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高中三年级化学

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    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;2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O
    (1)碳酸氢铵与饱和食盐水反应,能析出碳酸氢钠晶体的原因________(选填字母)。
    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
    (2)某探究活动小组根据上述制碱原理,欲制备碳酸氢钠,同学们按设计的方案进行实验。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)。
    (3)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):_________________________________
    本题信息:2010年北京期末题化学填空题难度较难 来源:于丽娜
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本试题 “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...” 主要考查您对

碳酸氢钠

其他物质的制备(硫酸铜晶体、铁红等)

工业生产纯碱

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  • 碳酸氢钠
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  • 工业生产纯碱

碳酸氢钠(NaHCO3):

(1)俗名:小苏打;细小白色晶体,溶解度小于Na2CO3,受热易分解,可用于治疗胃酸过多、发酵剂
(2)与H+反应:HCO3-+H+==CO2↑+H2O
(3)与NaOH反应:HCO3-+OH-==CO32-+H2O
(4)与石灰水反应:生成CaCO3沉淀
(5)与BaCl2和CO2不反应


碳酸氢钠的物理性质:

碳酸氢钠为白色晶体,或不透明单斜晶系细微结晶。比重2.15g。无臭、味咸,可溶于水,不溶于乙醇。其水溶液因水解而呈微碱性,常温中性质稳定,受热易分解,在50℃以上迅速分解,在270℃时完全失去二氧化碳,在干燥空气中无变化,在潮湿空气中缓慢分解。溶解度:7.8g,18℃;16.0g,60℃。

碳酸氢钠的用途:

碳酸氢钠可直接作为制药工业的原料,用于治疗胃酸过多。


Na2CO3、NaHCO3的性质比较:

表示 名称 碳酸钠 碳酸氢钠
化学式 Na2CO3 NaHCO3
俗称 苏打 小苏打
物理性质 色态 白色粉末 白色晶体
溶解性 易溶于水 能溶于水
化学性质 与盐酸反应 Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2 NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2
热稳定性 很稳定 受热分解:2NaHCO3=(加热)=Na2CO3+H2O+CO2
与NaOH反应 不反应 NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O
相互转化 Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3 NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O
2NaHCO3=(加热)=Na2CO3+H2O+CO2

Na2CO3、NaHCO3的鉴别:

Na2CO3、NaHCO3与足量盐酸反应的比较:


碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应的基本图像的归纳总结:

(1)向Na2CO3中逐滴加入盐酸,消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图1所示;
(2)向NaHCO3中逐滴加入盐酸,消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图2所示;
(3)向NaOH、Na2CO3的混合物中逐滴加入盐酸,消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图3所示(设NaOH、Na2CO3的物质的量之比x∶y=1∶1,其他比例时的图像略);
(4)向Na2CO3、NaHCO3的混合物中逐滴加入盐酸,消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图4所示(设Na2CO3、NaHCO3的物质的量之比m∶n=1∶1,其他比例时的图像略)。


实验室制取甲烷(CH4):

(1)反应原理:CH3COONa+NaOHCH4+Na2CO3
(2)发生装置:固+固
(3)净化方法:浓硫酸(除水蒸气)
(4)收集方法:排水集气法/向下排空气法
(5)尾气处理:无
(6)检验方法:①点燃,淡蓝色火焰,燃烧产物是H2O和CO2

实验室制取一氧化氮(NO):

(1)反应原理:3Cu+8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(2)发生装置:固+液→气
(3)净化方法:浓硫酸(除水蒸气)
(4)收集方法:排水集气法
(5)尾气处理:收集法(塑料袋)
(6)检验方法:无色气体,暴露于空气中立即变为红棕色

实验室制取二氧化氮(NO2):

(1)反应原理:Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
(2)发生装置:固+液→气
(3)净化方法:浓硫酸(除水蒸气)
(4)收集方法:向上排空气法
(5)尾气处理:碱液吸收 (3NO2+H2O==2HNO3+NO;NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O)

实验室制取氯化氢(HCl):

(1)反应原理:2NaCl+H2SO4Na2SO4+2HCl?
(2)发生装置:固+液→气
(3)净化方法:浓硫酸(除水蒸气)
(4)收集方法:向上排空气法
(5)尾气处理:水(防倒吸装置)
(6)检验方法:①能使湿润的蓝色石蕊试纸变红 ②靠近浓氨水冒白烟

五水硫酸铜的制备:

(1)实验原理:铜是不活泼金属,不能直接和稀硫酸发生反应制备硫酸铜,必须加入氧化剂。在浓硝酸和稀硫酸的混合液中,浓硝酸将铜氧化成Cu2+,Cu2+与SO42-结合得到硫酸铜: Cu+2HNO3+H2SO4====CuSO4+2NO2+2H2O 未反应的铜屑(不溶性杂质)用倾滗法除去。利用硝酸铜的溶解度在0~100℃范围内均大于硫酸铜溶解度的性质,溶液经蒸发浓缩析出硫酸铜,经过滤与可溶性杂质硝酸铜分离,得到粗产品。硫酸铜的溶解度随温度升高而增大,可用重结晶法提纯。在粗产品硫酸铜中,加适量水,加热成饱和溶液,趁热过滤除去不溶性杂质。滤液冷却,析出硫酸铜,过滤,与可溶性杂质分离,得到纯的硫酸铜。


(2)实验步骤
①称量1.5g铜屑,灼烧至表面呈现黑色,冷却;
②加5.5mL3mol/L硫酸,2.5mL浓硝酸,反应平稳后水浴加热,补加2.5mL3mol/L硫酸,0.5mL浓硝酸;
③铜近于完全溶解后,趁热倾滗法分离;
④水浴加热,蒸发浓缩至结晶膜出现;
⑤冷却、过滤;
⑥粗产品以1.2mL水/g的比例,加热溶于水,趁热过滤;
⑦滤液冷却、过滤、晾干,得到纯净的硫酸铜晶体。
⑧称重,计算产率。

实验室制取硫化氢(H2S):

(1)反应原理:FeS+2HCl→H2S↑+FeCl2
(2)发生装置:固+液→气(启普发生器)
(3)净化方法:饱和NaHS(除HCl),固体CaCl2(除水蒸气)
(4)收集方法:向上排空气法
(5)尾气处理:CuSO4溶液或碱液吸收(H2S+2NaOH==Na2S+H2O或H2S+NaOH==NaHS+H2O)
(6)检验方法:①湿润的蓝色石蕊试纸变红 ②湿润的醋酸试纸黑
工业生产纯碱:

纯碱(学名碳酸钠)实际上是盐,由于它在水中发生水解作用而使溶液呈碱性。纯碱易溶于水,呈强碱性,能提供
Na+离子。这些性质使它们被广泛地用于制玻璃、肥皂、纺织、印染、漂白、造纸、精制石油、冶金及其他化学工业等各部门中。
碳酸钠在自然界中存在相当广泛。一些生长在盐碱地和海岸附近的植物中含有碳酸钠,可以从植物的灰烬中提取;当冬季来临时,碱湖中所含的碳酸钠结晶析出,经过简单的加工就可以使用。
世界上最早是通过路布兰法实现了碳酸钠的工业生产。其生产原理是:
用硫酸将食盐转变成硫酸钠
NaCl+H2SO4NaHSO4+HCl↑NaCl+NaHSO4Na2SO4+HCl↑
将硫酸钠与木炭、石灰石一起加热,反应生成碳酸钠和硫化钙 
Na2SO4+2CNa2S+2CO2↑   Na2S+CaCO3Na2CO3+CaS
存在原料利用不充分、成本较高、设备腐蚀严重等

氨碱法生产硫酸:

氨碱法是由比利时人索尔维发明的,所以,氨碱法也称为索尔维制碱法。氨碱法的原料也是氯化钠和碳酸钙,不同的是它还使用了炼焦的副产品氨。
原料:CaCO3、NaCl、NH3 
1.生成碳酸氢钠和氯气铵
将CO2通入含NH3的饱和NaCl溶液中 
NH3+CO2+H2O==NH4HCO3  NaCl+NH4HCO3==NaHCO3↓+NH4Cl 
2.抽取碳酸钠2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O↑
氨碱法生产原理:

氨碱法的优点:原料便宜易得,氨和部分二氧化碳可循环利用,产品纯度高,步骤简单。氨碱法的缺点:副产物氯化钙的处理问题,氯化钠的利用率低。 

联合制碱法:
 
我国化学侯德榜(下图)改革国外的纯碱生产工艺,生产流程可简要表示如下:

(1)上述生产纯碱的方法称联合制碱法或侯德榜制碱法,副产品的一种用途为化肥或电解液或焊药等。
(2)沉淀池中发生的化学反应方程式是NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓或NH3+CO2+H2O=NH4HCO3     NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl。
(3)写出上述流程中X物质的分子式CO2
(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I 的循环。从沉淀池中取出沉淀的操作是过滤
(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,再滴加稀硝酸和硝酸银溶液
(6)向母液中通氨气,加入细小食盐颗粒,冷却析出副产品,通氨气的作用是:
①增大NH4+的浓度,使NH4Cl更多地析出②使NaHCO3转化为Na2CO3,提高析出的NH4Cl纯度
联合法综合利用了合成氨的原料,提高了氯化钠的利用率,减少了环境污染。
NH3、CO2都来自于合成氨工艺;这样NH4Cl就成为另一产品化肥。综合利用原料、降低成本、减少环境污染,NaCl利用率达96%。



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