一套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置的制造方法
【專利摘要】一套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置，包括電解單元、合成爐模擬單元及尾氣處理單元，電解單元包括U型管、電源、石墨碳棒及密封塞；合成爐模擬單元包括燃燒管、杯形容器及管口密封的三角漏斗，燃燒管包括內管及外管，外管中下部通過導管一與U型管產生氫氣的一端相通連接，該導管一上設有活塞開關一，內管下端插設于U型管產生氯氣的一端，內管下端部設有活塞開關二，內管上端口位于外管上端口內部，杯形容器設于外管中上部外側壁，且裝有蒸餾水，管口密封的三角漏斗倒扣在杯形容器上并將外管管口罩住。該演示裝置，可形象生動地為學生演示工業(yè)鹽酸制備過程，并可演示氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水的過程及對產物進行驗證，加深了學生對于氯堿工業(yè)的理解。
【專利說明】
一套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種化學實驗演示裝置，更為具體地說是指一套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置。
【背景技術】
[0002]鹽酸是重要的工業(yè)原料，其生產原料氫氣和氯氣來自氯堿工業(yè)產品。目前，工業(yè)鹽酸生產一般采用石墨三合一合成爐法。三合一爐主要生產流程為:氫氣經緩沖罐和阻火器，通過止逆閥與經過氯氣緩沖罐的氯氣在燈頭處匯合進入合成爐燃燒，生成氯化氫氣體。氯化氫氣體在爐內被稀酸吸收，生成合格濃度的鹽酸，未被吸收的氣體進入尾氣回收塔，用純水噴淋吸收，形成稀酸進人合成爐內作吸收液。
[0003]然而，中學化學在介紹幾種重要的工業(yè)用酸的生產工藝時，重點介紹的是硫酸和硝酸，鹽酸的生產卻一筆帶過。如蘇教版化學I在介紹氯氣的化學性質時僅用一行字“氫氣在氯氣中燃燒生成氯化氫，氯化氫氣體溶于水后得到鹽酸?！边@不僅無法讓教師為學生演示氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水的過程及產物的驗證，還無法演示工業(yè)制備鹽酸的過程。如果有鹽酸工業(yè)制法的演示裝置，既可介紹氫氣在氯氣中燃燒出現蒼白色火焰等特殊的反應現象，又可以引導學生認識氫氣氯氣燃燒過程中可能引起爆炸等安全事故是如何避免的、反應生成的氯化氫氣體是如何收集的、過量的氫氣或者氯氣是如何處理的。在教會學生科學知識的同時，有利于培養(yǎng)學生正確的實驗觀、科學本質觀、化學價值觀等核心觀念。因此，提供一套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置是非常有必要的。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型提供一套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置，以解決現有演示裝置無法為學生演示工業(yè)制備鹽酸的過程等缺點。
[0005]本實用新型采用如下技術方案:
[0006]—套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置，包括電解單元、合成爐模擬單元以及尾氣處理單元，其中，所述電解單元包括U型管、電源、石墨碳棒以及密封塞，U型管內裝滿飽和食鹽水，U型管的兩端分別設一個所述密封塞，該U型管兩端還分別設有一穿過密封塞與飽和食鹽水接觸的所述石墨碳棒，兩個石墨碳棒分別與電源的正極、負極對應連接，連接電源正極的石墨碳棒周邊產生氯氣，連接電源負極的石墨碳棒周邊產生氫氣;所述合成爐模擬單元包括燃燒管、杯形容器以及管口密封的三角漏斗，所述燃燒管包括內管及外管，外管中下部通過導管一與U型管產生氫氣的一端相通連接，該導管一上設有活塞開關一，內管下端插設于U型管產生氯氣的一端，內管下端部設有活塞開關二，內管上端口位于外管上端口內部，所述杯形容器設于外管中上部外側壁上，該杯形容器中裝有蒸餾水，管口密封的三角漏斗倒扣在所述杯形容器上并將所述外管管口罩住。
[0007]進一步地，所述U型管產生氫氣的一端還插有一三角漏斗，用于暫存被氯氣及氫氣壓出的溶液。
[0008]進一步地，所述尾氣處理單元包括裝有肥皂水的燒杯一和裝有氫氧化鈉溶液的燒杯二，其中，U型管產生氫氣的一端通過支管一伸入至所述燒杯一的肥阜水內，該支管一上設有活塞開關三，U型管產生氯氣的一端通過支管二伸入至所述燒杯二的氫氧化鈉溶液內，該支管二上設有活塞開關四。
[0009]進一步地，所述外管的底部還設有導管二，該導管二上設有活塞開關五，優(yōu)選地，該導管二的末端伸入至上述燒杯二內，不與氫氧化鈉溶液接觸。
[0010]優(yōu)選地，所述密封塞為橡皮塞。
[OO11 ] 優(yōu)選地，所述飽和食鹽水采用熱的飽和食鹽水，具體溫度為30?50 0C。
[0012]優(yōu)選地，所述電源采用直流電源，電壓控制在8?16V。
[0013]由上述對本實用新型結構的描述可知，和現有技術相比，本實用新型具有如下優(yōu)占.V.
[0014]1、本實用新型演示裝置，可形象生動地為學生演示工業(yè)鹽酸制備過程，并可演示氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水的過程及對產物進行驗證，加深了學生對于氯堿工業(yè)的理解。
[0015]2、本實用新型演示裝置，合成爐模擬單元巧妙地采用由內、外管組成的燃燒管與電解單元的U型管連接，并在外管設置杯形容器裝蒸餾水，配合外管管口密封的倒扣三角漏斗作為氯化氫的吸收裝置，在吸收氯化氫的同時還可以有效地防止有毒氣體的外溢。
[0016]3、本實用新型演示裝置，在外管底部設置了導管二，并設有活塞開關五，解決了液體可能堵塞導管一的問題，使氫氣可以順暢地燃燒。
[0017]4、本實用新型演示裝置，選用U型管、熱的飽和食鹽水以及16V電壓進行電解，可以使學生在短時間內觀察大量的無色氫氣、黃綠色氯氣產生，氫氣氯氣燃燒時蒼白色火焰及白霧、三角漏斗壁上的小液滴及試紙的變色清晰地展示了氯化氫的產生和鹽酸的生成，明顯的現象有利于學生直觀理解工業(yè)鹽酸的制備過程，使理論和實際有效對接。
[0018]5、本實用新型演示裝置，對收集到的氫氣進行驗純，確保燃燒安全;使用肥皂水處理多余的氫氣，防止安全事故的發(fā)生;燃燒器外管容積大于內管，確保燃燒時氫氣多于氯氣，防止氯氣因燃燒不完全污染空氣;使用氫氧化鈉溶液吸收過量的氯氣，使用管口封閉的三角漏斗倒扣在燃燒管上方，有效地防止有毒氣體飄散污染空氣。這些設計在確保學生放心觀察實驗現象的同時，在潛移默化中提升了學生的安全環(huán)保意識。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0020]圖2為本實用新型合成爐模擬單元的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0022]一套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置，參照圖1，包括電解單元10、合成爐模擬單元20以及尾氣處理單元30，其中，所述電解單元包括U型管11、電源12、石墨碳棒13以及密封塞14，U型管11內裝滿飽和食鹽水，U型管11的兩端分別設一個所述密封塞14，該U型管11兩端還分別設有一穿過密封塞14與飽和食鹽水接觸的所述石墨碳棒13，兩個石墨碳棒13分別與電源12的正極、負極對應連接，連接電源正極的石墨碳棒13周邊產生氯氣，連接電源負極的石墨碳棒13周邊產生氫氣。U型管11產生氫氣一端還插設有一三角漏斗15，用于暫存被氯氣及氫氣壓出的溶液。
[0023]結合圖2，所述合成爐模擬單元20包括燃燒管21、杯形容器22以及管口密封的三角漏斗23，所述燃燒管21包括內管211及外管212，外管212中下部通過導管一24與U型管11產生氫氣的一端相通連接，該導管一上設有活塞開關一241，內管211下端插設于U型管產生氯氣的一端，內管211下端部設有活塞開關二2111，內管211上端口位于外管212上端口內部，所述杯形容器22設于外管212中上部外側壁上，該杯形容器22中裝有蒸餾水及pH試紙，用于吸收和檢驗氯化氫。管口密封的三角漏斗23倒扣在所述杯形容器22上并將所述外管212管口罩住。
[0024]參照圖1，所述尾氣處理單元30包括裝有肥皂水的燒杯一31和裝有氫氧化鈉溶液的燒杯二32，其中，U型管11產生氫氣的一端通過支管一 16伸入至所述燒杯一31的肥阜水內，該支管一 16上設有活塞開關三161，用于將可能過量的氫氣通過導入形成氣泡燃燒除去。U型管產生氯氣的一端通過支管二 17伸入至所述燒杯二32的氫氧化鈉溶液內，該支管二17上設有活塞開關四171，用于除去可能過量的氯氣。所述外管212的底部還設有導管二 25，該導管二25上設有活塞開關五251，優(yōu)選地，該導管二25的末端伸入至上述燒杯二32內，但不與氫氧化鈉溶液接觸。
[0025]上述密封塞優(yōu)選橡皮塞；上述飽和食鹽水采用熱的飽和食鹽水，具體溫度為30?50°C;上述電源采用直流電源，電壓控制在8?16V。
[0026]以下參照圖1和圖2說明本實用新型具體的實驗步驟及現象
[0027]1.1熱的飽和食鹽水的配制
[0028]熱的飽和食鹽水是本實驗使用的唯一試劑，將足量氯化鈉溶解在熱水中便可得至IJ。使用熱的溶液基于兩個原因，一是熱的溶液可加快溶解速率、提高濃度;更重要的是，溶液溫度越高，氯氣在其中的溶解度越小。熱的飽和氯化鈉溶液有利于較快收集到氯氣，節(jié)約演示時間，提高課堂效率。
[0029]1.2飽和食鹽水的注入
[0030]熱的飽和食鹽水在注入時要注意控制體積，避免因注入的溶液過多，在橡皮塞塞入時有部分液體進入活塞開關一、二 (241、2111)所在的導管，導致在排出氫氣、氯氣時受到液體的堵塞無法順利排出。因此，要先進行試探，找到橡皮塞塞緊時應注入溶液的液面高度并作記號。正式注入溶液時，先關閉活塞開關三、四(161、171)，注入熱地飽和氯化鈉溶液至事先標注的高度，再將橡皮塞分別塞緊，保證溶液既充滿U型管11，又不會排入導管中。
[0031]1.3飽和食鹽水的電解
[0032]按圖1裝配好儀器后，合成爐模擬單元中杯形容器22不裝水，管口密封的三角漏斗23先不扣上。本實施例電源12的右側為正極，左側為負極，接通直流電源，電壓控制為16V，開始電解。實驗室學生電源直流電輸出電壓最高為16V，使用該電壓進行電解可以盡量縮短演示時間。電解一段時間后，U型管11左管收集到大量氫氣，右管收集到的氯氣較少，產生的氣體將溶液壓入三角漏斗15中。
[0033]1.4氫氣的驗純
[0034]收集到大量氫氣后，在合成爐模擬單元燃燒器21的外管212上扣上一個干燥的試管，打開活塞開關一241，使一定量的氫氣進入試管中。取下試管，管口朝下，靠近酒精燈火焰，有尖銳的爆鳴聲，說明所收集氫氣不純，原因在于導管中有空氣存在。重復以上步驟，直到聽到沉悶的“撲”聲，說明合成爐模擬單元中的氫氣已經純凈，為接下來的安全燃燒做好準備。
[0035]氫氣要能順暢燃燒，外管212就不能有液體堵塞。杯形容器22中不能先裝蒸餾水，就是為了防止在氫氣驗純時在取下外管的試管時會將液體帶入燃燒管內。若因實驗前注入飽和食鹽水液面控制不當導致部分液體隨著氫氣進入外管，可先關閉活塞開關一 241，打開活塞開關五251，使外管212中液體流入裝有氫氧化鈉溶液的燒杯二32中。此時要求活塞開關五251連接的導管不可插入氫氧化鈉溶液中，否則外管中液體無法排出。液體流出后，關閉活塞開關五251，再次進行驗純，防止有空氣進入外管導致氫氣不純。
[0036]1.5氫氣氯氣的燃燒
[0037]往杯形容器22中注入蒸餾水至杯口Icm處，往其中放一片pH試紙。打開活塞開關一241，控制氫氣流速，形成平穩(wěn)氣流，點燃氫氣，氫氣在外管212 口安靜的燃燒，由于玻璃中鈉元素焰色的干擾，火焰呈黃色。再打開活塞開關二 2111，氯氣進入內管211，到達內管211管口瞬間，出現氫氣與氧氣在外管口燃燒、氫氣與氯氣在內管口燃燒的美麗畫面。當氯氣持續(xù)與氫氣接觸后，燃燒只在內管口進行，火焰呈蒼白色。
[0038]1.6鹽酸的生成和檢驗
[0039]在燃燒著的火焰上方罩上倒扣的管口密封的干燥三角漏斗23，氫氣氯氣繼續(xù)燃燒，有大量白霧出現，三角漏斗23壁上有小液滴附著，放在蒸餾水中的pH試紙變紅，與燃燒前形成明顯對比，說明反應有氯化氫氣體生成且有部分溶解于水中形成鹽酸。
[0040]1.7尾氣的處理
[0041]燃燒一段時間后，由于氫氣或者氯氣中一種氣體已經耗盡，燃燒結束，關閉活塞開關一、二(241、2111)。如果是氫氣有剩余，則打開活塞開關三161，將氫氣排入肥阜水中形成氣泡，點燃除去，防止出現安全事故;如果是氯氣剩余，則打開活塞開關四171，將氯氣排入氫氧化鈉溶液中吸收，防止污染空氣。
[0042]上述僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的設計構思并不局限于此，凡利用此構思對本實用新型進行非實質性的改動，均應屬于侵犯本實用新型保護范圍的行為。
【主權項】
1.一套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置，其特征在于:包括電解單元、合成爐模擬單元以及尾氣處理單元，其中，所述電解單元包括U型管、電源、石墨碳棒以及密封塞，U型管內裝滿飽和食鹽水，U型管的兩端分別設一個所述密封塞，該U型管兩端還分別設有一穿過密封塞與飽和食鹽水接觸的所述石墨碳棒，兩個石墨碳棒分別與電源的正極、負極對應連接，連接電源正極的石墨碳棒周邊產生氯氣，連接電源負極的石墨碳棒周邊產生氫氣;所述合成爐模擬單元包括燃燒管、杯形容器以及管口密封的三角漏斗，所述燃燒管包括內管及外管，外管中下部通過導管一與U型管產生氫氣的一端相通連接，該導管一上設有活塞開關一，內管下端插設于U型管產生氯氣的一端，內管下端部設有活塞開關二，內管上端口位于外管上端口內部，所述杯形容器設于外管中上部外側壁上，該杯形容器中裝有蒸餾水，管口密封的三角漏斗倒扣在所述杯形容器上并將所述外管管口罩住。2.如權利要求1所述的一套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置，其特征在于:所述U型管產生氫氣的一端還插有一三角漏斗，用于暫存被氯氣及氫氣壓出的溶液。3.如權利要求1所述的一套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置，其特征在于:所述尾氣處理單元包括裝有肥皂水的燒杯一和裝有氫氧化鈉溶液的燒杯二，其中，U型管產生氫氣的一端通過支管一伸入至所述燒杯一的肥皂水內，該支管一上設有活塞開關三，U型管產生氯氣的一端通過支管二伸入至所述燒杯二的氫氧化鈉溶液內，該支管二上設有活塞開關四。4.如權利要求3所述的一套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置，其特征在于:所述外管的底部還設有導管二，該導管二上設有活塞開關五。5.如權利要求4所述的一套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置，其特征在于:所述導管二的末端伸入所述燒杯二內，不與氫氧化鈉溶液接觸。6.如權利要求1所述的一套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置，其特征在于:所述密封塞為橡皮塞。7.如權利要求1所述的一套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置，其特征在于:所述飽和食鹽水的溫度為30?50°C。8.如權利要求1所述的一套工業(yè)制備鹽酸的演示裝置，其特征在于:所述電源采用直流電源，電壓控制在8?16V。
【文檔編號】G09B23/24GK205665948SQ201620229445
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】葉永謙
【申請人】葉永謙