侯氏制堿法演示實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

PAGEPAGE2侯氏制堿法演示實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)吳江市高級(jí)中學(xué)（215200）汪曄E-mail:wangye_huaxue@一、問題提出侯氏制堿法是工業(yè)上制取純堿的重要方法，也是進(jìn)行科學(xué)教育和愛國(guó)主義教育的很好素材。無論是過去統(tǒng)一使用的教科書還是現(xiàn)在各個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)的教材，這部分內(nèi)容都比較重視，尤其是我們新課程所秉承的知識(shí)與生產(chǎn)、生活相聯(lián)系的理念，蘇教版這部分內(nèi)容就更能凸顯其教育意義。分析近年來的高考試題，天津、四川、福建、上海等省市的自主命題中，對(duì)侯氏制堿法的原理、工藝流程等綜合知識(shí)的考察比重較大。然而，學(xué)生在學(xué)習(xí)和掌握這些內(nèi)容時(shí)卻感到抽象，就是難以接受NaHCO3的結(jié)晶析出這一過程，因?yàn)樵趯W(xué)習(xí)化學(xué)的知識(shí)思維中人們總是定勢(shì)地認(rèn)為鈉鹽是易溶于水的，所以在練習(xí)和考試中也往往因此出錯(cuò)。能不能用實(shí)驗(yàn)的演示來突出重點(diǎn)、化解難點(diǎn)，加深同學(xué)們對(duì)這些知識(shí)的理解和掌握呢？本實(shí)驗(yàn)就這個(gè)問題作如下的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。二、儀器和藥品分液漏斗、錐形瓶、雙孔塞、橡皮管、長(zhǎng)短玻璃彎管、試管、燒杯、釘錘。稀硫酸、石灰石粉末或碳酸鈉固體、氨化飽和食鹽水、水三、實(shí)驗(yàn)原理CaCO3+H2SO4(稀)=CaSO4+H2O+CO2↑CO2+H2O+NaCl+NH3=NH4Cl+NaHCO32NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑四、實(shí)驗(yàn)裝置五、實(shí)驗(yàn)步驟1．按照裝置圖所示進(jìn)行儀器安裝，并檢查氣密性；2．將石灰石用錘子敲碎成粉末狀，然后用紙槽送入錐形瓶中，盡可能鋪開；3．向分液漏斗中加入1：4的稀硫酸，蓋好塞子，氣孔或凹槽對(duì)準(zhǔn)。如沒有氣孔或凹槽，則需把塞子拿下系掛在漏斗口邊上；4．在試管里注入3mL左右的氨化飽和食鹽水，放置在盛有冷水的燒杯中，將導(dǎo)管伸入試管底部,試管口塞團(tuán)濕棉花；5．緩慢地打開分液漏斗的活塞，根據(jù)導(dǎo)管口冒出的氣泡大小和快慢調(diào)節(jié)滴液的速度，一般在反應(yīng)7min左右試管內(nèi)的液體出現(xiàn)渾濁（應(yīng)該放在光照亮處可見到很多發(fā)亮的小晶粒），再通CO2氣體5—10min（這段時(shí)間可復(fù)習(xí)CO2、NH3和NaCl的相關(guān)性質(zhì)及用途）即可拿出試管進(jìn)行仔細(xì)觀察；6．最后在渾濁的試管里滴加稀硫酸，有大量的氣泡逸出，溶液復(fù)為澄清。六、注意事項(xiàng)1．氨化飽和食鹽水的配制，可用實(shí)驗(yàn)室里的試劑用氨水中加入精鹽充分振蕩溶解后隔液使用。2．制CO2用的石灰石要盡量敲碎成為細(xì)粉末，不然與稀硫酸反應(yīng)在中途會(huì)停止，影響實(shí)驗(yàn)效果。一般情況下只要用粉末的，用量在3-5藥匙就可滿足本實(shí)驗(yàn)要求。3．通常制CO2是用石灰石和鹽酸反應(yīng)來進(jìn)行的，但由于這個(gè)反應(yīng)的明顯放熱，部分HCl的揮發(fā)會(huì)使實(shí)驗(yàn)效果不理想，以前實(shí)驗(yàn)的不成功可能就是這個(gè)原因。CO2與氨化飽和食鹽水的反應(yīng)也有熱量放出，為使有較多的NaHCO3析出，故把試管放在水浴中冷卻。4．氨化飽和食鹽水的用量不宜過多，以3mL左右比較好，否則耗費(fèi)時(shí)間太長(zhǎng)，甚至在課堂時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)做不出預(yù)想結(jié)果。太少了不便觀察。5．通入的CO2的速率不可太快，要控制好滴加稀硫酸的速度。如用石灰石粉末，基本平和；若用Na2CO3粉末，反應(yīng)很快，一般滴液速度控制在每滴3秒左右為宜。最好先讓反應(yīng)一會(huì)兒排走熱空氣后才將導(dǎo)管伸入氨化飽和食鹽水中，減少氨氣的損失。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)時(shí)常在試管上部出現(xiàn)疑似NH4HCO3的固體，可能就是揮發(fā)的氨氣、水蒸氣與未反應(yīng)掉的CO2化合所造成，所以通CO2的氣流還是慢點(diǎn)為好。6．實(shí)驗(yàn)室固液制氣的裝置中容器常用燒瓶，用鐵架臺(tái)固定，本實(shí)驗(yàn)改用錐形瓶，簡(jiǎn)化步驟和操作，且錐形瓶的底部有較大的面積，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。但由于裝置的重心較高，實(shí)驗(yàn)時(shí)小心保護(hù)，避免碰翻，防止實(shí)驗(yàn)事故的發(fā)生。實(shí)踐證明，實(shí)驗(yàn)的安全性還是有保證的。七、實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)1．選取材料是實(shí)驗(yàn)室的常見儀器，進(jìn)行有機(jī)組合也不難想到，但用這套裝置來驗(yàn)證侯氏制堿法的工業(yè)原理，查一些資料沒有找到有這方面的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中的技巧有獨(dú)到之處，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)空缺。個(gè)人認(rèn)為增加這個(gè)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中很有必要。2．侯氏制堿法的工藝流程對(duì)絕大多數(shù)同學(xué)來說沒有機(jī)會(huì)參觀化工廠，知識(shí)是抽象的，該實(shí)驗(yàn)?zāi)芑橄笾R(shí)形象化，能讓同學(xué)更好地理解用氨的飽和食鹽水比用CO2的飽和食鹽水效果要好，更深刻地認(rèn)識(shí)NaHCO3的結(jié)晶過程，對(duì)新教材里CO2、NH3和NaCl的用途中均講到用于制純堿體會(huì)更具體，有利于化解解答這部分知識(shí)的試題困難，對(duì)知識(shí)的全面而系統(tǒng)地掌握有較好的幫助。3．制CO2用石灰石和稀硫酸反應(yīng)來進(jìn)行，在初中化學(xué)的學(xué)習(xí)過程中往往被認(rèn)為是不可行的，而本實(shí)驗(yàn)用事實(shí)證明把“不可能變?yōu)榭赡堋保沂净瘜W(xué)反應(yīng)條件的改變對(duì)反應(yīng)的影響，說明任何事物的變化是有條件的，相對(duì)的，對(duì)樹立同學(xué)們的創(chuàng)新意識(shí)有一定的促進(jìn)作用。4．變化儀器組合，用錐形瓶取代燒瓶，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單明了，操作方便，現(xiàn)象明顯，綠色環(huán)保，安全可靠。使看慣了燒瓶的配套裝置中出現(xiàn)錐形瓶眼前一亮，具有一定的審美情趣。八、二點(diǎn)說明1．以前也有好幾次同學(xué)建議做個(gè)實(shí)驗(yàn)，但都被老師說是工業(yè)制法而搪塞過去。其實(shí)，老師曾經(jīng)預(yù)先做過實(shí)驗(yàn)但沒有成功。后來，干脆告訴學(xué)生，與同學(xué)們一道分析原因，有同學(xué)認(rèn)為可能是HCl的揮發(fā)把NaHCO3給溶解了，有的則認(rèn)為是時(shí)間不夠，有的建議同時(shí)通NH3，等等。經(jīng)過幾次實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)，最后成功。