第3讲 侯氏制碱法与Na2CO3含量的测定(Word教师用书)-【正禾一本通】2025年高考化学高三一轮总复习高效讲义（鲁科版2019 单选版）

第3讲　侯氏制碱法与Na2CO3含量的测定 【课程标准】　1.了解侯氏制碱法的原理。2.掌握Na2CO3含量的测定方法。 考点一　侯氏制碱法 1．制备原料 食盐、氨、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)CO＋H2，CO＋H2O(g)CO2＋H2。 2．工艺流程 3．反应原理 (1)产生NaHCO3的反应：NH3＋NaCl＋H2O＋CO2===NaHCO3↓＋NH4Cl。 (2)产生Na2CO3的反应：2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑。 4．绿色思想 循环使用的物质为CO2、NaCl。 (2021·河北卷，节选)化工专家侯德榜发明的侯氏制碱法为我国纯碱工业和国民经济发展做出了重要贡献，某化学兴趣小组在实验室中模拟改进侯氏制碱法制备NaHCO3，进一步处理得到产品Na2CO3和NH4Cl，实验流程如图： 回答下列问题： (1)从A～E中选择合适的仪器制备NaHCO3，正确的连接顺序是____________(按气流方向，用小写字母表示)。为使A中分液漏斗内的稀盐酸顺利滴下，可将分液漏斗上部的玻璃塞打开或________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)B中使用雾化装置的优点是____________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)生成NaHCO3的总反应的化学方程式为_________________________________________ _____________________________________________________________________________。 (4)反应完成后，将B中U形管内的混合物处理得到固体NaHCO3和滤液： ①对固体NaHCO3充分加热，产生的气体先通过足量浓硫酸，再通过足量Na2O2，Na2O2增重0.14 g，则固体NaHCO3的质量为________g。 ②向滤液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)＋NH4Cl(aq)===NaCl(aq)＋NH4Cl(s)过程。为使NH4Cl沉淀 学生用书↓第12页 充分析出并分离，根据NaCl和NH4Cl溶解度曲线，要采用的操作为________、________、洗涤、干燥。 答案：(1)aefbcgh　将玻璃塞上的凹槽对准漏斗颈部的小孔 (2)使氨盐水雾化，可增大与二氧化碳的接触面积，从而提高产率(或其他合理答案) (3)NH3＋H2O＋NaCl＋CO2===NH4Cl＋NaHCO3↓ (4)①0.84　②蒸发浓缩、冷却结晶　过滤 1．如图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。 (1)实验时向饱和食盐水中通入CO2、NH3的先后顺序是____________________________。 (2)a通入________，然后b通入________，简述理由：________________________________ ________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)c中放蘸有稀硫酸的脱脂棉，作用是______________________________________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案：(1)先通入NH3，然后通入CO2 (2)NH3　CO2　由于CO2在水中的溶解度比较小，而NH3极易溶于水，为防止倒吸，通入NH3的导气管的末端不能伸入到溶液中，为增加二氧化碳的吸收率，通入CO2的导气管的末端应插入液面以下 (3)吸收氨气尾气，防止污染空气 2．我国化学家侯德榜改进国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如图： (1)分别写出沉淀池、煅烧炉中发生反应的化学方程式：_______________________________、 ________________________________________________________________________。 (2)写出上述流程中X物质的分子式___________________________________________。 (3)向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品。通氨气除了增大NH的浓度，使NH4Cl更多地析出外，还有什么作用？循环Ⅰ的作用是什么？__________________________ _______________________________________________________________________________。 (4)如何检验产品碳酸钠中是否含有碳酸氢钠？ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)NH3＋CO2＋NaCl＋H2O===NH4Cl＋NaHCO3↓　2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑ (2)CO2　(3)使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度　循环Ⅰ的作用是提高原料氯化钠的利用率 (4)加热，若产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，说明碳酸钠中含有碳酸氢钠，否则，不含有碳酸氢钠 考点二　Na2CO3含量的测定方法 1．气体法 (1)测定原理：Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑。 依据CO2的体积确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的含量。 (2)实验操作：向m g纯碱样品中加入足量的稀硫酸，准确测量产生的CO2气体的体积为V mL(已折算为标准状况)。 (3)数据处理：纯碱样品中Na2CO3的质量为 mol×106 g·mol－1＝ g，则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%＝%。 2．沉淀法 (1)测定原理：Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl。依据BaCO3沉淀的质量确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的含量。 (2)实验操作：先将m g纯碱样品溶于水配成溶液，向溶液中加入过量的BaCl2溶液，经过滤、洗涤、干燥得BaCO3沉淀的质量为n g。 (3)数据处理：纯碱样品中Na2CO3的质量为×106 g·mol－1＝ g，则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%＝×100%。 学生用书↓第13页 3．滴定法 测定原理(用酚酞作指示剂，用盐酸滴定)：当指示剂变色时，发生的反应为Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑，根据消耗标准盐酸的体积，求出Na2CO3的物质的量，进一步求其含量。 实验室欲测定碳酸钠和碳酸氢钠混合物中碳酸钠的质量分数w(Na2CO3)，称取此混合物5.0 g，溶于水中，配成250 mL溶液。 方案一：沉淀法。利用化学反应把HCO、CO完全转化为沉淀，称量干燥沉淀的质量，由此计算混合物中w(Na2CO3)。 (1)量取100 mL配制好的溶液于烧杯中，滴加足量沉淀剂，把溶液中HCO、CO完全转化为沉淀，应选用的试剂是________(填字母)。 A．CaCl2溶液 B．MgSO4溶液 C．NaCl溶液 D．Ba(OH)2溶液 (2)过滤，洗涤沉淀，判断沉淀是否洗净的方法是_______________________________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (3)将所得沉淀充分干燥，称量沉淀的质量为m g，由此可以计算w(Na2CO3)。如果此步中，沉淀未充分干燥就称量，则测得w(Na2CO3)________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。 方案二：气体法。某同学用下列实验流程测定。 按如图所示装置进行实验： (1)在装置C中装碱石灰来吸收净化后的气体，装置D的作用是_______________________。 (2)有的同学认为，为了减小实验误差，应在反应前后都通入N2，反应后通入N2的目的是________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 方案三：滴定法。量取25.00 mL配制好的溶液加入锥形瓶中，滴加2滴酚酞溶液，摇匀，用0.200 0 mol·L－1盐酸滴定到终点(已知终点时反应H＋＋CO===HCO恰好反应完全)。重复此操作2次，消耗盐酸的平均体积为20.00 mL。 (1)量取25.00 mL配制好的溶液，应选择________仪器来完成。 (2)判断滴定终点的依据是_________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (3)此法测得w(Na2CO3)＝________。 答案：方案一：(1)D　(2)取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加Na2SO4溶液，如无沉淀，则沉淀已洗净，反之则未洗净　(3)偏小 方案二：(1)吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，减小实验误差　(2)将装置A、B中残留的CO2全部赶入装置C中 方案三：(1)碱式滴定管(或移液管)　(2)滴入最后半滴盐酸时，溶液由红色变为浅红(接近无色)，且30 s内不恢复　(3)84.8% 解析：方案一：(1)Ba(OH)2溶液与两种离子都可以形成沉淀，D正确。(2)判断沉淀是否洗净的方法是检验洗涤液中是否含有Ba2＋。(3)所得沉淀未充分干燥就称量，则产生的沉淀质量偏大。由于等质量时NaHCO3产生的沉淀质量大，因此测得w(Na2CO3)偏小。 方案三：(1)Na2CO3、NaHCO3的溶液显碱性，应选择碱式滴定管或移液管。(2)加酚酞溶液显红色，恰好反应时溶液为NaHCO3。(3)当达到滴定终点时，发生反应：H＋＋CO===HCO；25.00 mL配制好的溶液中含有的n(HCl)＝n(Na2CO3)＝0.200 0 mol·L－1×0.02 L＝0.004 mol，则250 mL溶液中含有Na2CO3的物质的量n(Na2CO3)＝0.004 mol×＝0.04 mol，其质量m(Na2CO3)＝0.04 mol×106 g·mol－1＝4.24 g，w(Na2CO3)＝×100% ＝84.8%。 1．为精确测定工业纯碱中碳酸钠的质量分数(含少量NaCl)，准确称量W g样品进行实验，下列实验方法所对应的实验方案和测量数据合理的是(　　) 选项 实验方法 实验方案 测量数据 A 滴定法 将样品配成100 mL溶液，取10 mL，加入酚酞，用标准盐酸滴定 消耗盐酸的体积 B 量气法 将样品与盐酸反应，生成的气体全部被碱石灰吸收 碱石灰增加的质量 C 重量法 将样品放入烧瓶中，置于电子天平上，加入足量盐酸 减少的质量 D 量气法 将样品与盐酸反应，气体通过排水量气装置量气 排出水的体积 答案：A 解析：用酚酞作指示剂时，Na2CO3与盐酸发生反应Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O，依据消耗盐酸的量可以计算出样品中Na2CO3的量，进而确定样品中Na2CO3的质量分数，A项正确；测量碱石灰增重的方法是重量法而不是量气法，B项错误；样品中加入足量盐酸，因盐酸的质量未知，无法通过重量法测量Na2CO3的质量，C项错误；因部分CO2能溶解到水里，与水反应生成H2CO3，故排出水的体积并不是CO2的体积，D项错误。 学生用书↓第14页 2．(2023·天津南开统考一模)下列实验方案中，不能测定出Na2CO3和NaHCO3的混合物中Na2CO3质量分数的是(　　) A．取a g混合物充分加热，质量减少b g B．取a g混合物与足量稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得到b g固体 C．取a g混合物与足量Ba(OH)2溶液充分反应，过滤、洗涤、烘干，得到b g固体 D．取a g混合物与足量稀硫酸充分反应，逸出气体用碱石灰吸收，质量增加b g 答案：D 解析：只有碳酸氢钠加热分解，由差量法可计算碳酸氢钠的质量，然后再计算碳酸钠的质量分数，能够测出混合物中碳酸钠的质量分数，故A不选；加热后b g固体为氯化钠的质量，设碳酸钠的物质的量为x mol、碳酸氢钠的物质的量为y mol，则106x＋84y＝a，2x＋y＝，解方程计算出a、b，然后可计算出混合物中碳酸钠的质量分数，故B不选；碳酸钠和碳酸氢钠均能与Ba(OH)2反应生成碳酸钡沉淀，结合B项分析，也可以计算出混合物中碳酸钠的质量分数，故C不选；a g混合物与足量稀硫酸充分反应，逸出气体主要是二氧化碳和水，所以质量增加b g，为两种气体的质量，故无法求出混合物中碳酸钠的质量分数，故D选。 课时测评3　侯氏制碱法与Na2CO3含量的测定 (时间：45分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－7题，每题10分，第8题30分，共100分) 1．(2023·天津市和平区高三模拟)侯德榜是我国杰出的化学家，“侯氏制碱法”的创始人。反应：NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NH4Cl＋NaHCO3↓，是“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(　　) A．小韩同学说：该条件下NaHCO3的溶解度较小 B．小韦同学说：NaHCO3不是纯碱 C．小羊同学说：析出NaHCO3固体后的溶液中只含氯化铵，可做化肥 D．小任同学说：该反应是在饱和食盐水中先通入氨气，再通入二氧化碳 答案：C 解析：反应中只有碳酸氢钠沉淀生成，所以该条件下NaHCO3的溶解度较小，首先达到饱和析出，故A正确；纯碱是Na2CO3，NaHCO3是小苏打，故B正确；析出NaHCO3固体后的溶液仍是NaHCO3的饱和溶液，含氯化铵、NaHCO3等，故C错误；在饱和食盐水中先通入氨气使溶液呈碱性，再通入二氧化碳，增大二氧化碳的溶解度，故D正确。 2．侯氏制碱法以NaCl、NH3、CO2为原料制取纯碱，将制碱技术发展到一个新的水平。下列实验室模拟侯氏制碱法制取纯碱的步骤对应的装置或操作不正确的是(　　) A.制取NH3 B.制取NaHCO3 C.过滤NaHCO3固体 D.灼烧分解NaHCO3 答案：D 解析：实验室利用氯化铵和氢氧化钙共热可制备氨气，上述实验装置科学合理，A不符合题意；利用碳酸氢钠的溶解度较小的性质，向饱和食盐水中先后通入氨气、二氧化碳来制备碳酸氢钠晶体，装置和操作无误，B不符合题意；碳酸氢钠晶体析出后，利用过滤步骤从混合物中分离出来，过滤操作无误，C不符合题意；灼烧碳酸氢钠可转化为纯碱，但实验室加热碳酸氢钠时试管口需略向下倾斜，否则可能会有水蒸气回流到试管底部引起炸裂，D符合题意。 3．实验室用下列装置模拟侯氏制碱法制取少量NaHCO3固体，不能达到实验目的的是(　　) A．装置Ⅰ制取CO2 B．装置Ⅱ中Na2CO3溶液可除去CO2中的少量HCl C．装置Ⅲ中冰水浴有利于析出NaHCO3固体 D．装置Ⅳ可获得少量NaHCO3固体 答案：B 解析：在装置Ⅰ中稀盐酸与碳酸钙反应生成氯化钙、二氧化碳和水，可制取CO2，A正确；装置Ⅱ中的Na2CO3溶液可与二氧化碳反应，B错误；装置Ⅲ中冰水浴使温度降低，有利于析出NaHCO3固体，C正确；利用装置Ⅳ通过过滤可获得少量NaHCO3固体，D正确。 4．实验室可通过沉淀重量法测定样品纯度，按如图装置测定纯碱(含少量NaCl)的纯度，下列说法正确的是(　　) A．装置A中试剂应为浓硫酸，C中试剂应为BaCl2溶液 B．在B、C之间应增添盛有饱和NaHCO3溶液的洗气装置，以除去氯化氢气体 C．只要测定装置C在吸收CO2前后的质量差，就可以确定碳酸钠的质量分数 D．反应结束后，需经过过滤、洗涤、干燥、称量等操作测定装置C中沉淀质量 答案：D 解析：为了防止空气中的二氧化碳对实验的影响，需先通过装置A吸收空气中的二氧化碳，则装置A中的试剂为NaOH溶液，C中的试剂应能与二氧化碳反应生成沉淀，应为Ba(OH)2溶液，故A错误；若B、C之间添加饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，挥发出的HCl气体会和NaHCO3反应生成CO2气体，对测定纯碱纯度会有影响，故B错误；盐酸易挥发，B中可能有HCl、H2O进入C中，不能通过测定C的质量差来确定CO2的质量，应通过测量C中产生的沉淀质量来确定碳酸钠的质量分数，故C错误；沉淀表面可能附着少量水分和溶于水的杂质，应经过过滤、洗涤、干燥、称量等操作测定装置C中沉淀质量，故D正确。 5．我国化学家侯德榜根据NaHCO3溶解度比NaCl、Na2CO3、NH4HCO3、NH4Cl都小的性质，利用CO2＋NH3＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl的反应原理制备纯碱。下面是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．气体A是NH3，气体B是CO2 B．把纯碱及第Ⅲ步得到的晶体与某些固体酸性物质(如酒石酸)混合可制得发酵粉 C．纯碱可广泛地用于玻璃、制皂、造纸、纺织等工业中 D．第Ⅳ步操作是将晶体溶于水后加热、蒸发、结晶 答案：D 解析：因NH3极易溶于水，而CO2在水中的溶解度不大，为增大CO2的溶解度，应向氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳气体，析出碳酸氢钠，加热碳酸氢钠制备纯碱，则气体A为氨气，气体B为二氧化碳，故A正确；第Ⅲ步得到的晶体为碳酸氢钠，纯碱和碳酸氢钠与某些固体酸性物质(如酒石酸)混合遇水后可产生CO2气体，因此可用于制发酵粉，故B正确；碳酸钠是重要的化工原料之一，用途广泛，是制玻璃、肥皂、洗涤剂、香料、染料、药品等的重要原料，故C正确；第Ⅳ步操作是将碳酸氢钠直接加热分解得到碳酸钠固体，故D错误。 6．(2023·江苏模拟预测)实验室利用下图装置模拟侯氏制碱法制备NaHCO3，下列说法正确的是(　　) A．实验时应先打开活塞a后打开活塞b B．装置B中应盛放饱和Na2CO3溶液以除去HCl杂质 C．一段时间后，装置C中可观察到白色晶体析出 D．装置E主要为了吸收多余的CO2 答案：C 解析：氨气极易溶于水，使溶液显碱性，可以吸收更多二氧化碳，故先通入氨气再通入二氧化碳，通过饱和碳酸氢钠溶液除去二氧化碳中的氯化氢后，反应生成溶解度较小的碳酸氢钠晶体析出；由分析可知，实验时应先打开活塞b通入氨气，后打开活塞a通入二氧化碳，A错误；二氧化碳能和碳酸钠溶液反应，装置B中应盛放饱和NaHCO3溶液以除去HCl杂质，B错误；反应生成溶解度较小的碳酸氢钠晶体析出，故一段时间后，装置C中可观察到白色晶体析出，C正确；氨气有毒，装置E主要为了吸收多余的氨气，D错误。 7．(2023·上海市高三模拟)侯氏制碱法的主要工艺流程如下图所示。下列说法错误的是(　　) A．气体1、气体2分别为CO2、NH3 B．溶液2中，含碳微粒主要是HCO C．循环利用溶液3提高了NaCl的利用率 D．索尔维制碱法总反应为2NaCl＋CaCO3===Na2CO3＋CaCl2 答案：B 解析：固体1是碳酸氢钠，在煅烧炉中分解生成碳酸钠、二氧化碳和水，因此气体1为二氧化碳，溶液1为氯化铵和碳酸氢钠，加入氨气，增大铵根离子浓度，有利于氯化铵析出，因此气体2为NH3，故A正确；溶液1为氯化铵和碳酸氢钠，加入氨气，碳酸氢钠和氨气反应生成碳酸钠、碳酸铵，因此溶液2中，含碳微粒主要是CO，故B错误；溶液3中含有NaCl，循环利用溶液3提高了NaCl的利用率，故C正确；索尔维制碱法总反应是氯化钠和碳酸钙反应生成碳酸钠和氯化钙：2NaCl＋CaCO3===Na2CO3＋CaCl2，故D正确。 8．(30分)(2023·辽宁朝阳市校联考二模)1943年我国化工专家侯德榜创立了“侯氏制碱法”，提高了氯化钠的利用率，利用了水煤气厂的废气氨气，具有环保、节能效果。 (1)“侯氏制碱法”以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3，进而生产出纯碱。碳酸氢铵与饱和食盐水反应，能析出碳酸氢钠晶体的判断依据是________(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，在溶液中首先结晶析出 (2)在实验室里甲同学做完氨喷泉实验的溶液配成含氨的饱和食盐水，向其中通入二氧化碳，以制备碳酸氢钠，实验装置如下图a所示(图中夹持、固定用的仪器未画出)。 ①丁装置中稀硫酸的作用是_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②实验结束后，分离出NaHCO3晶体的操作是______________(填分离操作的名称)。 (3)实验室里乙同学利用图b装置和现有仪器结合所学的知识，减少加热分解碳酸氢钠的步骤，用实验室剩余NaOH溶液制备碳酸钠溶液。请回答下列问题： ①要完成制备实验，除图b装置中的仪器外还必需的仪器是________。 ②写出最后一步在试管中生成碳酸钠的离子反应方程式为__________________。 ③实验准备就绪后，先打开活塞3，关闭活塞2，再打开活塞1(根据需要可关开)。一段时间后，应该________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ (填具体操作)。则Y可以是________。 ④该实验设计有不妥之处，排除混有NaOH或NaHCO3杂质外，还可能在制备的碳酸钠溶液中混有其他杂质，则该杂质及其产生的原因分别是____________________________________ _______________________________________________________________________________。 (4)利用“双指示剂”滴定方法测定纯碱组成和含量。取一定量的纯碱配成溶液，用盐酸滴定纯碱溶液得到图c曲线，若纯碱中含有的杂质为碳酸氢钠，则数据符合________(用V1、V2大小关系表示)。 答案：(1)C　(2)①吸收未反应的NH3，防止污染空气　②过滤　(3)①量筒　②HCO＋OH－===CO＋H2O　③关闭活塞3，打开活塞2　煤油或苯　④因挥发出来的HCl没有除去，易生成NaCl杂质　(4)V2>2V1 解析：工业上“侯氏制碱法”是在饱和食盐水中依次通入氨气和二氧化碳，由于氨气在水中的溶解度大， 所以先通入氨气，通入足量的氨气后再通入二氧化碳，生成了碳酸氢钠，由于碳酸氢钠的溶解度较小，所以溶液中有碳酸氢钠晶体析出，将碳酸氢钠晶体加热后得纯碱碳酸钠。(1)碳酸氢钠是钠盐，易溶于水，故不选A；碳酸氢钠受热易分解，与其在溶液中首先结晶析出无关，故不选B；碳酸氢钠的溶解度相对于氯化铵来说更小一些，所以在溶液中首先结晶析出，故选C。(2)①氨气易挥发，丁装置中稀硫酸的作用是吸收未反应的NH3，防止污染空气。②实验结束后，NaHCO3结晶析出，分离出NaHCO3晶体的操作是过滤。(3)①NaOH与足量CO2很容易转化为NaHCO3溶液，NaHCO3转化为碳酸钠发生反应NaOH＋NaHCO3===Na2CO3＋H2O，NaHCO3～NaOH，所以需要将NaOH分为两等份，除图b装置中的仪器外还必需的仪器是量筒。②最后一步氢氧化钠和碳酸氢钠反应生成碳酸钠，反应的离子反应方程式为HCO＋OH－===CO＋H2O。③先将足量CO2通入右侧试管中，制备NaHCO3溶液，然后再将烧瓶中的小试管里的NaOH排到烧杯中与先生成的NaHCO3发生反应。因此操作是关闭活塞3，打开活塞2，为防止CO2溶解于烧瓶中试管内的NaOH，用油封的方法，即Y为煤油(或苯)。④图b的设计中制CO2所用的盐酸挥发，HCl未除去，与NaOH易生成杂质氯化钠。(4)若只有碳酸钠，加入V1 mL盐酸发生反应CO＋H＋===HCO，加入V1～V2 mL盐酸发生反应HCO＋H＋===H2O＋CO2↑，则2V1＝V2，若纯碱中含有的杂质为碳酸氢钠，则数据符合2V1<V2。 学科网（北京）股份有限公司 $$