侯氏制堿法演示實驗的設(shè)計

PAGEPAGE2侯氏制堿法演示實驗的設(shè)計吳江市高級中學(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，也是進行科學(xué)教育和愛國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)在各個實驗區(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，對侯氏制堿法的原理、工藝流程等綜合知識的考察比重較大。然而，學(xué)生在學(xué)習(xí)和掌握這些內(nèi)容時卻感到抽象，就是難以接受NaHCO3的結(jié)晶析出這一過程，因為在學(xué)習(xí)化學(xué)的知識思維中人們總是定勢地認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。能不能用實驗的演示來突出重點、化解難點，加深同學(xué)們對這些知識的理解和掌握呢？本實驗就這個問題作如下的實驗設(shè)計。二、儀器和藥品分液漏斗、錐形瓶、雙孔塞、橡皮管、長短玻璃彎管、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、實驗原理CaCO3+H2SO4(稀)=CaSO4+H2O+CO2↑CO2+H2O+NaCl+NH3=NH4Cl+NaHCO32NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑四、實驗裝置五、實驗步驟1．按照裝置圖所示進行儀器安裝，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，氣孔或凹槽對準。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）即可拿出試管進行仔細觀察；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1．氨化飽和食鹽水的配制，可用實驗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粉末，不然與稀硫酸反應(yīng)在中途會停止，影響實驗效果。一般情況下只要用粉末的，用量在3-5藥匙就可滿足本實驗要求。3．通常制CO2是用石灰石和鹽酸反應(yīng)來進行的，但由于這個反應(yīng)的明顯放熱，部分HCl的揮發(fā)會使實驗效果不理想，以前實驗的不成功可能就是這個原因。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，否則耗費時間太長，甚至在課堂時間內(nèi)實驗做不出預(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。因為實驗時常在試管上部出現(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的氣流還是慢點為好。6．實驗室固液制氣的裝置中容器常用燒瓶，用鐵架臺固定，本實驗改用錐形瓶，簡化步驟和操作，且錐形瓶的底部有較大的面積，有利于反應(yīng)的進行。但由于裝置的重心較高，實驗時小心保護，避免碰翻，防止實驗事故的發(fā)生。實踐證明，實驗的安全性還是有保證的。七、實驗特點1．選取材料是實驗室的常見儀器，進行有機組合也不難想到，但用這套裝置來驗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驗設(shè)計，其中的技巧有獨到之處，彌補實驗空缺。個人認為增加這個實驗在教學(xué)中很有必要。2．侯氏制堿法的工藝流程對絕大多數(shù)同學(xué)來說沒有機會參觀化工廠，知識是抽象的，該實驗?zāi)芑橄笾R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，更深刻地認識NaHCO3的結(jié)晶過程，對新教材里CO2、NH3和NaCl的用途中均講到用于制純堿體會更具體，有利于化解解答這部分知識的試題困難，對知識的全面而系統(tǒng)地掌握有較好的幫助。3．制CO2用石灰石和稀硫酸反應(yīng)來進行，在初中化學(xué)的學(xué)習(xí)過程中往往被認為是不可行的，而本實驗用事實證明把“不可能變?yōu)榭赡堋?，揭示化學(xué)反應(yīng)條件的改變對反應(yīng)的影響，說明任何事物的變化是有條件的，相對的，對樹立同學(xué)們的創(chuàng)新意識有一定的促進作用。4．變化儀器組合，用錐形瓶取代燒瓶，使整個實驗裝置簡單明了，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、二點說明1．以前也有好幾次同學(xué)建議做個實驗，但都被老師說是工業(yè)制法而搪塞過去。其實，老師曾經(jīng)預(yù)先做過實驗但沒有成功。后來，干脆告訴學(xué)生，與同學(xué)們一道分析原因，有同學(xué)認為可能是HCl的揮發(fā)把NaHCO3給溶解了，有的則認為是時間不夠，有的建議同時通NH3，等等。經(jīng)過幾次實驗方案的改進，最后成功。