模擬工業(yè)制備純堿的實驗設計

1、    模擬工業(yè)制備純堿的實驗設計    陸麗潔+劉麗君摘要：為彌補中學化學教材中無相關實驗的缺陷，設計了三個模擬工業(yè)制備純堿和一個模擬聯(lián)合制堿法母液處理的實驗方案，旨在為工業(yè)制備純堿的實驗教學提供可選擇的參考素材和方法。關鍵詞：模擬實驗；工業(yè)制備純堿；實驗方案；侯氏制堿法：10056629（2014）1005203 ：g633.8 ：b純堿具有廣泛的用途，是重要的化工原料之一。上海高三拓展型教材第106108頁是氨堿法（索爾維制堿法）和聯(lián)合制堿法（侯德榜制堿法）的內容，在上海市中學化學課程標準（試行稿）1中，對“制堿原理”規(guī)定的學習水平是“理解”，對“

2、侯氏與索氏法的比較”的規(guī)定是“掌握”，屬學習水平中的最高要求。這一內容也是歷年高考的熱點，從學生的答題情況看，也是學生掌握的難點。然而教材中卻沒有安排相應的實驗，為提高學生的學習興趣，加深對工業(yè)制堿原理的理解，筆者期望能在課堂上模擬工業(yè)制堿。為此，筆者按資料2上的方法進行實驗，發(fā)現(xiàn)一些方法因耗時過長、步驟太繁等并不適合課堂演示或學生實驗。筆者又進行了多次的探索和改進，最終達到了比較好的效果?，F(xiàn)介紹如下。1 實驗方案一1.1 實驗原理nh3+co2+h2o+naclnahco3+nh4cl向飽和食鹽水中通入足量氨氣至飽和，然后通入二氧化碳，得到溶解度較小的碳酸氫鈉3。1.2 實驗儀器和試劑（1）

3、儀器：天平、量筒、圓底燒瓶3個、分液漏斗2個、鐵架臺3個、燒杯、漏斗、玻璃管、試管、酒精燈、玻璃棒、藥匙、導管和橡皮塞若干。（2）試劑：27%濃氨水（=0.9 g/cm3）、氫氧化鈉固體、冰水、5 mol/l稀硫酸、碳酸鈣粉末、熟石灰粉末、蒸餾水、飽和粗食鹽水、澄清石灰水、紅色石蕊試紙、濾紙等。1.3 實驗裝置和實驗效果圖實驗裝置和實驗效果圖分別見圖1和圖2。1.4 實驗步驟（1）準備：搭好裝置，檢驗氣密性。量取20 ml的飽和食鹽水于中間的燒瓶中；稱取40 g氫氧化鈉固體于制氨氣的燒瓶中，量取50 ml濃氨水于制氨氣的分液漏斗中；再稱取70 g碳酸鈣粉末于制二氧化碳的燒瓶中，量取150 ml

4、稀硫酸（分幾次加入）于制二氧化碳的分液漏斗中。將裝有飽和粗食鹽水的燒瓶浸入冰水中。如圖1所示。（2）制備：將裝有濃氨水的分液漏斗打開，產(chǎn)生氨氣通入飽和粗食鹽水中，20分鐘左右時，觀察到飽和食鹽水上方有大量的白霧產(chǎn)生。再打開裝有稀硫酸的分液漏斗，產(chǎn)生的二氧化碳通入飽和的氨化粗食鹽水中。約5分鐘即有渾濁出現(xiàn)，約15分鐘能看到大量的白色固體析出。1.5 母液處理1.6 實驗注意事項（1）食鹽水用粗鹽（雜質可做為晶核，若無粗食鹽，可在飽和食鹽水中加幾粒食鹽晶體）配制，效果明顯，析出碳酸氫鈉更快；（2）制備實驗中先通入氨氣達飽和后再通二氧化碳，插入食鹽水中的導管用尖嘴且導管口靠近燒瓶底部，這樣產(chǎn)生氣泡多

5、而小有利于碳酸氫鈉的生成，效果好。1.7 實驗的優(yōu)缺點本實驗現(xiàn)象明顯，產(chǎn)生的碳酸氫鈉固體較多；母液的處理能很好地說明侯氏法的優(yōu)點。實驗的缺點是裝置龐大、耗時長，僅制備實驗就需近35分鐘，母液的處理需要約20分鐘，因此不宜作為課堂實驗。本實驗涉及到的知識及操作較多，如：氣體的制備，氣體的性質，尾氣的處理、過濾等，若作為課外學生實驗，是提高學生綜合能力的良好載體。2 實驗方案二2.1 實驗原理實驗原理同實驗一。2.2 實驗儀器和試劑（1）儀器：天平、試管、藥匙、圓底燒瓶、分液漏斗、鐵架臺、燒杯。（2）試劑：粗鹽顆粒、飽和氨水、冰水、5 mol/l稀硫酸、碳酸鈣粉末。2.3 實驗裝置和實驗效果圖實驗

6、裝置和實驗效果圖分別見圖5和圖6。2.4 實驗步驟（1）準備：稱取8 g粗鹽，加入到30 ml的飽和氨水中，配制飽和氨化粗鹽水于大試管中。如圖5搭好裝置并檢驗氣密性。稱取50 g碳酸鈣粉末于圓底燒瓶中，再量取100 ml稀硫酸于分液漏斗中。（2）制備：將裝有配制好的飽和氨化粗鹽水的試管浸入冰水中，向其中通入二氧化碳氣體約5分鐘看到沉淀，約十分鐘時，產(chǎn)生大量白色沉淀（見圖6）。2.5 母液處理母液處理方法同方案一。2.6 實驗的優(yōu)缺點此實驗的優(yōu)點是現(xiàn)象明顯，產(chǎn)生的碳酸氫鈉固體量多，耗時短，約十分鐘，適合做演示實驗。課前需準備好飽和氨化粗鹽水，也適合作為課堂學生實驗。3 實驗方案三3.1 實驗原理

7、nacl+nh4hco3nahco3+nh4cl氯化鈉飽和溶液與碳酸氫銨飽和溶液反應，得到溶解度較小的碳酸氫鈉。3.2 實驗儀器和試劑（1）儀器：天平、試管若干、燒杯、玻璃棒、藥匙、酒精燈、鐵架臺。（2）試劑：飽和粗食鹽水、固體nh4hco3、蒸餾水。3.3 實驗效果圖圖7是靜置約1分鐘時的現(xiàn)象。3.5 母液處理母液處理方法同方案一。3.6 實驗注意事項（1）碳酸氫銨溶液不穩(wěn)定、易分解，需現(xiàn)用現(xiàn)配或臨上課前配好。（2）20時，氯化鈉溶解度是36 g/100 g水（質量分數(shù)26%，=1.2 g/cm3），碳酸氫銨的溶解度是21.7 g/100 g水（質量分數(shù)是19%，=1.1 g/cm3），則飽

8、和食鹽水的濃度是5.3 mol/l，而碳酸氫銨的濃度是2.5 mol/l，因此采取以下措施：碳酸氫銨的體積是飽和食鹽水體積的2倍多；將飽和碳酸氫銨溶液倒入飽和粗食鹽水中出現(xiàn)渾濁更快。3.7 實驗的優(yōu)缺點此實驗操作簡單、現(xiàn)象明顯，可作為學生在課堂上完成的試管實驗。但渾濁完全沉淀需要較長時間（用離心機可以加速沉降）。總體來說，筆者設計的三個實驗方案中，方案一是按照教材的敘述，也是化工生產(chǎn)的實際流程，要制備氨氣和二氧化碳，為提高碳酸氫鈉的產(chǎn)率，先在飽和食鹽水中通氨氣達到飽和，再通入過量的二氧化碳。因為涉及到兩種氣體的制備（若用鹽酸制備二氧化碳還需要凈化裝置）、尾氣的處理等，裝置龐大，要得到大量的碳酸

9、氫鈉固體耗時也較長，不宜作為課堂演示，但該設計卻是非常好的學生課外實驗的題材。方案二是利用實驗室現(xiàn)有的氨水，只需要制備二氧化碳一種氣體，操作簡單、耗時短，宜作為課堂實驗。方案三是飽和碳酸氫銨溶液和飽和食鹽水混合的試管實驗，操作簡單，現(xiàn)象明顯，也能體現(xiàn)工業(yè)制備純堿原理的本質，適合做課堂演示實驗和學生實驗。參考文獻：1上海市教育委員會.上海市中學化學課程標準（試行稿）s.上海：上海教育出版社，2005：89.2王緒巖.聯(lián)合制堿法反應原理的模擬實驗設計j.化學教學，2008，（5）：1213.3侯德榜著.制堿工業(yè)（下冊）m.北京：化學工業(yè)出版社，1960：646. 摘要：為彌補中學化學教材中無相關實

10、驗的缺陷，設計了三個模擬工業(yè)制備純堿和一個模擬聯(lián)合制堿法母液處理的實驗方案，旨在為工業(yè)制備純堿的實驗教學提供可選擇的參考素材和方法。關鍵詞：模擬實驗；工業(yè)制備純堿；實驗方案；侯氏制堿法：10056629（2014）1005203 ：g633.8 ：b純堿具有廣泛的用途，是重要的化工原料之一。上海高三拓展型教材第106108頁是氨堿法（索爾維制堿法）和聯(lián)合制堿法（侯德榜制堿法）的內容，在上海市中學化學課程標準（試行稿）1中，對“制堿原理”規(guī)定的學習水平是“理解”，對“侯氏與索氏法的比較”的規(guī)定是“掌握”，屬學習水平中的最高要求。這一內容也是歷年高考的熱點，從學生的答題情況看，也是學生掌握的難點。

11、然而教材中卻沒有安排相應的實驗，為提高學生的學習興趣，加深對工業(yè)制堿原理的理解，筆者期望能在課堂上模擬工業(yè)制堿。為此，筆者按資料2上的方法進行實驗，發(fā)現(xiàn)一些方法因耗時過長、步驟太繁等并不適合課堂演示或學生實驗。筆者又進行了多次的探索和改進，最終達到了比較好的效果。現(xiàn)介紹如下。1 實驗方案一1.1 實驗原理nh3+co2+h2o+naclnahco3+nh4cl向飽和食鹽水中通入足量氨氣至飽和，然后通入二氧化碳，得到溶解度較小的碳酸氫鈉3。1.2 實驗儀器和試劑（1）儀器：天平、量筒、圓底燒瓶3個、分液漏斗2個、鐵架臺3個、燒杯、漏斗、玻璃管、試管、酒精燈、玻璃棒、藥匙、導管和橡皮塞若干。（2）

12、試劑：27%濃氨水（=0.9 g/cm3）、氫氧化鈉固體、冰水、5 mol/l稀硫酸、碳酸鈣粉末、熟石灰粉末、蒸餾水、飽和粗食鹽水、澄清石灰水、紅色石蕊試紙、濾紙等。1.3 實驗裝置和實驗效果圖實驗裝置和實驗效果圖分別見圖1和圖2。1.4 實驗步驟（1）準備：搭好裝置，檢驗氣密性。量取20 ml的飽和食鹽水于中間的燒瓶中；稱取40 g氫氧化鈉固體于制氨氣的燒瓶中，量取50 ml濃氨水于制氨氣的分液漏斗中；再稱取70 g碳酸鈣粉末于制二氧化碳的燒瓶中，量取150 ml稀硫酸（分幾次加入）于制二氧化碳的分液漏斗中。將裝有飽和粗食鹽水的燒瓶浸入冰水中。如圖1所示。（2）制備：將裝有濃氨水的分液漏斗打

13、開，產(chǎn)生氨氣通入飽和粗食鹽水中，20分鐘左右時，觀察到飽和食鹽水上方有大量的白霧產(chǎn)生。再打開裝有稀硫酸的分液漏斗，產(chǎn)生的二氧化碳通入飽和的氨化粗食鹽水中。約5分鐘即有渾濁出現(xiàn)，約15分鐘能看到大量的白色固體析出。1.5 母液處理1.6 實驗注意事項（1）食鹽水用粗鹽（雜質可做為晶核，若無粗食鹽，可在飽和食鹽水中加幾粒食鹽晶體）配制，效果明顯，析出碳酸氫鈉更快；（2）制備實驗中先通入氨氣達飽和后再通二氧化碳，插入食鹽水中的導管用尖嘴且導管口靠近燒瓶底部，這樣產(chǎn)生氣泡多而小有利于碳酸氫鈉的生成，效果好。1.7 實驗的優(yōu)缺點本實驗現(xiàn)象明顯，產(chǎn)生的碳酸氫鈉固體較多；母液的處理能很好地說明侯氏法的優(yōu)點。

14、實驗的缺點是裝置龐大、耗時長，僅制備實驗就需近35分鐘，母液的處理需要約20分鐘，因此不宜作為課堂實驗。本實驗涉及到的知識及操作較多，如：氣體的制備，氣體的性質，尾氣的處理、過濾等，若作為課外學生實驗，是提高學生綜合能力的良好載體。2 實驗方案二2.1 實驗原理實驗原理同實驗一。2.2 實驗儀器和試劑（1）儀器：天平、試管、藥匙、圓底燒瓶、分液漏斗、鐵架臺、燒杯。（2）試劑：粗鹽顆粒、飽和氨水、冰水、5 mol/l稀硫酸、碳酸鈣粉末。2.3 實驗裝置和實驗效果圖實驗裝置和實驗效果圖分別見圖5和圖6。2.4 實驗步驟（1）準備：稱取8 g粗鹽，加入到30 ml的飽和氨水中，配制飽和氨化粗鹽水于大

15、試管中。如圖5搭好裝置并檢驗氣密性。稱取50 g碳酸鈣粉末于圓底燒瓶中，再量取100 ml稀硫酸于分液漏斗中。（2）制備：將裝有配制好的飽和氨化粗鹽水的試管浸入冰水中，向其中通入二氧化碳氣體約5分鐘看到沉淀，約十分鐘時，產(chǎn)生大量白色沉淀（見圖6）。2.5 母液處理母液處理方法同方案一。2.6 實驗的優(yōu)缺點此實驗的優(yōu)點是現(xiàn)象明顯，產(chǎn)生的碳酸氫鈉固體量多，耗時短，約十分鐘，適合做演示實驗。課前需準備好飽和氨化粗鹽水，也適合作為課堂學生實驗。3 實驗方案三3.1 實驗原理nacl+nh4hco3nahco3+nh4cl氯化鈉飽和溶液與碳酸氫銨飽和溶液反應，得到溶解度較小的碳酸氫鈉。3.2 實驗儀器和

16、試劑（1）儀器：天平、試管若干、燒杯、玻璃棒、藥匙、酒精燈、鐵架臺。（2）試劑：飽和粗食鹽水、固體nh4hco3、蒸餾水。3.3 實驗效果圖圖7是靜置約1分鐘時的現(xiàn)象。3.5 母液處理母液處理方法同方案一。3.6 實驗注意事項（1）碳酸氫銨溶液不穩(wěn)定、易分解，需現(xiàn)用現(xiàn)配或臨上課前配好。（2）20時，氯化鈉溶解度是36 g/100 g水（質量分數(shù)26%，=1.2 g/cm3），碳酸氫銨的溶解度是21.7 g/100 g水（質量分數(shù)是19%，=1.1 g/cm3），則飽和食鹽水的濃度是5.3 mol/l，而碳酸氫銨的濃度是2.5 mol/l，因此采取以下措施：碳酸氫銨的體積是飽和食鹽水體積的2倍多

17、；將飽和碳酸氫銨溶液倒入飽和粗食鹽水中出現(xiàn)渾濁更快。3.7 實驗的優(yōu)缺點此實驗操作簡單、現(xiàn)象明顯，可作為學生在課堂上完成的試管實驗。但渾濁完全沉淀需要較長時間（用離心機可以加速沉降）。總體來說，筆者設計的三個實驗方案中，方案一是按照教材的敘述，也是化工生產(chǎn)的實際流程，要制備氨氣和二氧化碳，為提高碳酸氫鈉的產(chǎn)率，先在飽和食鹽水中通氨氣達到飽和，再通入過量的二氧化碳。因為涉及到兩種氣體的制備（若用鹽酸制備二氧化碳還需要凈化裝置）、尾氣的處理等，裝置龐大，要得到大量的碳酸氫鈉固體耗時也較長，不宜作為課堂演示，但該設計卻是非常好的學生課外實驗的題材。方案二是利用實驗室現(xiàn)有的氨水，只需要制備二氧化碳一種

18、氣體，操作簡單、耗時短，宜作為課堂實驗。方案三是飽和碳酸氫銨溶液和飽和食鹽水混合的試管實驗，操作簡單，現(xiàn)象明顯，也能體現(xiàn)工業(yè)制備純堿原理的本質，適合做課堂演示實驗和學生實驗。參考文獻：1上海市教育委員會.上海市中學化學課程標準（試行稿）s.上海：上海教育出版社，2005：89.2王緒巖.聯(lián)合制堿法反應原理的模擬實驗設計j.化學教學，2008，（5）：1213.3侯德榜著.制堿工業(yè)（下冊）m.北京：化學工業(yè)出版社，1960：646. 摘要：為彌補中學化學教材中無相關實驗的缺陷，設計了三個模擬工業(yè)制備純堿和一個模擬聯(lián)合制堿法母液處理的實驗方案，旨在為工業(yè)制備純堿的實驗教學提供可選擇的參考素材和方法

19、。關鍵詞：模擬實驗；工業(yè)制備純堿；實驗方案；侯氏制堿法：10056629（2014）1005203 ：g633.8 ：b純堿具有廣泛的用途，是重要的化工原料之一。上海高三拓展型教材第106108頁是氨堿法（索爾維制堿法）和聯(lián)合制堿法（侯德榜制堿法）的內容，在上海市中學化學課程標準（試行稿）1中，對“制堿原理”規(guī)定的學習水平是“理解”，對“侯氏與索氏法的比較”的規(guī)定是“掌握”，屬學習水平中的最高要求。這一內容也是歷年高考的熱點，從學生的答題情況看，也是學生掌握的難點。然而教材中卻沒有安排相應的實驗，為提高學生的學習興趣，加深對工業(yè)制堿原理的理解，筆者期望能在課堂上模擬工業(yè)制堿。為此，筆者按資料2

20、上的方法進行實驗，發(fā)現(xiàn)一些方法因耗時過長、步驟太繁等并不適合課堂演示或學生實驗。筆者又進行了多次的探索和改進，最終達到了比較好的效果?，F(xiàn)介紹如下。1 實驗方案一1.1 實驗原理nh3+co2+h2o+naclnahco3+nh4cl向飽和食鹽水中通入足量氨氣至飽和，然后通入二氧化碳，得到溶解度較小的碳酸氫鈉3。1.2 實驗儀器和試劑（1）儀器：天平、量筒、圓底燒瓶3個、分液漏斗2個、鐵架臺3個、燒杯、漏斗、玻璃管、試管、酒精燈、玻璃棒、藥匙、導管和橡皮塞若干。（2）試劑：27%濃氨水（=0.9 g/cm3）、氫氧化鈉固體、冰水、5 mol/l稀硫酸、碳酸鈣粉末、熟石灰粉末、蒸餾水、飽和粗食鹽水

21、、澄清石灰水、紅色石蕊試紙、濾紙等。1.3 實驗裝置和實驗效果圖實驗裝置和實驗效果圖分別見圖1和圖2。1.4 實驗步驟（1）準備：搭好裝置，檢驗氣密性。量取20 ml的飽和食鹽水于中間的燒瓶中；稱取40 g氫氧化鈉固體于制氨氣的燒瓶中，量取50 ml濃氨水于制氨氣的分液漏斗中；再稱取70 g碳酸鈣粉末于制二氧化碳的燒瓶中，量取150 ml稀硫酸（分幾次加入）于制二氧化碳的分液漏斗中。將裝有飽和粗食鹽水的燒瓶浸入冰水中。如圖1所示。（2）制備：將裝有濃氨水的分液漏斗打開，產(chǎn)生氨氣通入飽和粗食鹽水中，20分鐘左右時，觀察到飽和食鹽水上方有大量的白霧產(chǎn)生。再打開裝有稀硫酸的分液漏斗，產(chǎn)生的二氧化碳通

22、入飽和的氨化粗食鹽水中。約5分鐘即有渾濁出現(xiàn)，約15分鐘能看到大量的白色固體析出。1.5 母液處理1.6 實驗注意事項（1）食鹽水用粗鹽（雜質可做為晶核，若無粗食鹽，可在飽和食鹽水中加幾粒食鹽晶體）配制，效果明顯，析出碳酸氫鈉更快；（2）制備實驗中先通入氨氣達飽和后再通二氧化碳，插入食鹽水中的導管用尖嘴且導管口靠近燒瓶底部，這樣產(chǎn)生氣泡多而小有利于碳酸氫鈉的生成，效果好。1.7 實驗的優(yōu)缺點本實驗現(xiàn)象明顯，產(chǎn)生的碳酸氫鈉固體較多；母液的處理能很好地說明侯氏法的優(yōu)點。實驗的缺點是裝置龐大、耗時長，僅制備實驗就需近35分鐘，母液的處理需要約20分鐘，因此不宜作為課堂實驗。本實驗涉及到的知識及操作較

23、多，如：氣體的制備，氣體的性質，尾氣的處理、過濾等，若作為課外學生實驗，是提高學生綜合能力的良好載體。2 實驗方案二2.1 實驗原理實驗原理同實驗一。2.2 實驗儀器和試劑（1）儀器：天平、試管、藥匙、圓底燒瓶、分液漏斗、鐵架臺、燒杯。（2）試劑：粗鹽顆粒、飽和氨水、冰水、5 mol/l稀硫酸、碳酸鈣粉末。2.3 實驗裝置和實驗效果圖實驗裝置和實驗效果圖分別見圖5和圖6。2.4 實驗步驟（1）準備：稱取8 g粗鹽，加入到30 ml的飽和氨水中，配制飽和氨化粗鹽水于大試管中。如圖5搭好裝置并檢驗氣密性。稱取50 g碳酸鈣粉末于圓底燒瓶中，再量取100 ml稀硫酸于分液漏斗中。（2）制備：將裝有配制好的飽和氨化粗鹽水的試管浸入冰水中，向其中通入二氧化碳氣體約5分鐘看到沉淀，約十分鐘時，產(chǎn)生大量白色沉淀（見圖6）。2.5 母液處理母液處理方法同方案一。2.6 實驗的優(yōu)缺點此實驗的優(yōu)點是現(xiàn)象明顯，產(chǎn)生的碳酸氫鈉固體量多，耗時短，約十分鐘，適合做演示實驗。課前需準備好飽和氨化粗鹽水，也適合作為課堂學生實驗。3 實驗方案三3.1 實驗原理nacl+nh4hco3nahco3+nh4cl氯化鈉飽和溶液與碳酸氫銨飽和溶液反應，得到溶解度較小的碳酸氫鈉。3.2 實驗儀器和試劑（1）儀器：天平、試管若干、燒杯、玻璃棒、藥匙、酒精燈、鐵架臺。