MgO、Al2O3、Fe2O3等杂质，以下是以铬铁矿为原料制备重铬酸钾（K2Cr2O7）的流程图：
已知：①4FeO·Cr2O3+ 8Na2CO3+ 7O28Na2CrO4+ 2 Fe2O3+ 8CO2↑；
②Na2CO3+ Al2O32NaAlO2+ CO2↑；③ Cr2O72－+ H2O2CrO42－+ 2H+
（1）固体X中主要含有_________（填写化学式）；要检测酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，应该使用_____ _____（填写仪器或试剂名称）。

（2）酸化步骤用醋酸调节溶液pH＜5，其目的是_________________________________。

（3）操作Ⅲ有多步组成，获得K2Cr2O7晶体的操作依次是：加入KCl固体、蒸发浓
缩、、
过滤、_______、干燥。

（4）右表是相关物质的溶解度数据，操作Ⅲ发生反应的化学方程式是：Na2Cr2O7+2KCl→K2Cr2O7↓+2NaCl。

该反应在溶液中能发生的理由是_______________。

（5）酸性溶液中过氧化氢能使Cr2O72-生成蓝色的过氧化铬（CrO5分子结构为), 该反应可用来检验Cr2O72-
的存在。

写出反应的离子方程式：。

该反应(填“属于”或“不属于”)氧化还原反应。

（6）称取重铬酸钾试样2.500g配成250mL溶液,取出25mL与碘量瓶中,加入10mL2mol/ L H2SO4和足量碘化钾（铬的还原产物为Cr3+)，放于暗处5min。

然后加入100mL水，加入3mL淀粉指示剂，用0.1200mol/LNa2S2O3标准溶液滴定（I2+2S2O32—＝2I-+S4O62—）。

①判断达到滴定终点的依据
是；
②若实验中共用去Na2S2O3标准溶液40.00mL，则所得产品中重铬酸钾的纯度为。

（保留3位有效数字, K2Cr2O7的摩尔质量为294g/mol）。