2022年高二化学选修2寒假学业分层测评：03走进化学工业 Word版含解析

学业分层测评(三)

(建议用时：45分钟)

[学业达标]

1．反应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(　　)

【解析】　析出NaHCO3后的溶液为NaHCO3的饱和溶液。

【答案】　C

2．1892年比利时人索尔维以NaCl、CO2、NH3、H2O为原料制得了纯净的Na2CO3，该法又称氨碱法，其主要生产流程如下：

下列有关说法中不正确的是(　　)

A．从理论上看，循环生产时不需要再补充NH3

B．从绿色化学原料充分利用的角度看，该方法有两个明显的缺陷是：氯化钠未能充分利用和产生CaCl2废弃物

C．氨碱法生产过程中将NH4Cl作为一种化工产品，不再生产NH3来循环使用

D．从理论上看，每再生产1 mol Na2CO3，再补充的物质及其物质的量分别是2 mol NaCl和1 mol CO2

【解析】　工业制碱的原理涉及反应：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。索尔维法用生成的氯化铵制备氨气，将氯化铵进行了循环利用，所以从理论上讲，是不需要补充氨的。但是在生产过程中，NaCl母液被弃去，氯化铵制备氨气生成了无用的氯化钙，这两点是索尔维法的缺陷。根据反应关系式及原子守恒，从理论上看每生产1 mol Na2CO3，再补充的物质及其物质的量分别是2 mol NaCl和1 mol CO2。

【答案】　C

3．我国化工专家侯德榜根据NaHCO3溶解度比NaCl、Na2CO3、NH4HCO3、NH4Cl溶解度都小的性质，运用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：

气体A的饱和溶液A和食盐的饱和溶液悬浊液晶体,Ⅳ纯碱

则下列叙述错误的是(　　)

A．A气体是NH3，B气体是CO2

B．第Ⅲ步得到的晶体是发酵粉的主要成分

C．第Ⅲ步操作用到的主要玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒

D．第Ⅳ步操作的主要过程有溶解、蒸发、结晶

【解析】　侯氏制碱法是先制得氨化的饱和食盐水，再往其中通入CO2(即往饱和食盐水中依次通入足量的NH3、CO2，不能依次通入CO2、NH3，因为NH3在水中的溶解度远远大于CO2的溶解度，先将溶液氨化后，吸收CO2的效果更好)，第Ⅱ步即得到NaHCO3悬浊液，第Ⅳ步应将NaHCO3加热分解，以得到Na2CO3。

【答案】　D

4．在制小苏打(NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl)的操作中，应在饱和食盐水中(　　)

A．先通入CO2，达到饱和后再通入NH3

B．先通入NH3，达到饱和后再通入CO2

C．CO2和NH3同时通入

D．以上三种方法都行

【解析】　CO2在NaCl溶液中溶解度小，先通NH3溶液呈碱性，能溶解大量的CO2，生成大量的HCO，从而析出大量的NaHCO3晶体。

【答案】　B

5．纯碱和小苏打是厨房中两种常见的用品，它们都是白色固体，下列区分这两种物质的方法中正确的是(　　)

A．分别用砂锅加热两种样品，全部分解挥发没有残留物的是小苏打

B．用洁净铁丝蘸取两种样品在煤气火焰上灼烧，使火焰颜色发生明显变化的是小苏打

C．用两只小玻璃杯，分别加入少量的两种样品，再加入等量的食醋，产生气泡快的是小苏打

D．先将两样品配成溶液，分别加入澄清石灰水，无白色沉淀生成的是小苏打

【解析】　小苏打NaHCO3分解生成Na2CO3、H2O和CO2，有Na2CO3残留，A项错误；纯碱和小苏打的火焰颜色均为黄色，B项错误；二者的溶液中分别加入澄清石灰水，均有CaCO3沉淀生成，D项错误。

【答案】　C

6．下面是几种物质在指定温度下的溶解度(g/100H2O)

工业上将相同物质的量的NaCl、CO2、NH3在30 ℃时配成溶液，此时溶液中无晶体。当降温至某温度时，开始析出晶体，此晶体是(　　)

A．NH4Cl　　　　　　　　 B．NH4HCO3

C．NaHCO3  D．NaCl

【解析】　在配成的混合溶液中，由于CO2和NH3发生反应：CO2＋H2O＋NH3===NH＋HCO，溶液中存在的离子有Na＋、Cl－、NH、HCO。从30 ℃时降温，溶解度小的物质将析出。据表中数据可知：随温度的降低，NaHCO3的溶解度始终保持最小，故析出的物质应是NaHCO3。

【答案】　C

7.把NH4Cl从几乎饱和NaHCO3溶液中分离出来是联合制碱法中的关键。为此，应向混合溶液中通入某种气体，同时加入磨细的食盐，可析出不含NaHCO3的NH4Cl。NH4Cl和NaCl共同存在时的溶解度曲线如图所示，下列操作正确的是(　　)

【解析】　析出NH4Cl应选择NH4Cl的溶解度很小的范围，即0～10 ℃，同时通入NH3以增大溶液中NH的浓度，利于NH4Cl的析出。

【答案】　D

8．工业上常用氨碱法制取Na2CO3，将NH3和CO2先后通入饱和食盐水而析出小苏打，再经过滤、煅烧得纯碱。但却不能用此方法制取K2CO3，其主要原因是(　　)

A．KHCO3溶解度较大

B．KHCO3溶解度较小

C．K2CO3溶解度较小

D．K2CO3溶解度较大

【解析】　一般金属的碳酸氢盐的溶解度大于其碳酸盐的溶解度。钾盐就符合这一规律。

【答案】　A

9．下列说法中不正确的是(　　)

A．用联合制碱法制造纯碱和氯化铵，原料的利用率高，全然不必考虑环境保护的问题

B．化工生产技术始终是在不断创新中发展，侯氏制碱法也还需要改进

C．社会对纯碱的需求是纯碱生产技术创新发展的原动力

D．纯碱生产技术的再创新需要多门学科、多种技术的协同作用

【解析】　化工生产一般都会产生污染物，要科学地评价纯碱生产技术及其他化工生产技术。

【答案】　A

10．1791年，法国医生路布兰首先获得制碱专利，以食盐、浓硫酸、石灰石、煤为原料制碱，该方法分三步：

①用NaCl与浓H2SO4反应制Na2SO4：

2NaCl＋H2SO4(浓)Na2SO4＋2HCl↑

②用焦炭还原Na2SO4制Na2S：

Na2SO4＋2CNa2S＋2CO2↑

③用硫化钠与石灰石反应制Na2CO3：

Na2S＋CaCO3Na2CO3＋CaS

下列说法正确的是(　　)

A．第②③两步都是氧化还原反应

B．只有第②步是氧化还原反应

C．该方法对生产设备基本没有腐蚀

D．该方法成本较低

【解析】　依据氧化还原反应是有化合价变化的反应可知，只有第②步是氧化还原反应，故A错，B对；该生产中产生HCl，对生产设备严重酸蚀；该方法具有原料利用不充分、成本较高等特点，故C、D错。

【答案】　B

[能力提升]

11．1892年，比利时人索尔维以NaCl、CO2、H2O、NH3为原料生产Na2CO3，叫索尔维法。其主要步骤是：

①在NH3饱和的NaCl溶液中通入CO2制得NaHCO3；

②再将NaHCO3焙烧制得纯碱，CO2循环使用；

③在析出小苏打的母液中加入生石灰，生成的NH3循环使用。1940年，我国著名化工专家侯德榜先生，冲破了索尔维法的技术封锁，并加以改进，用NaCl固体代替生石灰，加入母液使NH4Cl晶体析出，生产出纯碱和氯化铵。这便是举世闻名的侯氏制碱法。 

试回答：

(1)在氨饱和的NaCl溶液中通入CO2的两步反应方程式为

____________________________________________________

____________________________________________________。

(2)不能在NaCl溶液中通入CO2制NaHCO3的原因是

____________________________________________________

____________________________________________________。

(3)析出小苏打的母液中加入生石灰的反应方程式是

____________________________________________________

____________________________________________________。

(4)侯氏制碱法与索尔维法相比，其优点是

____________________________________________________

____________________________________________________

____________________________________________________。

【解析】　通入氨气后，氨气在水溶液中发生反应：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－；再通入CO2后发生反应CO2＋OH－===HCO，可以使溶液中HCO的浓度变大，由于NaHCO3溶解度较小，所以可析出NaHCO3晶体；母液中含有NH4Cl，加入生石灰可生成NH3和CaCl2。副产品NH4Cl可用作肥料；析出NH4Cl的母液循环使用，提高NaCl利用率；不生成CaCl2。

【答案】　(1)NH3＋H2O＋CO2===NH4HCO3，

NH4HCO3＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓

(2)H2CO3的酸性比盐酸的弱，CO2与NaCl不反应

(3)2NH4Cl＋CaO===CaCl2＋H2O＋2NH3↑

(4)使NH4Cl析出，可作氮肥；不生成CaCl2；原料NaCl充分利用

12．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。

A____________；B____________。

(2)工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是____________。碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因是____________。

(3)碳酸化后过滤，滤液D最主要的成分是__________(填化学式)，检验这一成分的阴离子的具体方法是：

____________________________________________________

____________________________________________________。

(4)氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D加入石灰水加热产生氨气。加石灰水后发生反应的离子方程式为

____________________________________________________。

(5)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)。

【解析】　(1)根据沉淀剂A的来源，可知A可能是CaO或Ca(OH)2。B的作用是用来除去加入的过量沉淀剂，为不引入新的杂质则选用Na2CO3。

(2)氨化后的氯化钠溶液中通入CO2酸化，因为在氨气的作用下会产生碳酸氢钠：NaCl＋NH3＋H2O＋CO2===NaHCO3↓＋NH4Cl，由于NaHCO3的溶解度较小，从溶液中析出。

(3)滤液中含有NH4Cl，Cl－的检验通常是用硝酸酸化的AgNO3溶液，若能产生白色沉淀，即可证明Cl－的存在。

(5)设样品质量为m1，加热后固体质量为m2。

2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑　Δm

168                                  62

x                                    m1－m2

x＝84(m1－m2)/31

则NaHCO3的质量分数为：w(NaHCO3)＝84(m1－m2)/31m1。

【答案】　(1)Ca(OH)2(或CaO)　Na2CO3

(2)有晶体析出(或出现浑浊)　碳酸钠的溶解度比碳酸氢钠大

(3)NH4Cl　取样，加硝酸酸化，加硝酸银溶液，若有白色沉淀，证明该阴离子是氯离子

(4)NH＋OH－NH3↑＋H2O

(5)w(NaHCO3)＝(m1表示反应前样品的质量，m2表示加热后固体的质量)

13．我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，探索出了一种生产纯碱的方法，其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)沉淀池中发生反应的化学方程式是

____________________________________________________

____________________________________________________。

(3)写出上述流程中X物质的分子式为________。

(4)从沉淀池中取出沉淀的操作叫_____________________。

(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的浓度，使NH4Cl更多地析出

b．使NaHCO3更多地析出

c．使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出NH4Cl的纯度

【解析】　将NH3和CO2两种气体通入NaCl溶液后，发生化学反应：

NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl

NaHCO3溶解度较小，结晶析出；NH4Cl溶解度较大，留在母液中；溶液里还有未反应的NaCl和未结晶的NaHCO3。从母液中提取NH4Cl后，含有NaCl和NaHCO3的溶液循环到沉淀池中再次利用，这样就大大提高了氯化钠的利用率。

NaHCO3在煅烧炉中发生化学反应2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。生成的CO2循环到沉淀池中再次利用。

含NH4Cl、NaHCO3、NaCl的母液中通入NH3后，发生反应NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，这样有利于NH4Cl的析出和NaHCO3转化为Na2CO3。

【答案】　(1)侯德榜制碱法(或联合制碱法)　用做农作物的化肥(其他合理的答案亦可)

(2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl

(3)CO2　(4)过滤

(5)硝酸酸化的硝酸银溶液

(6)ac

14．某化学课外活动小组欲制取纯Na2CO3溶液并讨论实验过程中的相关问题。可供选择的试剂有：

A．大理石　　　　　 B．盐酸

C．氢氧化钠溶液  D．澄清石灰水

三名同学设计的制备实验方案的反应流程分别如下：

甲：NaOH溶液Na2CO3溶液

乙：NaOH溶液NaHCO3溶液Na2CO3固体Na2CO3溶液

丙：NaOH溶液NaHCO3溶液Na2CO3溶液

请回答下列问题：

(1)请指出甲、乙两方案的主要缺点：

甲方案：____________________________________________________；

乙方案：____________________________________________________。

(2)若采用丙方案制取纯Na2CO3溶液，其实验的关键有______________。

(3)假设反应③所得的NaHCO3溶液中含Na2CO3。现要利用A～D四种试剂证明Na2CO3的存在，你所选择的试剂有________(填字母)。

(4)假设反应②所得的Na2CO3固体中混有未分解的NaHCO3。乙同学选择澄清石灰水测定其中NaHCO3的质量分数，乙同学能否达到实验目的________(填“能”或“不能”)。若能，请说明计算所需的数据；若不能，请简要说明理由：

____________________________________________________

____________________________________________________。

【解析】　(2)丙方案制取Na2CO3的原理为：NaOH＋CO2===NaHCO3，NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O。所以实验的关键是首先向NaOH溶液中通入足量CO2，使之转化为NaHCO3，发生两个反应的NaOH的量要相同。

(3)检验NaHCO3溶液中的Na2CO3不能用澄清石灰水，因为二者都可生成CaCO3沉淀，所选试剂的检验原理为：

CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑，CaCl2＋Na2CO3=== CaCO3↓＋2NaCl，CaCl2与NaHCO3不反应。

(4)使Na2CO3、NaHCO3全部与Ca(OH)2反应生成CaCO3沉淀，称量出固体样品的质量和CaCO3的质量就可列方程组求解。

【答案】　(1)CO2的通入量不易控制　过程烦琐，操作复杂　(2)反应③应充分进行，反应③与④所用NaOH溶液的体积应相等　(3)AB　(4)能　固体样品的质量和沉淀的总质量