制備實驗方案的設(shè)計和評價

物質(zhì)制備實驗方案設(shè)計與評價——以侯氏制堿法的實驗室模擬為例自然界中有純堿嗎？鄂爾多斯合同查汗淖堿湖天然堿(Na2CO3·NaHCO3·nH2O)天然堿尖塔鄂爾多斯天然堿結(jié)晶純堿人工制備方法的發(fā)展路布蘭法（1792年）2NaCl+H2SO4

Na2SO4+2HCl↑600～700℃Na2SO4+2C

Na2S+2CO2↑Na2S+CaCO3

Na2CO3+CaS1000℃1000℃氨堿法索爾維法（1892年）聯(lián)合制堿法侯氏制堿法（1942年）CaCO3→CaO+CO2NH3+CO2+H2O+NaCl→NaHCO3+NH4Cl2NaHCO3→Na2CO3+CO2+H2OCa(OH)2+2NH4Cl→CaCl2+2NH3+2H2O利用合成氨廠副產(chǎn)品CO2替代石灰石分解來生產(chǎn)，簡化了生產(chǎn)設(shè)備。避免了生產(chǎn)氨堿法中用處不大的副產(chǎn)物氯化鈣，提高了食鹽利用率，縮短了生產(chǎn)流程，減少了對環(huán)境的污染，降低了純堿的成本。NH3+CO2+H2O3+NaCl→NaHCO3+NH4Cl2NaHCO3===Na2CO3+CO2+H2O優(yōu)點：反應循環(huán)使用了氨水，它只需要食鹽和石灰石，并且氯化鈣是唯一的廢品。缺點：NaCl利用率低（約70%）所有反應均在固相進行，難以連續(xù)化；回收的鹽酸(HCl)當時無較好的應用出路。生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品質(zhì)量差。

1921年10月侯德榜在美國獲得博士學位，為了創(chuàng)建中國的制堿工業(yè)，受愛國實業(yè)家范旭東之聘請，毅然從美國啟程回國，決心自己開發(fā)制堿新工藝，經(jīng)過600多次研究實驗，分析了2000多個樣品，歷時5年，于1942年發(fā)明了氨堿法與合成氨聯(lián)合生產(chǎn)的改進工藝，被命名為“聯(lián)合制堿法”也叫“侯氏制堿法”從而開創(chuàng)了世界制堿工業(yè)的新紀元。凡是黃頭發(fā)藍眼睛的人能辦到的,我們黑頭發(fā)黑眼睛的人也一定能辦到。紅三角牌純堿①向飽和食鹽水中通入過量的NH3和CO2。NaCl+NH3+CO2+H2O==NH4Cl+NaHCO3↓②再將所得NaHCO3焙燒制得純堿2NaHCO3==Na2CO3+H2O+CO2↑侯德榜制堿法（聯(lián)堿法）△1、原料：NaCl、NH3、CO2（焦炭、空氣、水）2、反應原理：③向析出小蘇打的母液中加入研細的NaCl，并通入氨氣，還得到另一產(chǎn)品NH4Cl固體，可用作化工原料和化肥使用。

根據(jù)NH4Cl在常溫時的溶解度比NaCl大，而在低溫下卻比NaCl溶解度小的原理，在5℃～10℃時，向母液中加入食鹽細粉，而使NH4Cl單獨結(jié)晶析出供做氮肥。優(yōu)點：保留了氨堿法的優(yōu)點，消除了它的缺點，使食鹽的利用率提高到96﹪；NH4Cl可做氮肥；可與合成氨廠聯(lián)合，利用了合成氨制原料氣時產(chǎn)生的CO，將其轉(zhuǎn)化成CO2，革除了CaCO3制CO2這一工序，縮短了生產(chǎn)流程，降低成本。減少無大用途的CaCl2母液3、生產(chǎn)流程：飽和食鹽水通入NH3飽和氨化食鹽水通入CO2析出NaHCO3▲Na2CO3CO2+循環(huán)母液加入食鹽細粒析出NH4Cl循環(huán)加CaOCaCl2(廢渣)NH3廢液循環(huán)索爾維法通氨氣冷卻、過濾、洗滌、干燥

物質(zhì)制備實驗設(shè)計的基本思維模式明確實驗目的分析實驗原理提出實驗方案優(yōu)化實驗方案防污染、防倒吸等方案1方案2方案3確定實驗方案模擬設(shè)計“侯氏制堿法”的實驗方案：

工業(yè)制純堿的第一步是通過飽和食鹽水、氨和二氧化碳之間的反應，制取碳酸氫鈉晶體。（碳酸氫鈉溶解度相對較小，且隨溫度的降低溶解度減?。┰摲磻砜梢杂靡韵禄瘜W方程式表示，此反應是放熱反應

NH3+CO2+H2O+NaCl（飽和)=NaHCO3（晶體)↓+NH4Cl

某校學生實驗小組利用上述反應原理，設(shè)計實驗制備碳酸氫鈉晶體。請您幫助設(shè)計畫出實驗裝置圖（示意圖）

模擬設(shè)計“侯氏制堿法”的實驗方案：在實驗室可以用下列方法制取氨氣：1、固體氯化銨與氫氧化鈣反應制取2、加熱濃氨水3、將濃氨水加入氫氧化鈉固體或氧化鈣中提示：可以在裝置示意圖中標注原料和產(chǎn)物及相關(guān)操作。裝置示意圖中儀器的表示方法：例如：氯氣的制取及漂白性實驗提示：優(yōu)化設(shè)計方案優(yōu)化設(shè)計方案優(yōu)化設(shè)計方案優(yōu)化設(shè)計方案CaCl2或P2O5已知:(1)溫度高于35℃時，NH4HCO3易分解;(2)NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl為放熱反應；

(3)NaHCO3的溶解度隨溫度升高而增大。如何提高NaHCO3的產(chǎn)率？優(yōu)化設(shè)計方案冰水優(yōu)化設(shè)計方案多孔球泡,提高CO2的吸收效率制備實驗條件控制防污染防倒吸防氧化防潮解防爆炸防揮發(fā)步驟少制備方案的優(yōu)化細則：制備實驗產(chǎn)物要求產(chǎn)率高易分離易收集雜質(zhì)少已知：氨氣與氧化銅反應可以制備氮氣(2NH3+3CuO3Cu+3H2O+N2)而氮氣跟鎂在高溫下反應可得到氮化鎂，但氮化鎂遇水即反應生成Mg(OH)2和NH3。請根據(jù)上述原理設(shè)計實驗室制取少量Mg3N2的實驗方案。實驗方案設(shè)計：針對訓練

(2010·全國卷Ⅰ)請設(shè)計CO2在高溫下與木炭反應生成CO的實驗。在方框中完成該反應的實驗裝置示意圖(夾持裝置、連接膠管及尾氣處理部分不必畫出，需要加熱的儀器下方用△標出)，按氣流方向在每件儀器下方標出字母B、C……；其他可選用的儀器(數(shù)量不限)簡易表示如下：A我國制堿專家侯德榜先生潛心研究制堿技術(shù)，發(fā)明了"侯氏制堿法"。制堿過程中重要的一步反應為：NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl。某同學根據(jù)以上反應原理，正確設(shè)計了實驗室模擬工業(yè)制堿裝置圖。根據(jù)其設(shè)計，請你參與合作解答以下問題。（1）裝置A制取的氣體是：

裝置F制取的氣體是：

。（2）你建議的裝置連接順序為：

（3）裝置D中導管7下端接一下粗的玻管的作用是：

。中間直導管的作用是。（4）欲在裝置D中能得到較多的碳酸氫鈉晶體