实验一 碳酸氢铵和氯化钠制备碳酸钠

实验一碳酸氢铵和氯化钠制备碳酸钠一、实验目的1、通过实验了解联合制碱法的反应原理。

2、学会利用各种盐类溶解度的差异并通过复分解反应来制取一种盐的方法。

二、原理碳酸钠又名苏打，工业上叫纯碱。

用途很广，工业上的联合制碱法是将二氧化碳和氨气通入氯化钠溶液中，先生成碳酸氢钠，再高温下灼烧，使它失去一部分二氧化碳，转化为碳酸纳。

反应方程式：NH3+CO2+H2O+NaCl==NaHCO3↓+NH4Cl△NaHCO3===Na2CO3+H2O+CO2↑在第一个反应中，实质上是碳酸氢铵与氯化钠在水溶液中的复分解反应，因此本实验直接用碳酸氢铵与氯化纳作用来制取碳酸氢钠反应方程式NH4HCO3+NaCl==NH4Cl+NaHCO3↓NH4Cl、NaCl、NH4HCO3和NaHCO3同时存在于水溶液中，是一个复杂的四元交互体系。

它们在水溶液中的溶解度互相发生影响。

不过，根据各纯净盐在不同温度下在水中的溶解度的互相对比，也仍然可以粗略地判断出以上反应体系中分离几种盐的最佳条件和适宜的操作步骤。

各种纯净盐在水中溶解度见下表：表1 各种纯净盐在水中溶解度当温度超过35℃NH4HCO3就开始分解。

所以反应温度不能超过35℃。

但温度太低又影响了NH4HCO3的溶解度。

故反应温度又不宜低于30℃。

另外从外表还可以看出NaHCO3在30~35℃温度范围内的溶解度在四种盐中是最低的，所以当使研细的固体NH4HCO3溶于浓的NaCl溶液中，在充分搅拌下，就析出NaHCO3晶体。

三、实验材料及设备（一）原料及试剂1、碳酸氢铵（工业纯或化学纯）2、氯化钠（工业纯或食盐）3、酚酞指示剂0.5%溶液4、甲基橙指示剂0.1N5、HCl标准溶液0.1N（二）设备及仪器1、恒温水浴锅2、5000ml烧杯3、布式漏斗4、抽滤瓶5、真空泵6、温度计四、实验步骤（一）化盐与精制往2500ml烧杯中加入1000ml24~25%的粗盐水溶液。

用3NNaOH和3NNa2CO3组成1∶1（体积比）的混合溶液调至pH=11左右，得到胶状沉淀[Mg2（OH）2CO3，CaCO3]加热至沸，抽滤，分离沉淀。

将滤液用6NHCl调pH至7。

（二）转化将盛有滤液的烧杯放在水浴上加热，控制溶液温度在30-35之间。

在不断搅拌的情况下。

分多次把420研细的碳酸氢铵加入滤液中。

加完料后，继续保温，搅拌半小时，使反应充分进行。

静置，抽滤，得到NaHCO3晶体，用少量水洗涤二次（除去粘附的铵盐）。

再抽干。

称湿重。

母液回收，留作制取NH4Cl之用。

（三）制纯碱将抽干的NaHCO3放入蒸发皿中，在煤气灯上灼烧2小时，即得到纯碱。

冷却到室温，称重。

在分析天平上准确称取二份纯碱（产品）G克（准确到0.0001克，G一般为0.25克左右），将其中一份放入锥形瓶中用100ml蒸馏水溶解，加酚酞指示剂2滴，用已知准确浓度为0.1N的盐酸溶液滴定至使溶液由红到近无色，记下所用盐酸的体积V1，再加2滴甲基橙指示剂，这时溶液为黄色，继续用上述盐酸溶液滴定，使溶液由黄至橙，加热煮沸1~2分钟，冷却后，溶液又为黄色，再用盐酸滴至橙色，半分钟不退为止。

记下所用盐酸的总体积V 2（V 2包括V 1）。

按下式计算碳酸钠的百分含量。

Na 2CO 3%=100103231⨯⨯⨯⨯-GM V N CO Na HCl式中32CO Na M —Na 2CO 3分子量 提示：第一步滴定以酚酞为指示剂，其滴定终点反应为：-23CO ++H ==-3HCO 所以中和样品中全部Na 2CO 3所消耗的盐酸体积应为V 1的二倍（2V 1）。

而中和样品中NaHCO 3所消耗的盐酸体积则为V 2-2V 1。

碳酸氢钠的百分含量计算如下：NaHCO 3%=1001000)2(312⨯⨯-GM V V N NaHCO HCl式中3NaHCO M —NaHCO 3的分子量 纯碱的产率计算：理论产量：由粗盐（按90%）计算实际产量：由产品重量×Na 2CO 3的百分含量。

产率=100⨯理论产率实际产率另一份样品按上述实验步骤及计算方法重复一遍，将数据结果汇总于下表。

纯碱的分析数据及Na 2CO 3产率五、思考题1、 为什么计算Na 2CO 3产率时要根据NaCl 用量？影响Na 2CO 3产率的因素有哪些？2、 氯化钠不预先提纯将对产品有何影响？为什么氯化钠中的硫酸根离子不要预先除去？实验二 离子交换法从盐卤中提取碘一、实验目的了解离子交换法生产碘的基本原理及各生产过程。

二、原理离子交换法是目前分离富集中应用较广的一种实验及工业生产方法。

它的分离过程是在离子交换树脂上进行的。

这种树脂是人工合成的固态高分子聚合物。

它具有网状骨架结构。

在其骨架结构上含有许多活性官能团，可以和溶液中的离子进行选择性地交换。

目前用于碘生产最广泛的是聚苯乙烯季胺盐型阴离子树脂，它是在苯乙烯和二乙烯苯的共聚物上，引入季胺基而成。

其官能团为R=-+X ，其中的阴离子可以在溶液中与阴离子（例如---I Br Cl 、、等）进行交换。

R=-+X N + -Cl == R=-+Cl N + -X阴离子与树脂亲合力的大小有如下顺序：------＞OH ＞Cl ＞Br ＞NO ＞HSO I34，盐卤中的碘通常以离子状态存在，加入一定的氧化剂可将-I 氧化成2I ，利用碘具有的聚分子性质：（2n+1）-I +2Cl ==-+12n I + -Cl n 为1，2，3，……。

碘可以聚分子离子状态被树脂吸附，而其余的离子则保留在溶液中，从而达到分离的目的。

吸附了碘的树脂用还原剂亚硫酸钠解脱，为得到碘的富集，富集液可用氧化剂再次氧化其中的碘，静置析出碘晶体。

碘晶体再经精制可得产品。

树脂用氯化钠溶液再生后循环使用。

三、工艺流程循环使用产品四、实验材料及设备（一）原料及试剂1、盐卤水每升约含碘200mg2、次氯酸钠溶液（工业级或化学纯）3、亚硫酸钠（工业级或化学纯）配成10%水溶液4、氯化钠（食用盐）配成10%水溶液5、盐酸（工业级或化学纯）6、硫酸（工业级或化学纯）7、国产717型强碱性阴离子交换树脂（二）设备及仪器离子交换柱Φ50×500玻璃柱或用100ml滴定管代替spm酸度计甘汞电极铂电极5000ml 玻璃小口瓶 200ml 广口玻璃瓶 2000ml 烧杯五、实验步骤（一）树脂处理将国产717苯乙烯强碱性阴离子交换树脂（氯型）R=-+Cl N 泡在水中，使它充分膨胀（8—24小时），如树脂干，则用盐水浸泡，防止树脂膨胀速度太快，造成胀裂。

然后用5%稀盐酸浸泡2小时，用水将酸洗去备用。

（二）装柱用一支100ml 酸式滴定管，下部放一小团玻璃毛，在滴定管中充入水至三分之一高度，排除管中玻璃毛中的空气。

然后将备好的树脂和水搅匀成糊状，从滴定管上端倾入（树脂随水一起倾入，防止树脂分层），使树脂自然沉下，同时将多余的水自尖嘴排出。

树脂高度为20cm 。

当上部残留水达0.5cm 时，在顶部也装入一小团玻璃毛，防止注入溶液时将树脂冲起。

在操作过程中树脂要一直保持为水覆盖，防止水流干而有气泡进入。

如果树脂床中进了空气，会产生缝隙，使交换效果降低。

在这种情况下需重新装柱，或用水从一端通入管柱进行逆流冲洗赶走气泡。

（三）料液氧化将含碘盐卤水盛于5000ml 玻璃瓶中，加入1∶1盐酸酸化至pH=3左右，加入氯气或次氯酸钠溶液氧化碘，用spm 酸度计测定氯化液的电位，控制电位在540±5mV 。

（四）交换吸附将氧化后的料液用乳胶管引入已装好树脂的滴定管上端，打开下端活塞，让料液自上而下流过树脂床层，控制流速在0.5ml/ml 树脂·分，保证穿透率＜10%。

树脂吸碘后变红色，当树脂吸饱碘后，将变成黑色。

（五）解脱再生吸饱碘的树脂，用2倍树脂体积的水冲洗，流速控制在0.05ml/min 树脂·分，然后将水放出至树脂上部残留水0.5cm ；加2倍树脂体积的亚硫酸钠溶液。

放出树脂缝隙中的水，使还原液与树脂充分接触，放置2小时，以0.05ml/ml 树脂·分的速度淋洗，然后再用10倍树脂体积的10%NaCl+1%HCl 溶液再生树脂，解脱再生液分段接取，前8倍树脂体积用于析碘，于后溶液返回料液氧化后再吸附。

树脂可用于下一次吸附。

（六）碘析向碘富集液中加入101 倍体积的1∶1的硫酸，然后按溶液中含有的碘总量，加入51倍的KClO 3氧化，氯酸钾分3次加入，第一次加入总量的53，搅拌均匀，静置过度，第二次加入重量的51，第三次加入51，后二次加入氯酸钾后，只是在上层清液中轻轻搅拌，以免将结晶的碘搅碎。

每次加入氯酸钾后都需静置过夜，以使碘晶体生长。

将结晶好的碘用砂芯漏斗抽滤并水洗2次得到粗碘。

（七）碘精制将粗碘装入烧瓶中，加入41倍（重量）的浓硫酸，于电炉上加热至146℃，保温20分钟，然后用气压瓶压出碘，用陶瓷器皿承接，冷却后打碎即得成品。

（八）产品检验取样（母液2.00ml,料液5.00ml ，流出液25.00ml ）于250ｍl 锥形瓶中，加蒸馏水稀释至50ml ，加甲基红指示剂1滴，用0.1N HCl 和0.1N NaOH 调至刚好变为红色，加5ml 饱和溴水，加热至冒大气泡，沿壁加入20%甲酸钠5ml ，煮沸两分钟，水吹壁，再煮沸，冷却至室温，加0.5gKI 固体，5ml 6N H 2SO 4（或6HCl ），用0.003NNa 2S 2O 3滴至浅黄，加1%淀粉溶液10滴，滴至蓝色消失，其计算公式如下：()）取样体积（））和体积（的浓度（、其中样样ml V ml N O S Na V N 10006905.126/322--------⨯⨯=-V NV l mg I 六、思考题1、树脂如果不事先浸泡或未达到充分膨胀，对离子交换分离将起到何影响？2、氧化前为何要将料液酸化？3、在离子交换法中为什么在吸附和解脱过程中要控制溶液的流速？。