海波法制硫酸

劉鎮(zhèn)溢

摘 要：在目前的化工研究中，硫酸可以稱為最重要的化工品之一。不同濃度的硫酸能夠表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)，也正是因?yàn)檫@些物理性質(zhì)使得硫酸有了更廣闊的應(yīng)用。在一千多年以前，人們就已經(jīng)意識(shí)到硫酸的重要性并開始研究其制備方法。

關(guān)鍵詞：化學(xué)海波法硫酸制備硫磺

我國(guó)最早制備硫酸的方法主要包括膽礬法（CuSO4·5H2O）和綠礬法（FeSO4·7H2O），因此硫酸也可以俗稱為綠礬油。到了現(xiàn)代，隨著化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)诠I(yè)上通常采取更加高效的接觸法制備硫酸。但是接觸法對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求比較苛刻，適宜大規(guī)模生產(chǎn)制備，不適宜日常實(shí)驗(yàn)室制備，無法解決實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的需求問題。針對(duì)這種現(xiàn)象，我查閱了相關(guān)資料，經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)摸索最終得出能夠很好解決這類問題的硫酸制備法，希望能夠?yàn)閺V大化學(xué)實(shí)驗(yàn)工作者提供一些便利。[1]

隨著科技的不斷發(fā)展，化學(xué)這一領(lǐng)域越來越為人們所重視。在日常的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，硫酸一直處于一種必不可少的地位，雖然實(shí)驗(yàn)室會(huì)進(jìn)行統(tǒng)一采購(gòu)，但由于其獨(dú)特的性質(zhì)在使用過程中往往會(huì)存在供應(yīng)不及時(shí)等現(xiàn)象，同時(shí)采購(gòu)硫酸所需成本也較高，會(huì)產(chǎn)生一定程度的資源浪費(fèi)。在實(shí)驗(yàn)室工作的過程中，隨著自身對(duì)相關(guān)化學(xué)知識(shí)的熟悉度升高，我逐漸產(chǎn)生了自己制備硫酸的想法，我查閱了很多相關(guān)方面的文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)目前實(shí)驗(yàn)室制備硫酸主要存在產(chǎn)率低、浪費(fèi)原材料等問題。在經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)摸索之后，我總結(jié)出海波法制備硫酸這一方法，該方法具有節(jié)約資源、提高產(chǎn)率、降低成本等優(yōu)點(diǎn)，接下來我將對(duì)這一方法進(jìn)行詳細(xì)介紹，希望能夠?qū)?shí)驗(yàn)室中的硫酸制備起到一定幫助。[2]

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理

本次實(shí)驗(yàn)的主要目的是通過實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器和材料探究制備濃硫酸的方法，以解決突發(fā)性實(shí)驗(yàn)室濃硫酸缺乏的問題。其實(shí)驗(yàn)原理主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)離子方程式：S2O32-+2H+=S+SO2+H2O，S2O32-+2H+=S↓+H2SO3，S+O2點(diǎn)燃SO2，SO2+H2O=H2SO3，H2SO3+H2O2=H2SO4+3H2O。其中硫代硫酸鈉中的硫與磷酸中的氫離子在過氧化氫的氧化作用下生成硫酸根，再結(jié)合氫離子轉(zhuǎn)化成硫和硫酸，收集生成的硫并點(diǎn)燃，燃燒之后得到產(chǎn)物二氧化硫與水結(jié)合后產(chǎn)生硫酸根，再結(jié)合氫離子轉(zhuǎn)化成硫酸和水，最后蒸發(fā)一定體積的水得到濃硫酸。[3]

二、實(shí)驗(yàn)過程

1.實(shí)驗(yàn)儀器與材料

實(shí)驗(yàn)器材：（1）100ml錐形瓶；（2）酒精噴燈（條件不許可改成煤氣灶也可以）；（3）實(shí)驗(yàn)室蒸餾設(shè)備；（4）玻璃導(dǎo)管；（5）石棉網(wǎng)；（6）鐵架臺(tái)；（7）集氣瓶；（8）漏斗；（9）150ml燒杯。[4]

實(shí)驗(yàn)藥品：（1）硫代硫酸鈉；（2）濃磷酸（85%）；（3）過氧化氫（30%）。[5]

2.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）首先是固定儀器，將錐形瓶與玻璃導(dǎo)管一端連接好，導(dǎo)管另一端與漏斗相連，檢查裝置氣密性，氣密性完好可進(jìn)行下一步。

（2）在燒杯中倒入約2/3體積的過氧化氫溶液待用。

（3）將酒精噴燈放到鐵架臺(tái)下方并點(diǎn)燃酒精噴燈。

（4）將濃磷酸與硫代硫酸鈉以9：5的質(zhì)量比放入錐形瓶中（注意，不要超過錐形瓶容積的三分之一），然后連接導(dǎo)管，將漏斗接入過氧化氫中。

（5）將錐形瓶放到鐵架臺(tái)上加熱至少1.5小時(shí)（注意放置石棉網(wǎng)）。

（6）將漏斗從過氧化氫中拿出，停止加熱，冷卻至室溫，拆卸儀器。

（7）講錐形瓶中的固體（實(shí)驗(yàn)的副產(chǎn)品，硫磺）拿出，過濾，洗滌，干燥，在這一過程中，由于加熱致使硫磺變成大塊固體，導(dǎo)致這一操作過程簡(jiǎn)單。

（8）把硫磺放入集氣瓶中點(diǎn)燃直到自然熄滅。

（9）將上一步用過的過氧化氫倒入集氣瓶中。

（10）將集氣瓶靜置3至5小時(shí)。

（11）重復(fù)點(diǎn)燃硫磺的實(shí)驗(yàn)，直至所得到的硫磺用完。

（12）將集氣瓶中的液體蒸餾，可以在收集端滴加指示劑，當(dāng)收集端呈酸性時(shí)停止蒸餾。[6]

（13）最后收集蒸餾后剩下的液體，即為所要制備的濃硫酸。

三、實(shí)驗(yàn)的意義

這一制法的研究主要適用于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的需要，在日常實(shí)驗(yàn)過程中，難免會(huì)遇到硫酸不足的情況，此時(shí)通過本文提供的方法可以快速獲得一定量的硫酸溶液。雖然只是幾步簡(jiǎn)單的操作，但通過循環(huán)實(shí)驗(yàn)可以最大幅度的提高原材料的利用率，使實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物也能夠得到很好的應(yīng)用，最終得到產(chǎn)率較高的硫酸。在這一實(shí)驗(yàn)過程中，所用原料均為廉價(jià)且易獲得的化學(xué)藥品，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的成本支出不造成影響，適合小范圍的硫酸制備。[7]

結(jié)語

隨著化學(xué)技術(shù)的更新發(fā)展，很多現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)方法逐漸被取代，在化學(xué)研究過程中，我們不僅要牢牢掌握接觸到的化學(xué)相關(guān)知識(shí)，還要學(xué)會(huì)舉一反三，將創(chuàng)新思維盡可能的貫穿于化學(xué)領(lǐng)域。在接觸化學(xué)之后，我發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)化學(xué)不只是學(xué)習(xí)他的基礎(chǔ)知識(shí)，更重要的是將知識(shí)融會(huì)貫通，進(jìn)而在化學(xué)學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題并通過實(shí)踐操作解決問題，最終形成一種解決問題的思維。最后，希望這一方法不僅能夠?qū)σ院蟮牧蛩嶂苽浞椒ǖ难芯刻峁┮恍┧悸?，同時(shí)還希望能夠?qū)Υ蠹业幕瘜W(xué)學(xué)習(xí)起到一定的啟迪作用。

參考文獻(xiàn)

[1]張玉林，徐素芳，張運(yùn)海.接觸法制硫酸的微型化實(shí)驗(yàn)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2016（12）：54.

[2]邵勇，陳林，朱龍.論降膜結(jié)晶法在高純硫酸制備中的重要性[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2016，42（05）：77-78.

[3]沸騰爐焙燒鎳鉬礦制備硫酸的方法[J].中國(guó)鉬業(yè)，2015，39（02）：15.

[4]何為.用電化學(xué)方法氧化硫制備硫酸[J].合成化學(xué)，1995（02）：187-189.

[5]羅孟軍.二氧化硫性質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].高中數(shù)理化，2017（12）：50.

[6]王瑋.濃硫酸與銅反應(yīng)及二氧化硫性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2017（04）：63.

[7]代慧.磷石膏通過雙極膜電滲析法制備硫酸的工藝及機(jī)理研究[D].貴州大學(xué)，2016.