侯氏制碱法

侯氏制碱法

君何以知燕王句式-华为介绍

2023年2月22日发(作者：世茂香槟湖)

1

侯氏制碱法

NH

3

与H

2

O和CO

2

反应生成一分子的NH

4

HCO

3

，这是第一步。第二步是：NH

4

HCO

3

与NaCl

反应生成一分子的NH

4

Cl和NaHCO

3

沉淀。根据NH

4

Cl在常温时的溶解度比NaCl大，而

在低温下却比NaCl溶解度小的原理，在278K～283K(5℃～10℃)时，向母液中加

入食盐细粉，而使NH

4

Cl单独结晶析出供做氮肥。

侯氏制碱法化学原理

总反应方程式：

NaCl+CO

2

+NH

3

+H

2

O=NaHCO

3

↓+NH

4

Cl（可作氮肥）

2NaHCO

3

=Na

2

CO

3

+H

2

O+CO

2↑

（CO

2

循环使用）(以加热作为反应条件)

(在反应中NaHCO

3

沉淀，所以这里有沉淀符号，这也正是这个方法的便捷之处）

即：①NaCl(饱和溶液)+NH

3

（先加）+H

2

O（溶液中）+CO

2

（后加）=NH

4

Cl+NaHCO

3

↓（NaHCO

3

能溶于水，但是侯氏制碱法向饱和氯化钠溶液中通入氨气，由于氯化钠溶液饱和，生成的

碳酸氢钠溶解度小于氯化钠，所以碳酸氢钠以沉淀析出）

（先添加NH

3

而不是CO

2

：CO

2

在NaCl中的溶解度很小，先通入NH

3

使食盐水显碱性(用无

色酚酞溶液检验)，能够吸收大量CO

2

气体，产生高浓度的HCO

3

-,才能析出NaHCO

3

晶体。）

2NaHCO

3

（加热）=Na

2

CO

3

+H

2

O+CO

2

↑

侯氏制碱法优点

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

4

Cl可做氮肥(氮

肥不可与碱性物质混用，但可用草木灰检验其纯度)[2]；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，减少可能造成的环境污染。

两个循环：

一：2NaHCO

3

=Na

2

CO

3

+H

2

O+CO

2↑

（CO

2

循环使用）(以加热作为反应条件)

二：向母液中加入食盐细粉，从而使NH

4

Cl单独结晶析出供做氮肥。

第二个循环的具体操作：

①通入氨气，冷却后，加入NaCl，使得NH

4

Cl沉淀。过滤后，得到较纯净的NH

4

Cl晶体（产

物），滤液为饱和食盐水（含有氨气分子），经处理后方可回到第一步循环利用；

②不通氨气，冷却后，加入NaCl，使得NH

4

Cl沉淀。过滤后，得到NH

4

Cl晶体（产物），滤

液为饱和食盐水，可直接回到第一步循环利用。

原理：低温时，氯化铵的溶解度低于氯化钠的溶解度，而由于之前加入氯化钠（氨气）使得

氯离子（铵根离子）浓度提高，所以再根据勒夏特列原理，氯化铵将最先析出。

侯氏制碱法不足之处

侯氏联合制碱法也存在不足。较氨碱法而言，它的用氨量较大，在有些情况下不适用。

例11892年比利时人索尔维以NaCl、CO

2

、NH

3

、H

2

O为原料制得了纯净的Na

2

CO

3

，该法

又称氨碱法，其主要生产流程如下：

（1）从理论上看，循环生产是否需要再补充NH

3

。

（2）从绿色化学原料的充分利用的角度看，该方法有二个明显的缺陷是：

a；b。

2

我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，创造了侯德榜制碱法又叫联碱法，生产流程可

简要表示如下：

该法是将合成氨工厂生产的NH

3

及副产品CO

2

，再与饱和食盐水反应……。该法与氨碱法不

同之处有二点：

（3）①。

②。

（4）从理论上看，每再生产1molNa

2

CO

3

，再补充的物质及其物质的量分别

是。

【答案】：

（1）不需要

（2）a．氯化钠未能充分利用；b．产生CaCl

2

废弃物

（3）①将NH

4

Cl作为一种化工产品，不再生产NH

3

循环使用；

②对分离出NaHCO

3

和NH

4

Cl后含NaCl的溶液循环使用。

（4）补充2molNaCl；2molNH

3

；1molCO

2

例2我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业作出了突出贡献。以NaCl、NH

3

、

CO

2

等为原料先制得NaHCO

3

，进而生产出纯碱。有关反应的化学方程式为：NH

3

＋CO

2

＋

H

2

O===NH

4

HCO

3

；NH

4

HCO

3

＋NaCl===NaHCO

3

↓＋NH

4

Cl；2NaHCO

3

=====

△

Na

2

CO

3

＋CO

2

↑＋H

2

O。

【探究实例】

Ⅰ.原理分析

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，在溶液中首先结晶析出

Ⅱ.实验探究

(1)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)。

回答下列有关问题：

①乙装置中的试剂是____________；

②丁装置中稀硫酸的作用是____________；

③实验结束后，分离出NaHCO

3

晶体的操作是________(填分离操作的名称)。

(2)另一位同学用图中戊装置(其他装置未画出)进行实验。

3

①实验时，须先从______________管通入________________气体，再从________________

管中通入________________气体。

②有同学建议在戊装置的b导管下端连接己装置，理由是

________________________________________________________________________。

(3)请再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

【解析】Ⅱ.(1)甲装置是CO

2

的发生装置，由于盐酸易挥发，故生成的CO

2

气体中会含有

HCl气体，乙装置的作用是除去CO

2

中的HCl气体，所以乙装置中的试剂是饱和碳酸氢钠溶

液，丙是制备碳酸氢钠的发生装置，丁的作用是吸收多余的NH

3

，防止其污染环境。从溶液

中分离出NaHCO

3

晶体的方法是过滤。

(2)实验时必须制取含氨的饱和NaCl溶液，然后使之与CO

2

反应。因为NH

3

极易溶于水，CO

2

在水中的溶解度不大，故先从a导管通入NH

3

，后从b导管通入CO

2

。己装置中有多孔球泡，

增大CO

2

气体与溶液的接触面积，提高了CO

2

在溶液中的吸收率。

(3)此题是开放性试题，制备少量碳酸氢钠的方法：①用碳酸氢铵与适量的饱和食盐水反应；

②往烧碱溶液中通入过量CO

2

；③往饱和Na

2

CO

3

溶液中通入过量CO

2

等。

【答案】Ⅰ.cⅡ.(1)①饱和碳酸氢钠溶液②吸收未反应的NH

3

③过滤(2)①a

NH

3

bCO

2

②增大CO

2

气体与溶液接触的面积，提高CO

2

在溶液中的吸收率

(3)往烧碱溶液中通入过量CO

2

(或往饱和Na

2

CO

3

溶液中通入过量CO

2

等)

例3我国制碱工业的先驱—侯德榜先生，1939年发明了著名的侯氏制碱法，其核心反应原

理可用如下化学方程式表示：NH

3

+CO

2

+NaCl+H

2

ONH

4

Cl+NaHCO

3

（晶体）,

依据此原理，欲制得碳酸氢钠晶体，某校学生设计了如下实验装置，其中B装置中的试管内

是溶有氨和氯化钠的溶液，且二者均已达到饱和。

（1）A装置中所发生反应的离子方程式为________________________。

C装置中稀硫酸的作用为___________________________________________。

（2）下表中所列出的是相关物质在不同温度下的溶解度数据（g/100g水）

温度

溶

解

盐度

0℃10℃20℃30℃40℃50℃

NaCl35.735.836.036.336.637.0

NaHCO

3

6.98.19.611.112.714.5

NH

4

Cl29.433.337.241.445.850.4

参照表中数据，请分析B装置中使用冰水的目的是______________________。

（3）该校学生在检查完此套装置气密性后进行实验，结果没有得到碳酸氢钠晶体，指导教

师指出应在_____________装置之间（填写字母）连接一个盛有___________的洗气装置，其

作用是_____________________________________。

4

（4）若该校学生进行实验时，所用饱和食盐水中含NaCl的质量为5.85g，实验后得到干燥

的NaHCO

3

晶体的质量为5.04g，则NaHCO

3

的产率为。

（1）CaCO

3

+2H+=Ca2++CO

2

↑+H

2

O；吸收从B装置中的试管内逸出的氨气，减少对环境的污

染

（2）温度越低，碳酸氢钠的溶解度越小，便于析出

（3）A与B；饱和NaHCO

3

溶液（其它合理答案均可给分）；除去CO

2

中混合的HCl气体（4）

60%

4、我国化学侯德榜（右图）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，副产品的一种用途为。

（2）沉淀池中发生的化学反应方程式是。

（3）写出上述流程中X物质的分子式。

（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

（填上述流程中的编号）的循环。从沉淀池中取出沉淀的操作是

（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。

（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

有。

（a）增大NH

4

＋的浓度，使NH

4

Cl更多地析出

（b）使NaHCO

3

更多地析出

（c）使NaHCO

3

转化为Na

2

CO

3

，提高析出的NH

4

Cl纯度

（1）联合制碱法或侯德榜制碱法化肥或电解液或焊药等（其它合理答案均给分）

（2）NH

3

＋CO

2

＋H

2

O＋NaCl→NH

4

Cl＋NaHCO

3

↓

或NH

3

＋CO

2

＋H

2

O→NH

4

HCO

3

NH

4

HCO

3

＋NaCl→NaHCO

3

↓＋NH

4

Cl

（3）CO

2

（4）I过滤（5）稀硝酸和硝酸银溶液（6）ac

5.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

2

CO

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

NH

4

HCO

3

固体，加料完毕后，继续保温30分钟，静置、过滤得NaHCO

3

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，制得Na

2

CO

3

固体。

四种盐在不同温度下的溶解度（g/100g水）表

0℃10℃20℃30℃40℃50℃60℃

100

℃

NaCl35.735.836.036.336.637.037.339.8

NH

4

HCO

3

11.915.821.027.0

－①－－－

NaHCO

3

6.98.19.611.112.714.516.4

－

NH

4

Cl29.433.337.241.445.850.455.377.3

①＞35℃NH

4

HCO

3

会有分解

温度

溶解度

盐

5

请回答：

（1）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。

（2）加料完毕后，继续保温30分钟，目的是。静置后只析

出NaHCO

3

晶体的原因是。用蒸馏水洗涤NaHCO

3

晶

体的目的是除去杂质（以化学式表示）。

（3）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NH

4

Cl。

（4）测试纯碱产品中NaHCO

3

含量的方法是：准确称取纯碱样品Wg，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CO

3

2－＋H＋＝HCO

3

－反应的终点），所用HCl溶液体积为V

1

mL，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V

2

mL。写出纯碱

样品中NaHCO

3

质量分数的计算式：NaHCO

3

（％）＝

【答案】（1）NH

4

HCO

3

分解反应速率降低水浴加热

（2）使反应充分进行NaHCO

3

的溶解度最小NaClNH

4

ClNH

4

HCO

3

（3）NaHCO

3

NaClNH

4

ClNH

4

HCO

3

HCl（4）

%100

1000

)(

12





W

M

vvc

6、工业生产纯碱的工艺流程示意图如下：

完成下列填空：

1）粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质（沉淀剂A来源于石灰窑厂），写出A、B的化学式。

AB

2）实验室提纯粗盐的实验操作依次为：

取样、、沉淀、、、冷却结晶、、烘干。

3）工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现像是。

碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因是。

4）碳酸化后过滤，滤液D最主要的成分是（填写化学式），

检验这一成分的阴离子的具体方法是：。

5）氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D加入石灰水产生氨。加石灰水后所发生的

反应的离子方程式为：

滤液D加石灰水前先要加热，原因是。

6）产品纯碱中含有碳酸氢钠。如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯

碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为：

（注明你的表达式中所用的有关符号的含义）

6

6.在酸性条件下碘酸钾是一种较强的氧化剂，可与碘化物、亚硫酸盐等还原性物质反应。工

业生产碘酸钾的流程如下：

请回答下列问题：

(1)已知反应室Ⅰ发生的反应中，两种还原产物所得电子数相同，请写出该反应的化学方程

式：________________________________________________________________________。

(2)反应室Ⅰ需加热煮沸，其目的是：①加快反应速率，使反应物充分反应：

②______________________________，有利于反应向正方向进行。

(3)已知几种物质的溶解度见下表：

KClKH(IO

3

)

2

KClO

3

溶解度g/100g水(25℃)

20.80.87.5

溶解度g/100g水(80℃)

37.112.416.2

由上表数据分析可知，操作Ⅰ的名称为________________________________________。

(4)在反应室Ⅱ中加入KOH调节溶液的pH＝10，其目的是_________________________

________________________________________(用离子方程式表示)。

(5)某同学欲测定成品中碘酸钾的含量，设计了如下实验：

①准确称取1g样品，加适量蒸馏水使其完全溶解；

②用稀硫酸酸化上述所得溶液，加入过量KI溶液，充分搅拌；

③以淀粉为指示剂，逐滴加入2.0mol·L－1的Na

2

S

2

O

3

溶液，当蓝色刚好褪去时，消耗Na

2

S

2

O

3

溶液12.00mL，则成品中KIO

3

的质量分数为________________________

(已知：KIO

3

＋5KI＋3H

2

SO

4

===3K

2

SO

4

＋3I

2

＋3H

2

O，I

2

＋2Na

2

S

2

O

3

===2NaI＋Na

2

S

4

O

6

)。

【答案】(1)6I

2

＋11KClO

3

＋3H

2

O===6KH(IO

3

)

2

＋5KCl＋3Cl

2

↑(2)除去反应生成的Cl

2

(3)

冷却结晶、过滤(4)OH－＋H＋===H

2

O(5)85.6%