上海市高中化学实验专题.docx

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上海市高中化学实验专题

化学实验

改革后的实验主要内容如下：

改革后的实验

主题

备注

化工实验

侯氏制碱原理及其工艺流程

重要

硫酸工业

生产阶段

化学方程式

工业设备

生产原理

（1）SO2的制取与净化

4FeS2+11O2

2Fe2O3+8SO2或S+O2

SO2

沸腾炉

扩大接触面（矿石粉碎）、气体净化防止催化剂中毒

（2）SO2氧化成SO3

2SO2+O2

2SO3

接触室

热交换

（3）SO3的吸收和硫酸的生成

SO2+H2O→H2SO4

实际是用浓H2SO4吸收

吸收塔

逆流吸收

2．尾气的吸收，可用氨水吸收

2NH3+H2O+SO2

（NH4）2SO3

NH3+H2O+SO2

NH4HSO3

将生成物用稀硫酸处理后，可制得化肥（NH4）2SO4，并回收了SO2。

3．生产简要流程

侯氏制碱法原理和简单流程

实验背景：

无水碳酸钠，俗名纯碱、苏打。

它是玻璃、造纸、肥皂、洗涤剂、纺织、制革等工业的重要原料，还常用作硬水的软化剂，也用于制造钠的化合物。

它的工业制法主要有氨碱法和联合制碱法两种。

一、实验原理

化学反应原理是：

总反应为：

将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体再加热，制得纯碱产品：

答案：

化学反应原理：

总反应：

二、氨碱法（又称索尔维法）

1．原料：

食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气

2．步骤：

先把氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，

再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液，

将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体，再加热煅烧制得纯碱产品。

（放出的二氧化碳气体可回收循环使用）

含有氯化铵的滤液与石灰乳[Ca（OH）2]混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。

CaO＋H2O

Ca（OH）2，

2NH4Cl＋Ca（OH）2

CaCl2＋2NH3↑＋2H2O

其工业流程图为：

其工业生产的简单流程如图所示：

3．氨碱法的优点是：

（１）原料（食盐和石灰石）便宜；

（２）产品纯碱的纯度高；

（３）副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；

（４）制造步骤简单，适合于大规模生产。

4．氨碱法的缺点是：

（１）产生大量无用的副产品CaCl2

（２）NaCl利用率只有70%，约有30%的NaCl留在母液中。

（3）设备多，耗能大。

三、联合制碱法（又称侯氏制碱法）

1．原料：

食盐、氨气和二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。

2．步骤：

联合制碱法包括两个过程：

第一个过程与氨碱法相同：

将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。

第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。

由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。

所以在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。

此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液，已基本上被氯化钠饱和，可回收循环使用。

其工业生产的简单流程如图所示：

此法优点：

保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高到96%；NH4Cl可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，革除了CaCO3制CO2这一工序。

【讨论】

1、索尔维采取了哪些措施来提高氨的利用率？

（1）

（2）

（3）

答案：

（1）先制得氨化的饱和食盐水，再与CO2反应

（2）使CO2与氨化的饱和食盐水在合成塔中逆流接触

（3）母液与熟石灰作用重新生成氨气

2、“侯氏制碱法”与“索尔维制碱法”的主要不同在母液的处理上。

“侯氏制碱法”采取了怎样的方式对母液进行处理？

从化学原理上分析采取这些处理措施的原因。

（1）向母液中加食盐细粒

【思考】向向母液中加食盐细粒的目的是什么？

答案：

降低氯化铵在氯化钠中的溶解度，便于氯化铵的析出

（2）向母液中通氨气

【思考】向母液中通氨气的作用有哪些？

①

②

答案：

①增加

的浓度，有利于NH4Cl析出

②使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出NH4Cl的纯度。

（3）降温至5℃左右

3、侯氏制碱法的现实意义

（1）符合现在提倡的“绿色化学的要求：

提高了原料（NaCl）的利用率，不产生无用的CaCl2。

（2）体现了大规模联合生产的优越性：

利用一个厂的废料，作为另一个厂的主要原料。

如合成氨厂的废料CO2，可以作为碱厂的主要原料；碱厂无用的Cl-，可以代替价格比较昂贵的硫酸用来固定氨，制成氮肥。

降低了成本，提高了综合经济效益。

有机实验：

乙酸乙酯和乙酸丁酯的制备

教材梳理

一、乙酸乙酯的制取

【实验原理】乙酸和乙醇在浓硫酸、环境温度85℃左右的条件下通过酯化反应制得乙酸乙酯。

CH3COOH+CH3H2OH

CH3COOCH2CH3+H2O

【实验用品】：

试管、试管夹、铁架台、酒精灯、单孔橡皮塞、导管、烧杯。

乙醇、乙酸、98％浓硫酸、饱和碳酸钠溶液。

【实验内容】

实验步骤

实验现象

分析和结论

在试管里加入3mL乙醇，然后一边摇动，一边慢慢加入2mL浓硫酸和2mL冰醋酸，再加入少量沸石，用酒精灯小心均匀地加热10min，将产生的气体经导管通到饱和碳酸钠溶液的液面上

液体微沸，盛有碳酸钠的试管中出现液体分层

在盛有碳酸钠溶液的试管里，可以闻到果香气味，看到溶液分层现象

反应的化学方程式：

CH3COOH+CH3H2OH

CH3COOCH2CH3+H2O

【思考与讨论】

1、实验中药品的添加顺序为先乙醇再浓硫酸最后乙酸

2、浓硫酸的作用是催化剂、吸水剂（使平衡右移）

3、试管：

向上倾斜45°，目的是增大受热面积

4、为什么采用水浴加热

由于乙酸和乙醇沸点低，若反应的温度过高，加热过猛，不但乙醇和乙酸会大量损失，而且会产生副作用，另外也容易造成暴沸。

故应用酒精灯小心均匀地加热，温度控制在100℃左右。

一般烧至沸腾就应停止加热。

为了较好地控制反应温度，最好采用水浴加热，控制在沸水温度下反应，这样，既能控制反应温度，又能保证受热均匀。

5、导管：

较长，起到导气、冷凝作用

6、为什么导管口不能接触液面？

这是因为加热反应的混合液时有可能产生爆沸，而逸出的乙醇和乙酸又易溶于水，如果把导管口伸入到饱和碳酸钠溶液中，可能产生倒吸作用，把碳酸钠溶液吸入到反应混合液中，从而使反应失败

7、为什么要将乙酸乙酯蒸出，而不是在反应的试管中直接获得乙酸乙酯

乙酸乙酯的沸点是77℃，在加热乙醇、乙酸和浓硫酸的混合液时，反应生成的乙酸乙酯会变成蒸汽外

逸，如果在反应的试管里收集产物，损失较大。

而采用回流装置，把带有单孔塞的长玻璃管插在反应

的试管上，可以减少一部分损失。

对于处于平衡状态的可逆反应来说，减少生成物的浓度，平衡会向

右移动。

因此，在反应的试管上接一个带有单孔塞的玻璃弯管，并用另一试管来收集乙酸乙酯。

这样，

由于乙酸乙酯容易挥发，在反应过程中，不断被蒸馏，通过导管冷却，凝结在另一试青中，有利于酯

化反应的进行，更能提高乙酸乙酯的产率，效果更佳。

8、该反应为可逆反应，试依据化学平衡移动原理设计增大乙酸乙酯产率的方法

小心均匀加热，保持微沸，有利于产物的生成和蒸出，提高产率

9、如何停止加热？

当液面有透明的无色液体浮现的时候，应先取下盛有饱和碳酸钠溶液的试管，再停止加热

10、向收集乙酸乙酯的试管中碳酸钠碳酸溶液的作用是什么？

①除去乙酸乙酯中混有的乙酸和乙醇（中和乙酸；吸收乙醇）

②降低乙酸乙酯在水中的溶解度

附录：

实验参考数据

物质

熔点（℃）

沸点（℃）

密度（g/cm3）

乙酸

16.6

117.9℃

1.05

乙醇

-117.0

78.5℃

0.79

乙酸乙酯

-83.6

77.5

0.90

浓硫酸

—

338.0

1.84

二、制备乙酸丁酯

【实验原理】乙酸和1-丁醇在浓硫酸、环境温度115～125℃条件下通过酯化反应制得乙酸丁酯。

CH3COOH+C4H9OH

CH3COOC4H9+H2O

反应有一定的可逆性，一般通过提高相对廉价的乙酸浓度和及时移去产物水，能使反应转化率达90%。

由于乙酸乙酯的沸点较高，所以采用制备溴苯、硝基苯的方法即先制备、后提纯。

其次制备乙酸丁酯的环境温度较高，不能采用水浴。

制备反应器可选用大试管，反应完成后再将反应液倒入分液漏斗中洗涤，进行提纯操作。

为防止温度过高（易碳化），可用石棉网控制，即把大试管防在石棉网上方的空气中。

由于乙酸易挥发，且反应较慢，故采用制硝基苯的装置，即用长玻璃导管作空气冷凝回流，以提高反应转化率。

提纯乙酸丁酯可选用水、碳酸钠（15%）溶液洗涤。

【实验用品】

大试管或圆底烧瓶（100ml）、直形长导管（30cm）、烧杯、量筒（10mL）、分液漏斗、铁架台（附铁夹、铁圈）、石棉网、玻璃棒

1-丁醇、冰醋酸、98.3%浓硫酸、15%碳酸钠溶液、pH试纸

【实验步骤】

1．制备乙酸丁酯。

（1）按右图装配好装置。

（2）向大试管（干燥）中加入9.2mL1-丁醇（约7.4g，0.10mol）和7.0mL乙酸（约7.2g，0.12mol），再滴入3～4滴浓硫酸，混合均匀。

（3）将大试管塞上带长导管的塞子，放在石棉网上方加热（提示：

在加试剂时，可以点燃酒精灯预热石棉网上方的空气，以缩短加热时间）。

当反应液呈沸腾状有明显反应时（石棉网上方试管底部附近空气温度约116℃，继续加热回流，10min，停止加热，冷却。

2．提纯乙酸丁酯。

（1）将大试管中的反应液倒入分液漏斗中，静置，分去水层。

用pH试纸测定乙酸丁酯的酸性。

（2）向分液漏斗中加入约10mL。

蒸馏水，振荡洗涤，静置，分去水层。

（3）再向分液漏斗中加入15%碳酸钠溶液洗涤，每振荡三、四次打开分液漏斗活塞放气一次（分液漏

斗斜倒置放气），直至无气体生成。

用pH试纸测定乙酸丁酯的酸性，并嗅闻乙酸丁酯的香味。

分去水层，

收集乙酸丁酯。

实验现象记录：

制备时：

大试管反应液上有油状液体

提纯时：

得到无色透明的油状液体，有香味

乙酸丁酯状态：

液体分层，乙酸丁酯处于上层，无色透明的油状液体

3．计算乙酸丁酯产率（选做）。

乙酸丁酯体积为ml。

，质量为g（乙酸丁酯密度0.882g／cm3）。

乙酸丁酯理论产量为g（以0.1mol丁醇计算）。

乙酸丁酯产率（

）：

。

附：