【猜想】关于业余条件制备四酸的一点小猜想,让各位同志们提提建议~
chemistry022018/08/18化学 IP:四川

Rt,明天军训(开学),以后只能有时间的时候再上科创了。高中时间会紧一点,不过我还是会努力的,争取在高中毕业前发射一枚火箭。

六酸中,除了氢溴酸和氢碘酸不管制,其余四酸都管制,而它们又是我们实验党必不可少的重要试剂,我和@Jam.exe 以及@浪里黑条 讨论过一段时间,结合一些先行者的经验,总结出以下利用不管制试剂制备它们的一些方案(从上到下制备难度由易到难)。第一次在化学版发帖,各位大佬不喜勿喷。

一.39.5%(30℃饱和)盐酸

哔站上有制备饱和盐酸的视频,已经被人证实过过该方案可行:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/video/av23588893?share_medium=android&;;;;;share_source=copy_link&bbid=333D7BCE-C106-4C89-9300-9EE84D143EE022330infoc&ts=1534599344714

其原理是用NaHSO4+NaCl=△=Na2SO4+HCl↑(难挥发酸制易挥发酸)。

只要受热均匀,搅拌、防倒吸以及降温到位,很容易就能把浓盐酸制出来。目前我还没试,过一段时间有机会再说。

二.纯硝酸

@浪里黑条 的帖子已经证实过用2KNO3+H2SO4(浓)=△=K2SO4+2HNO3↑(难挥发酸制易挥发酸)方案来制发烟硝酸可行,只是里面还有NO2。一说KNO3可替换成NaNO3(碱金属盐稳定性差不多,这个可以理解),浓硫酸可以换成浓磷酸(85%左右)(据说控温要比硝酸沸点即80℃略高,出来的硝酸浓度会稍微低一点,需要吸水且减蒸)(这个我没试过,以后会试,大家可以讨论一下)。

火箭党们(包括我)会关心:如何制硝酸钾?硝酸钾不也管制了吗?很简单:Cu(NO3)2+2KOH==Cu(OH)2↓+2KNO3,因为硝酸铜不管制,并且也比较便宜。估计也可以替换成硝酸铁。我没试过,不知道实际情况如何。注意:我个人认为,完全反应后需要加热溶液至沉淀完全变为黑色,以使氢氧化铜及少量的碳酸铜和碱式碳酸铜转化成氧化铜,氧化铜在水中的溶解度应该会很低吧?(仅为个人猜想)

如果蒸出的硝酸还有水分,可以用硝酸镁(据@浪里黑条 说不需要无水的,可由制得的较稀硝酸和碳酸镁or氢氧化镁or氧化镁反应得来)吸水且减蒸,即得纯硝酸。

还有两个需要注意的地方:

1.制取阶段中的硝酸钾不能换成硝酸铜,因为据我们化学老师说硝酸铜加热会分解。

2.硝酸的吸水,或者本文提到的所有酸的吸水,均不能使用分子筛,因为酸会和分子筛中硅酸盐等成分发生反应。

三.纯硫酸

制取硫酸方法较多,我一个一个说(从上到下操作由易到难)。

1.草酸复分解法:CuSO4+H2[(COO)2]==Cu[(COO)2]↓+H2SO4

这个方法操作比较简单,但是草酸铜沉淀极细,过滤一次后可以出去多数沉淀,但滤液仍浑浊。用微孔滤膜可以滤去全部沉淀,但速度极慢(约30s一滴)。

具体操作:配制饱和草酸溶液和饱和硫酸铜溶液(硫酸铜溶液过量一点点),混合,搅拌,用双层滤纸过滤一次,静置,取上层清液,即为混有少量硫酸铜的稀硫酸。

保险起见,硫酸铜可以过量一点点,然后用方法3去除铜离子。

注意:这个实验中硫酸铜不能换成硫酸亚铁,我已经证实草酸亚铁不能完全沉淀在溶液中。硫酸钴据说也可行(实际为测试)。其他金属盐均未实际测试。

2.加热硫酸铁法:Fe2(SO4)3·6H2O=480℃=Fe2O3+SO3↑+6H2O

这个方法论坛上有人已经证实过了,操作也比较简单,关键是要想办法让硫酸铁均匀受热让酸雾顺利进入冷凝管中,据说操作得当能直接得到发烟硫酸,加一定量水后即得纯硫酸。目前那位证实者仍使用的是圆底烧瓶,据@浪里黑条 的猜想,不知道曲颈甑行不行。

这个实验中的硫酸铁理论上也可换成焦硫酸钠、硫酸氢钠或其它易分解硫酸盐,但均未有人尝试过。有兴趣的同志可以尝试一下。

3.电解硫酸铜法:2CuSO4+2H2O=2Cu↓(负极)+O2↑(正极)+2H2SO4

这个方法还能有效除去方法1中的Cu2+,如果控制得当的话纯度会比较不错,但是操作比较麻烦,制得的硫酸浓度也较稀。具体操作步骤:配制饱和硫酸铜溶液,接上电极,通电(具体电压、电流未知),至溶液显无色后,保险起见再通电一段时间,过滤,即得稀硫酸。

4.接触法:2SO2+O2=△,V2O5=2SO3

SO3+H2O=H2SO4

这个方法工业倒是常用,但我强烈不推荐实验室使用此方法。催化剂V2O5剧毒且致癌,而且操作麻烦,SO3与水反应也比较危险。具体操作步骤我不了解。

如果制得的硫酸较稀,可以加热浓缩并分馏,最高可得到98.3%硫酸。需要纯硫酸的,可以试试加入无水硫酸镁吸水减蒸,但之前未有人尝试过。

4.纯高氯酸

这位是最麻烦的,我们可以用逆分析法来一步一步解决。

如果制得了浓高氯酸(71.6%左右,与水共沸),可以通过加入无水高氯酸镁吸水减蒸的办法制得纯高氯酸。注意:纯高氯酸常温稳定,但加热即发生分解爆炸,因此必须控制好温度!

浓高氯酸据@浪里黑条 所言,可以用KClO4+H2SO4(70%)=80℃,减蒸=KHSO4+HClO4↑来制得(原理也是难挥发酸制易挥发酸,但温度不能超过80℃,硫酸浓度也不能过高,否则会分解爆炸!),据他所言,如果用KClO4和浓硫酸在50℃时减蒸可以制得纯高氯酸。

制备高氯酸钾有两种方法,一是电解氯酸钾溶液[具体步骤可以查看一下老帖,方程式原出处(离子方程式)为《无机化学》,由@浪里黑条 转述(化学方程式)]:KClO3+H2O=通电=KClO4+H2↑

电解氯酸盐法有点麻烦,但是据他说制得的高氯酸盐不含氯酸盐杂质。

二是加热氯酸钾固体,先缓慢加热至150℃再迅速加热使其熔融,但不能过热。加热35分钟左右(80~100gKClO3),至不再有氧气放出且固体结成硬壳时停止加热,用水溶解,除去并检验氯离子(可用重结晶法),即得高氯酸钾。这种方法还没有人试过。注意,不能将加热氯酸钾法中的氯酸钾替换成氯酸钠,因为据@浪里黑条 说氯酸钠分解温度较低。

氯酸钾又有两种方法可制得:一是电解氯化钾弱酸性溶液(用盐酸将pH调至6.5左右且需加入少量K2Cr2O7,方程式未知),二是将氯气通入热浓KOH溶液中:Cl2+6KOH(热,浓)==5KCl+KClO3+3H2O,除去KCl(具体除去方法仍在和@浪里黑条 讨论中),然后电解KCl溶液得KOH和Cl2(原理类似于氯碱工业),循环利用。

以上的方法很多都没有人试过,技术也不太成熟,希望各位还是理性看待,有条件的可以做做实验来验证一下。希望我的总结对各位会有些帮助,如果有建议的话也希望各位同志们提出~

庞志成(chemistry02)

完稿于2018.8.18,23:33

[修改于 5年8个月前 - 2018/08/18 23:42:02]

来自:数理化 / 化学
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~~空空如也
chemistry02 作者
5年8个月前 IP:四川
849665
引用天马行空yzx发表于1楼的内容
关于制硫酸的那个方法,应该还有一个就是浓缩电解液,可以得到90%以上的浓硫酸,而且成本低,也是一个好...

电解液如果是纯硫酸(这里的纯硫酸指溶质纯净但浓度较低的硫酸)的话还好,就怕里面有Pb、PbO2、PbSO4等杂质,毕竟我们必须保证溶质纯净~

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chemistry02作者
5年8个月前 修改于 5年8个月前 IP:四川
849667
引用smith发表于3楼的内容
硫酸:电池电解液稀盐酸:电池电解液 + 氯化锶  / 过滤 + 蒸馏稀硝酸:电池电解液 + 硝酸钙 ...

CaSO4和SrSO4都是微溶,如果不怕毒,您不如直接上BaCl2和Ba(NO3)2~

电解液不知道里面有没有杂质,为了保证最终产物的纯净,我们最好还是不要用生活用品,尽量用实验室药品。即使蒸馏了说不定还是会有杂质。另外蒸馏在业余条件下比较麻烦,能不用最好不用。

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chemistry02作者
5年8个月前 IP:四川
849677
引用性感铷铷发表于6楼的内容
正品电解液用的一定是分析纯以上的,因为电池要求必须无杂质,而且我测过,不含pb

如果是的话那就好,可以直接减蒸。

如果非要用实验室药品自制的话,就只能用加热硫酸铁法等了。

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chemistry02作者
5年8个月前 IP:四川
849678
引用浪里黑条发表于5楼的内容
我说的电解法是氯酸钠,不是氯酸钾……高氯酸钾溶解度太小,会在极板上析出。。。。。

emm好吧,如果氯酸钾的话就只能用加热歧化法了,但是电解法不管怎么看都有点麻烦,要自己粘电解槽,而且电极成本还有点高...

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chemistry02作者
5年8个月前 IP:四川
849685
引用性感铷铷发表于13楼的内容
如果你可以忍受30%的产率,请使用热分解法

你冷静一下,我可没说KClO3制KClO4只能用热分解法啊,我的意思是只有KClO3能用加热歧化法而NaClO3不能,大概是我字打错了吧= =

科创基金也不是想申请就申请的啊,G基金一年也只能申请两次= =

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chemistry02作者
5年8个月前 IP:四川
849686
引用smith发表于15楼的内容
你可以试试,我这套方案童叟无欺的,基本上三酸的稀溶液全部搞定了,材料是可以在当前的安全框架下购买的,...

硫酸钙溶解度0.2g/dL左右,硫酸锶溶解度好像是0.019g/dL,达不到难溶标准0.01g/dL= =

BaCl2在阿里巴巴买得到,Ba(NO3)2可以用Cu(NO3)2和Ba(OH)2制取。

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chemistry02作者
5年8个月前 IP:四川
849687
引用冥火发表于14楼的内容
电解硫酸铜制硫酸,可以在电解过程中添加硫酸铜,硫酸浓度会随着硫酸铜的浓度增加而增加。所以最后制得的硫...

听起来这个方案不错,值得一试。但是想要得纯硫酸还是要吸水减蒸。

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chemistry02作者
5年8个月前 IP:四川
849692
引用冥火发表于19楼的内容
楼主几个方法中涉及到硝酸盐的应该改改,因为硝酸盐属于管制品。

硝酸盐只有硝酸钠、钾、铵、镁、钙、锶、钡、镍和硝酸脲、硝基脲管制,其余皆不管制。

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chemistry02作者
5年8个月前 IP:四川
849701
引用冥火发表于22楼的内容
硝酸盐化肥很多都不纯,硝酸钾之前在拼多多上有卖的。

没错,化肥不纯,必须使用纯药品或用纯药品自制。@154454496 

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chemistry02作者
4年3个月前 修改于 4年3个月前 IP:四川
869481
引用2SC1970发表于37楼的内容
NO2+SO2如何?低温反应,产物(SO3)冷凝成固态直接用70吸收

三氧化硫不可取,反应太剧烈,冰都控制不住~

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