人教版 (2019)必修 第一册第二章 海水中的重要元素——钠和氯第一节 钠及其化合物练习

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1．路布兰制碱法：1791年法国医生路布兰首先取得专利，以食盐为原料，制得了纯碱，称为路布兰制碱法
2．索尔维制碱法：1861年比利时工程师索尔维发明的纯碱制法，是以食盐(氯化钠)、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)、氨气为原料来制取纯碱
3．侯氏制碱法：1943年我国化学工业科学家侯德榜发明创建了联合制碱法，即将氨碱法(又称索尔维制碱法)和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法
(1)制取原理与步骤
(2)制取方法评价
①符合现在提倡的“绿色化学的要求”，提高了原料(NaCl)的利用率，不产生无用的CaCl2
②利用了大规模联合生产的优越性，利用一个厂的废料，作为另一个厂的主要原料。如合成氨厂的废料CO2可以作为碱厂的主要原料；碱厂无用的Cl－可以代替价格比较昂贵的硫酸用来固定氨，制成氮肥，降低了成本，提高了综合经济效益
【巩固练习】
1．“NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl”是著名的“侯氏制碱法”的重要反应。下面是4位同学对该反应涉及的有关知识发表的部分见解。其中不正确的是( )
2．根据侯氏制碱原理制备少量NaHCO3的实验，经过制取氨气、制取NaHCO3、分离NaHCO3、干燥NaHCO3四个步骤。下列图示装置和原理能达到实验目的的是( )

3．某小组设计如图所示装置(夹持装置略去)，在实验室模拟侯氏制碱工艺中NaHCO3的制备。下列说法不正确的是( )
A．③、⑤中可分别盛放饱和食盐水和浓氨水
B．应先向③中通入足量NH3，再通入足量CO2
C．③中反应的离子方程式为NH3＋CO2＋H2O===NHeq \\al(＋,4)＋HCOeq \\al(－,3)
D．装置①也可用于制H2
4．工业上以粗盐(含Ca2＋、Mg2＋、SOeq \\al(2－,4)等杂质)为主要原料，采用“侯氏制碱法”生产纯碱和化肥NH4Cl，实验室模拟工艺流程如图甲所示。下列说法正确的是( )

A．饱和食盐水中先通入的气体为CO2
B．流程图中的“系列操作”中一定需要使用玻璃棒
C．如图乙所示装置可以比较Na2CO3和NaHCO3晶体的热稳定性
D．对粗盐溶液除杂可依次加入过量NaOH、Na2CO3、BaCl2溶液，过滤后再加入盐酸调节溶液的pH
5．侯德榜(如图)是我国近代著名的化学家，他提出的联合制碱法得到世界各国的认可，其工业流程如下，下列说法错误的是( )
A．该工艺流程中没有发生氧化还原反应
B．应该向“饱和食盐水”中先通入过量CO2，再通入NH3
C．向滤液中通入NH3，可减少溶液中的HCOeq \\al(－,3)，有利于NH4Cl析出
D．最终所得“母液”可循环利用
6．下图是侯氏制碱法在实验室进行模拟实验的生产流程示意图，则下列叙述错误的是( )
A．A气体是CO2，B气体是NH3
B．侯氏制碱法的工艺流程应用了物质溶解度的差异
C．第Ⅲ步操作用到的主要玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒，第Ⅳ步操作是灼烧
D．侯氏制碱法的最终产品是Na2CO3和NH4Cl
7．“索尔维制碱法”工艺流程如图所示，请回答下列问题：
(1)向饱和氯化钠溶液中先通入__________，效果更好。反应制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化学方程式为__________________________________________________
(2)索尔维制碱法除了得到纯碱外，还会产生一种废渣________。侯氏制碱法在此工艺上改进，不再使用碳酸钙制备CO2，而是在制备NH3的过程中制得CO2，则侯氏制碱法在得到纯碱的同时还制得了________，此物质在农业上的用途是________
8．纯碱是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、造纸、纺织和洗涤剂的生产。
(1)起初，人们从盐碱地和盐湖中获得纯碱，但远远不能满足工业发展的需要，纯碱的化学式为________。
(2)1791年，“路布兰制碱法”取得专利。该方法以硫酸、氯化钠、木炭、白垩石(主要成分为碳酸钙)为原料，但在20世纪20年代后被淘汰，因为生产过程中释放出一种无色、有刺激性气味的气体，其分子结构示意图为，该气体遇空气中的水蒸气易形成酸雾，腐蚀金属设备，该酸雾腐蚀金属铁的化学方程式为_________________
(3)1861年，“索尔维制碱法”问世，该方法是在用氯化钠溶液吸收两种工业废气时意外发现的，反应后生成碳酸氢钠和氯化铵(NH4Cl)，再加热碳酸氢钠即可制得纯碱，氯化钠溶液吸收的两种气体为________
A．Cl2 B．NH3 C．SO2 D．CO2
(4)“侯氏制碱法”由我国化学工程专家侯德榜先生于1943年创立，是“索尔维制碱法”的改进，大大提高了原料的利用率，至今仍为全世界广泛采用。用如图所示装置可以模拟“加热碳酸氢钠制得纯碱”的过程，当观察到B中出现浑浊时，停止加热，A中发生反应的化学方程式为_____________________，将A试管冷却至室温，向其中加入稀盐酸，充分反应后测得溶液的pH＝5，则该溶液中含有的溶质为________________
9．某化学兴趣小组模拟“侯氏制碱法”制纯碱并进行后续实验
Ⅰ.制备纯碱：先以NaCl、NH3、CO2和水等为原料，用下图所示装置制取NaHCO3，然后再将NaHCO3制备成Na2CO3。
(1)装置甲中反应的离子方程式为_________________________________________________；装置乙的作用是______________________，反应的化学方程式为______________________
(2)反应进行一段时间后，观察到装置丙中试剂瓶内溶液中有白色固体析出，经检验该白色固体是NaHCO3。装置丙中可得两种产物，分别是NaHCO3和另一种盐，装置丙中反应的化学方程式为_______________________
(3)用装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时，需要进行的实验操作有________、洗涤固体、________，最后一步发生反应的化学方程式为_______________________________________
Ⅱ.测定所得产品的组成和纯度
(4)检验纯碱样品中是否混有NaHCO3，请选择下列装置设计实验，并完成下表：
(5)测定该纯碱样品的纯度：称取m1 g样品，置于小烧杯中，加水溶解，滴加足量CaCl2溶液。将反应混合物过滤、洗涤、干燥、称量，得到固体的质量为m2 g。则该纯碱样品的纯度为____________
10．侯氏制碱法的步骤如下图，试回答下列问题：
(1)若上述的悬浊液是碳酸氢钠和氯化铵的混合液，则Ⅰ和Ⅱ的总反应化学方程式为_____________________。由这一反应可知氯化钠比碳酸氢钠的溶解度________
(2)Ⅲ的操作叫____________
(3)Ⅳ的操作叫___________
11．已知碳酸氢钠的溶解度较小。在饱和的氨和氯化钠的混合溶液中通入二氧化碳，可析出碳酸氢钠固体：
NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。据此，我国杰出的化学家侯德榜设计出了生产纯碱的方法：
饱和NaCl溶液eq \(――――→,\s\up11(①通NH3),\s\d4(②通CO2))NaHCO3eq \(――→,\s\up7(加热))Na2CO3，这种方法被人们称为侯氏制碱法。试回答下列问题：
(1)写出由碳酸氢钠固体制碳酸钠的化学方程式：___________________________________
(2)如果碳酸钠固体中混有碳酸氢钠固体，应如何除去？________________(写出方法)；如果碳酸氢钠溶液中混有碳酸钠溶液，应如何除去？_____________________ (写出化学方程式)
【纯碱的生产历史与侯氏制碱法】答案
1．C
2．C。解析：氯化铵受热分解生成的氨气和氯化氢在试管口遇冷又生成氯化铵固体，不能用加热氯化铵固体的方法制备氨气，A错误；气流方向错，应该从右侧导管通入CO2气体，B错误；从溶液中分离出碳酸氢钠固体用过滤的方法，C正确；碳酸氢钠受热易分解，不能用该装置干燥碳酸氢钠，D错误。
3．C。解析：本实验利用浓氨水与碱石灰混合制取氨气，所以装置⑤中盛装浓氨水，装置③中盛装饱和食盐水，A项正确；先通入足量的氨气，再通入足量的CO2有利于NaHCO3的生成和析出，B项正确；③中反应的离子方程式为NH3＋CO2＋Na＋＋H2O===NaHCO3↓＋NHeq \\al(＋,4)，C项错误；装置①适合块状不溶于水的固体和液体反应，可以用其制取氢气，D项正确。
4．B。解析：A项，二氧化碳在水中溶解度较小，氨气在水中溶解度较大，故应先通入氨气，使溶液为碱性溶液，再通入二氧化碳，才可以达到实验目的，错误；B项，从溶液中得到固体，需要加热浓缩、冷却结晶、过滤等操作，因此流程图中的“系列操作”中一定需要玻璃棒搅拌、引流等，正确；C项，Na2CO3加热不易分解，NaHCO3晶体加热容易分解，故小试管中盛放NaHCO3，大试管中盛放Na2CO3，错误；D项，除去粗盐中的Ca2＋、Mg2＋、SOeq \\al(2－,4)及泥沙，可以依次加过量BaCl2除去SOeq \\al(2－,4)，然后加NaOH除去Mg2＋，用Na2CO3除去Ca2＋和过量的Ba2＋，盐酸要在最后加入，除去过量的NaOH和Na2CO3，错误。
5．B。解析：根据以上分析可知该工艺流程中没有发生氧化还原反应，A项正确；氨气极易溶于水，二氧化碳在水中的溶解度很小，应该向“饱和食盐水”中先通入NH3，再通入过量CO2，B项错误；向滤液中通入NH3，增大铵根离子浓度，可减少溶液中的HCOeq \\al(－,3)，有利于NH4Cl析出，C项正确；最终所得“母液”中含有钠离子、氯离子、铵根离子等，可循环利用，D项正确。
6．A。解析：选A 氨气极易溶于水，二氧化碳在水中的溶解度较小，向氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳气体有利于析出碳酸氢钠，则A为NH3，B为CO2，故A错误；相同条件下NaHCO3的溶解度小，侯氏制碱法的工艺过程中应用了物质溶解度的差异，故B正确；第Ⅲ步操作是过滤，通过过滤得到碳酸氢钠晶体，所以需要的主要玻璃仪器有：烧杯、漏斗、玻璃棒，第Ⅳ步操作是灼烧，发生的反应为2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，故C正确；侯氏制碱法的基本原理为NH3·H2O＋CO2＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓、2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，最终产品是Na2CO3和NH4Cl，故D正确。
7．(1)NH3 NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl
(2)CaCl2 NH4Cl 做氮肥
解析：(1)由于氨气极易溶于水，所以向饱和NaCl溶液中先通入氨气，效果更好。反应制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化学方程式为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。(2)根据原子守恒可知反应后还有氯化钙生成。根据化学方程式NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl可知侯氏制碱法在得到纯碱的同时还制得氯化铵。铵盐在农业上可作氮肥。
8．(1)Na2CO3
(2)Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
(3)BD
(4)2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑ HCl和NaCl
解析：(1)纯碱的化学式为Na2CO3。
(2)根据浓盐酸有挥发性，挥发出一种无色、有刺激性气味的气体，由两种元素组成，所以这种酸是盐酸；盐酸与铁反应的化学方程式：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑。
(3)氯化钠溶液吸收两种气体，主要吸收NH3和CO2，NH3溶于水生成氨水，显碱性易吸收CO2，形成碳酸氢钠和氯化铵。
(4)碳酸氢钠能受热分解，生成碳酸钠、水和二氧化碳；化学方程式为2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑；稀盐酸与碳酸钠反应生成氯化钠、水和二氧化碳，且溶液的pH＝5，显酸性，所以该溶液中含有的溶质是HCl和NaCl。
9．(1)CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O 除去CO2中的HCl气体 NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑
(2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl
(3)过滤 灼烧 2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑
(4)A、B
B中澄清石灰水变浑浊(或A、C C中物质变蓝 或A、C、B C中物质变蓝，B中澄清石灰水变浑浊)
(5)eq \f(106m2,m1)%
解析：(1)装置甲中碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、二氧化碳和水，反应的离子方程式是CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O；装置乙的作用是用碳酸氢钠除去二氧化碳中的氯化氢，反应的化学方程式为NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑。
(2)装置丙中氯化钠、二氧化碳、氨气反应可得两种产物，分别是NaHCO3和另一种盐，根据元素守恒，另一种盐是氯化铵，反应的化学方程式是NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl。
(3)用装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时，需要进行的实验操作有过滤、洗涤固体、灼烧，灼烧碳酸氢钠发生反应的化学方程式为2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑。
(4)用装置A加热分解 NaHCO3，用澄清石灰水检验是否有二氧化碳气体放出，选择装置B，若澄清石灰水变浑浊，则含有NaHCO3。
(5)设样品中Na2CO3的质量为x g，CaCl2与Na2CO3反应生成碳酸钙和氯化钠：
CaCl2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaCl
106 100
x g m2 g
eq \f(106,x g)＝eq \f(100,m2 g)
x＝eq \f(106m2,100)
样品纯度为eq \f(\f(106m2,100),m1)×100%＝eq \f(106m2,m1)%。
10．(1)NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl 大
(2)过滤
(3)灼烧
解析：(1)从生成物是NaHCO3和NH4Cl两种物质不难写出Ⅰ、Ⅱ的总反应化学方程式：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。显然溶解度：NaCl>NaHCO3，所以在NaCl的饱和溶液中才会析出NaHCO3。(2)把不溶晶体与液体分离的方法称为过滤。(3)Ⅳ的操作是对NaHCO3进行加热，使其分解，同时使挥发性物质气化而除去，该操作为灼烧。
11．(1)2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑
(2)加热 Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3
解析：(1)NaHCO3固体受热容易分解生成Na2CO3，反应的化学方程式为2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑。(2)NaHCO3固体受热容易分解生成Na2CO3，Na2CO3固体中混有NaHCO3固体可以通过加热的方法除去；如果NaHCO3溶液中混有Na2CO3溶液，可以向溶液中通入过量二氧化碳气体。制取原理与步骤
①首先使氯化钠与硫酸反应，生成硫酸钠：2NaCl＋H2SO4eq \(=====,\s\up7(△))Na2SO4＋2HCl↑
②然后用焦炭还原硫酸钠得硫化钠：Na2SO4＋4Ceq \(=====,\s\up7(高温))Na2S＋4CO↑
③最后利用硫化钠与石灰石的反应生产碳酸钠：Na2S＋CaCO3===Na2CO3＋CaS
制取方法评价
路布兰制取纯碱，主要生产过程在固相中进行，难以连续生产，又需硫酸做原料，设备腐蚀严重，产品质量不纯，原料利用不充分，价格较贵，所以在20世纪20年代被淘汰
工艺流程
制取原理与步骤
①在饱和食盐水中先通入氨气，再通入二氧化碳，析出碳酸氢钠：
NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl
②高温锻烧石灰石，生成的CO2通入饱和NaCl中，CaO制备石灰乳：
CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca(OH)2
③氯化铵滤液与石灰乳混合加热：
2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O，反应产生的氨气循环使用
④过滤、洗涤、煅烧碳酸氢钠晶体，得到纯碱产品：
2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O，反应产生的二氧化碳循环使用。
总反应：CaCO3＋2NaCleq \(=====,\s\up7(高温))CaCl2＋Na2CO3
制取方法评价
此法食盐利用率比路布兰制碱法高，产品较纯净，成本低
缺点：原料中一半成分未能转化为产品
制备原料
食盐、氨气、二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气；其反应为
C＋H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))CO＋H2，CO＋H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))CO2＋H2
工艺流程
制取原理与步骤
①低温下先向饱和食盐水中通入氨气，然后通入二氧化碳可析出碳酸氢钠，再加入食盐细粉，因氯离子存在及低温条件使氯化铵溶解度突然降低，而食盐的溶解度变化不大，所以氯化铵析出而食盐不析出；再用氨饱和后通二氧化碳，结果相继析出NaHCO3和NH4Cl
NH3＋H2O＋CO2===NH4HCO3；NH4HCO3＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓
②加热使NaHCO3分解得到Na2CO3，生成的CO2可循环使用
2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O
选择的装置(填编号)
实验现象
实验结论
样品中含NaHCO3