一套工业制备盐酸的演示装置的制造方法
【专利摘要】一套工业制备盐酸的演示装置，包括电解单元、合成炉模拟单元及尾气处理单元，电解单元包括U型管、电源、石墨碳棒及密封塞；合成炉模拟单元包括燃烧管、杯形容器及管口密封的三角漏斗，燃烧管包括内管及外管，外管中下部通过导管一与U型管产生氢气的一端相通连接，该导管一上设有活塞开关一，内管下端插设于U型管产生氯气的一端，内管下端部设有活塞开关二，内管上端口位于外管上端口内部，杯形容器设于外管中上部外侧壁，且装有蒸馏水，管口密封的三角漏斗倒扣在杯形容器上并将外管管口罩住。该演示装置，可形象生动地为学生演示工业盐酸制备过程，并可演示氯碱工业电解饱和食盐水的过程及对产物进行验证，加深了学生对于氯碱工业的理解。
【专利说明】
一套工业制备盐酸的演示装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种化学实验演示装置，更为具体地说是指一套工业制备盐酸的演示装置。
【背景技术】
[0002]盐酸是重要的工业原料，其生产原料氢气和氯气来自氯碱工业产品。目前，工业盐酸生产一般采用石墨三合一合成炉法。三合一炉主要生产流程为:氢气经缓冲罐和阻火器，通过止逆阀与经过氯气缓冲罐的氯气在灯头处汇合进入合成炉燃烧，生成氯化氢气体。氯化氢气体在炉内被稀酸吸收，生成合格浓度的盐酸，未被吸收的气体进入尾气回收塔，用纯水喷淋吸收，形成稀酸进人合成炉内作吸收液。
[0003]然而，中学化学在介绍几种重要的工业用酸的生产工艺时，重点介绍的是硫酸和硝酸，盐酸的生产却一笔带过。如苏教版化学I在介绍氯气的化学性质时仅用一行字“氢气在氯气中燃烧生成氯化氢，氯化氢气体溶于水后得到盐酸。”这不仅无法让教师为学生演示氯碱工业电解饱和食盐水的过程及产物的验证，还无法演示工业制备盐酸的过程。如果有盐酸工业制法的演示装置，既可介绍氢气在氯气中燃烧出现苍白色火焰等特殊的反应现象，又可以引导学生认识氢气氯气燃烧过程中可能引起爆炸等安全事故是如何避免的、反应生成的氯化氢气体是如何收集的、过量的氢气或者氯气是如何处理的。在教会学生科学知识的同时，有利于培养学生正确的实验观、科学本质观、化学价值观等核心观念。因此，提供一套工业制备盐酸的演示装置是非常有必要的。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供一套工业制备盐酸的演示装置，以解决现有演示装置无法为学生演示工业制备盐酸的过程等缺点。
[0005]本实用新型采用如下技术方案:
[0006]—套工业制备盐酸的演示装置，包括电解单元、合成炉模拟单元以及尾气处理单元，其中，所述电解单元包括U型管、电源、石墨碳棒以及密封塞，U型管内装满饱和食盐水，U型管的两端分别设一个所述密封塞，该U型管两端还分别设有一穿过密封塞与饱和食盐水接触的所述石墨碳棒，两个石墨碳棒分别与电源的正极、负极对应连接，连接电源正极的石墨碳棒周边产生氯气，连接电源负极的石墨碳棒周边产生氢气;所述合成炉模拟单元包括燃烧管、杯形容器以及管口密封的三角漏斗，所述燃烧管包括内管及外管，外管中下部通过导管一与U型管产生氢气的一端相通连接，该导管一上设有活塞开关一，内管下端插设于U型管产生氯气的一端，内管下端部设有活塞开关二，内管上端口位于外管上端口内部，所述杯形容器设于外管中上部外侧壁上，该杯形容器中装有蒸馏水，管口密封的三角漏斗倒扣在所述杯形容器上并将所述外管管口罩住。
[0007]进一步地，所述U型管产生氢气的一端还插有一三角漏斗，用于暂存被氯气及氢气压出的溶液。
[0008]进一步地，所述尾气处理单元包括装有肥皂水的烧杯一和装有氢氧化钠溶液的烧杯二，其中，U型管产生氢气的一端通过支管一伸入至所述烧杯一的肥阜水内，该支管一上设有活塞开关三，U型管产生氯气的一端通过支管二伸入至所述烧杯二的氢氧化钠溶液内，该支管二上设有活塞开关四。
[0009]进一步地，所述外管的底部还设有导管二，该导管二上设有活塞开关五，优选地，该导管二的末端伸入至上述烧杯二内，不与氢氧化钠溶液接触。
[0010]优选地，所述密封塞为橡皮塞。
[OO11 ] 优选地，所述饱和食盐水采用热的饱和食盐水，具体温度为30?50 0C。
[0012]优选地，所述电源采用直流电源，电压控制在8?16V。
[0013]由上述对本实用新型结构的描述可知，和现有技术相比，本实用新型具有如下优占.V.
[0014]1、本实用新型演示装置，可形象生动地为学生演示工业盐酸制备过程，并可演示氯碱工业电解饱和食盐水的过程及对产物进行验证，加深了学生对于氯碱工业的理解。
[0015]2、本实用新型演示装置，合成炉模拟单元巧妙地采用由内、外管组成的燃烧管与电解单元的U型管连接，并在外管设置杯形容器装蒸馏水，配合外管管口密封的倒扣三角漏斗作为氯化氢的吸收装置，在吸收氯化氢的同时还可以有效地防止有毒气体的外溢。
[0016]3、本实用新型演示装置，在外管底部设置了导管二，并设有活塞开关五，解决了液体可能堵塞导管一的问题，使氢气可以顺畅地燃烧。
[0017]4、本实用新型演示装置，选用U型管、热的饱和食盐水以及16V电压进行电解，可以使学生在短时间内观察大量的无色氢气、黄绿色氯气产生，氢气氯气燃烧时苍白色火焰及白雾、三角漏斗壁上的小液滴及试纸的变色清晰地展示了氯化氢的产生和盐酸的生成，明显的现象有利于学生直观理解工业盐酸的制备过程，使理论和实际有效对接。
[0018]5、本实用新型演示装置，对收集到的氢气进行验纯，确保燃烧安全;使用肥皂水处理多余的氢气，防止安全事故的发生;燃烧器外管容积大于内管，确保燃烧时氢气多于氯气，防止氯气因燃烧不完全污染空气;使用氢氧化钠溶液吸收过量的氯气，使用管口封闭的三角漏斗倒扣在燃烧管上方，有效地防止有毒气体飘散污染空气。这些设计在确保学生放心观察实验现象的同时，在潜移默化中提升了学生的安全环保意识。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的结构示意图。
[0020]图2为本实用新型合成炉模拟单元的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0022]一套工业制备盐酸的演示装置，参照图1，包括电解单元10、合成炉模拟单元20以及尾气处理单元30，其中，所述电解单元包括U型管11、电源12、石墨碳棒13以及密封塞14，U型管11内装满饱和食盐水，U型管11的两端分别设一个所述密封塞14，该U型管11两端还分别设有一穿过密封塞14与饱和食盐水接触的所述石墨碳棒13，两个石墨碳棒13分别与电源12的正极、负极对应连接，连接电源正极的石墨碳棒13周边产生氯气，连接电源负极的石墨碳棒13周边产生氢气。U型管11产生氢气一端还插设有一三角漏斗15，用于暂存被氯气及氢气压出的溶液。
[0023]结合图2，所述合成炉模拟单元20包括燃烧管21、杯形容器22以及管口密封的三角漏斗23，所述燃烧管21包括内管211及外管212，外管212中下部通过导管一24与U型管11产生氢气的一端相通连接，该导管一上设有活塞开关一241，内管211下端插设于U型管产生氯气的一端，内管211下端部设有活塞开关二2111，内管211上端口位于外管212上端口内部，所述杯形容器22设于外管212中上部外侧壁上，该杯形容器22中装有蒸馏水及pH试纸，用于吸收和检验氯化氢。管口密封的三角漏斗23倒扣在所述杯形容器22上并将所述外管212管口罩住。
[0024]参照图1，所述尾气处理单元30包括装有肥皂水的烧杯一31和装有氢氧化钠溶液的烧杯二32，其中，U型管11产生氢气的一端通过支管一 16伸入至所述烧杯一31的肥阜水内，该支管一 16上设有活塞开关三161，用于将可能过量的氢气通过导入形成气泡燃烧除去。U型管产生氯气的一端通过支管二 17伸入至所述烧杯二32的氢氧化钠溶液内，该支管二17上设有活塞开关四171，用于除去可能过量的氯气。所述外管212的底部还设有导管二 25，该导管二25上设有活塞开关五251，优选地，该导管二25的末端伸入至上述烧杯二32内，但不与氢氧化钠溶液接触。
[0025]上述密封塞优选橡皮塞；上述饱和食盐水采用热的饱和食盐水，具体温度为30?50°C;上述电源采用直流电源，电压控制在8?16V。
[0026]以下参照图1和图2说明本实用新型具体的实验步骤及现象
[0027]1.1热的饱和食盐水的配制
[0028]热的饱和食盐水是本实验使用的唯一试剂，将足量氯化钠溶解在热水中便可得至IJ。使用热的溶液基于两个原因，一是热的溶液可加快溶解速率、提高浓度;更重要的是，溶液温度越高，氯气在其中的溶解度越小。热的饱和氯化钠溶液有利于较快收集到氯气，节约演示时间，提高课堂效率。
[0029]1.2饱和食盐水的注入
[0030]热的饱和食盐水在注入时要注意控制体积，避免因注入的溶液过多，在橡皮塞塞入时有部分液体进入活塞开关一、二 (241、2111)所在的导管，导致在排出氢气、氯气时受到液体的堵塞无法顺利排出。因此，要先进行试探，找到橡皮塞塞紧时应注入溶液的液面高度并作记号。正式注入溶液时，先关闭活塞开关三、四(161、171)，注入热地饱和氯化钠溶液至事先标注的高度，再将橡皮塞分别塞紧，保证溶液既充满U型管11，又不会排入导管中。
[0031]1.3饱和食盐水的电解
[0032]按图1装配好仪器后，合成炉模拟单元中杯形容器22不装水，管口密封的三角漏斗23先不扣上。本实施例电源12的右侧为正极，左侧为负极，接通直流电源，电压控制为16V，开始电解。实验室学生电源直流电输出电压最高为16V，使用该电压进行电解可以尽量缩短演示时间。电解一段时间后，U型管11左管收集到大量氢气，右管收集到的氯气较少，产生的气体将溶液压入三角漏斗15中。
[0033]1.4氢气的验纯
[0034]收集到大量氢气后，在合成炉模拟单元燃烧器21的外管212上扣上一个干燥的试管，打开活塞开关一241，使一定量的氢气进入试管中。取下试管，管口朝下，靠近酒精灯火焰，有尖锐的爆鸣声，说明所收集氢气不纯，原因在于导管中有空气存在。重复以上步骤，直到听到沉闷的“扑”声，说明合成炉模拟单元中的氢气已经纯净，为接下来的安全燃烧做好准备。
[0035]氢气要能顺畅燃烧，外管212就不能有液体堵塞。杯形容器22中不能先装蒸馏水，就是为了防止在氢气验纯时在取下外管的试管时会将液体带入燃烧管内。若因实验前注入饱和食盐水液面控制不当导致部分液体随着氢气进入外管，可先关闭活塞开关一 241，打开活塞开关五251，使外管212中液体流入装有氢氧化钠溶液的烧杯二32中。此时要求活塞开关五251连接的导管不可插入氢氧化钠溶液中，否则外管中液体无法排出。液体流出后，关闭活塞开关五251，再次进行验纯，防止有空气进入外管导致氢气不纯。
[0036]1.5氢气氯气的燃烧
[0037]往杯形容器22中注入蒸馏水至杯口Icm处，往其中放一片pH试纸。打开活塞开关一241，控制氢气流速，形成平稳气流，点燃氢气，氢气在外管212 口安静的燃烧，由于玻璃中钠元素焰色的干扰，火焰呈黄色。再打开活塞开关二 2111，氯气进入内管211，到达内管211管口瞬间，出现氢气与氧气在外管口燃烧、氢气与氯气在内管口燃烧的美丽画面。当氯气持续与氢气接触后，燃烧只在内管口进行，火焰呈苍白色。
[0038]1.6盐酸的生成和检验
[0039]在燃烧着的火焰上方罩上倒扣的管口密封的干燥三角漏斗23，氢气氯气继续燃烧，有大量白雾出现，三角漏斗23壁上有小液滴附着，放在蒸馏水中的pH试纸变红，与燃烧前形成明显对比，说明反应有氯化氢气体生成且有部分溶解于水中形成盐酸。
[0040]1.7尾气的处理
[0041]燃烧一段时间后，由于氢气或者氯气中一种气体已经耗尽，燃烧结束，关闭活塞开关一、二(241、2111)。如果是氢气有剩余，则打开活塞开关三161，将氢气排入肥阜水中形成气泡，点燃除去，防止出现安全事故;如果是氯气剩余，则打开活塞开关四171，将氯气排入氢氧化钠溶液中吸收，防止污染空气。
[0042]上述仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。
【主权项】
1.一套工业制备盐酸的演示装置，其特征在于:包括电解单元、合成炉模拟单元以及尾气处理单元，其中，所述电解单元包括U型管、电源、石墨碳棒以及密封塞，U型管内装满饱和食盐水，U型管的两端分别设一个所述密封塞，该U型管两端还分别设有一穿过密封塞与饱和食盐水接触的所述石墨碳棒，两个石墨碳棒分别与电源的正极、负极对应连接，连接电源正极的石墨碳棒周边产生氯气，连接电源负极的石墨碳棒周边产生氢气;所述合成炉模拟单元包括燃烧管、杯形容器以及管口密封的三角漏斗，所述燃烧管包括内管及外管，外管中下部通过导管一与U型管产生氢气的一端相通连接，该导管一上设有活塞开关一，内管下端插设于U型管产生氯气的一端，内管下端部设有活塞开关二，内管上端口位于外管上端口内部，所述杯形容器设于外管中上部外侧壁上，该杯形容器中装有蒸馏水，管口密封的三角漏斗倒扣在所述杯形容器上并将所述外管管口罩住。2.如权利要求1所述的一套工业制备盐酸的演示装置，其特征在于:所述U型管产生氢气的一端还插有一三角漏斗，用于暂存被氯气及氢气压出的溶液。3.如权利要求1所述的一套工业制备盐酸的演示装置，其特征在于:所述尾气处理单元包括装有肥皂水的烧杯一和装有氢氧化钠溶液的烧杯二，其中，U型管产生氢气的一端通过支管一伸入至所述烧杯一的肥皂水内，该支管一上设有活塞开关三，U型管产生氯气的一端通过支管二伸入至所述烧杯二的氢氧化钠溶液内，该支管二上设有活塞开关四。4.如权利要求3所述的一套工业制备盐酸的演示装置，其特征在于:所述外管的底部还设有导管二，该导管二上设有活塞开关五。5.如权利要求4所述的一套工业制备盐酸的演示装置，其特征在于:所述导管二的末端伸入所述烧杯二内，不与氢氧化钠溶液接触。6.如权利要求1所述的一套工业制备盐酸的演示装置，其特征在于:所述密封塞为橡皮塞。7.如权利要求1所述的一套工业制备盐酸的演示装置，其特征在于:所述饱和食盐水的温度为30?50°C。8.如权利要求1所述的一套工业制备盐酸的演示装置，其特征在于:所述电源采用直流电源，电压控制在8?16V。
【文档编号】G09B23/24GK205665948SQ201620229445
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】叶永谦
【申请人】叶永谦