化学与化工
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[理论研究+实验预告]HCl和HNO3的制备思路
Stewart 2019-2-3

       最近看到好多讨论三酸制备方法的帖子,我也来说两句。

盐酸:

       由于初三学业紧张以及年前快递停业,我的这个项目仍在器材准备阶段——利用净水材料聚合氯化铝(即PAC)制备浓盐酸,查阅资料得知:110摄氏度时PAC分解释放HCl气体最终转变为氧化铝。

       该原理的优点很明显:原料实惠易得(网上1kg约10元),分解温度低可直接用酒精灯加热,原料为固体可使产品浓度受影响小等等。

今天下午已证实pac确实可以分解

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实验装置采用@chemistry02的浓盐酸制备装置,不出意外的话近几周即可实践。

硝酸:

       lz的想法:利用硝化细菌的硝化作用将水中的NH3转化为亚硝酸或硝酸,将分解产生的一氧化氮或二氧化氮与水反应。

 优点:脱离了硝酸制备对硝酸盐的依赖,成本低,原料易得(硝化细菌是鱼池清洁剂),硝化细菌作为生物体可培养繁殖、长期使用等。

不足:

硝化细菌的硝化作用的最适温度、相关条件、中间产物亚硝酸向氮氧化合物转化的方法、实验装置等仍需讨论,这是一个长期工程,希望与大家讨论。


实验预告:

近期将完成:

1.PAC法制备浓盐酸

2.HBr和Br2的制备

3.焦硫酸钾法提升硫酸浓度

   


完稿时间2019.2.3  19:19   


 

2019-2-3 19:57:12
1楼

lz的PAC制盐酸的思路很不错,如果可以实现的话那制取盐酸会非常容易。至于硝化细菌,个人觉得反应可能异常复杂,副产物较多,产率可能会比较低,还要继续论证。

我还有一种制盐酸的思路是无水AlCl3和H2O反应生成Al(OH)3和HCl,不过具体方案和装置还需要进一步思考。

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Stewart(作者)
2楼

请问无水AlCl3的获取渠道?

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Stewart(作者)
3楼

我就是想找AlCl3而意外发现只有PAC能买的...

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4楼

用硝化细菌那要到底什么时候,土豪建议用Pt催化,跟我一样的就用ZVS吧/*注意电表*/,制硫酸不怕死可以用V2O5催化SO2;

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5楼
引用:931867939 发表于4 楼的内容:
用硝化细菌那要到底什么时候,土豪建议用Pt催化,跟我一样的就用ZVS吧/*注意电表*/,制硫酸不怕死.....

Pt效果好,Ag效果也不差,三氧化二铬(新制)效果也不赖(粉末状,需载体)。V2O5催化SO2的路线前提是先制出SO2,不嫌时间长的可以用臭氧管制臭氧直接氧化SO2,或者将O3和SO2一起通入水中(不做散热降温水就沸腾了)。

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6楼
引用:Stewart 发表于2 楼的内容:
请问无水AlCl3的获取渠道?

阿里巴巴了解一下(滑稽)

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2019-2-4 11:36:03
7楼

使用PAC制盐酸可行,不过要注意杂质分解带来的杂志气体(可能有毒)的干扰。也可以热分解水合氯化镁、乙烯利等,也可以共热氨基磺酸和氯化铵,也可以也可以把氯气(电解)通入亚硫酸(钠)或者硫代硫酸钠溶液中。

制硝酸还是用Pt催化氨氧化吧(注意安全),或者硝酸盐(TB可以买)和磷酸等高沸点酸共热比较靠谱。

话说LZ是HZ的哪个初中的?本人本人同为HZ初三生。

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Stewart(作者)
8楼
引用:UICalculus 发表于7 楼的内容:
使用PAC制盐酸可行,不过要注意杂质分解带来的杂志气体(可能有毒)的干扰。也可以热分解水合氯化镁、乙.....

水合氯化镁热解法我试过一次,但是反应速率似乎不够,而且如果原料是溶液的话,蒸馏所得盐酸浓度不会太高(<=29.2%)

我是经济开发区养正学校的,你是哪个学校的?

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9楼

盐酸的制法可行,注意通风和尾气处理,氯化氢有毒。硝酸用硝化细菌不行,硝化细菌最适宜弱碱环境,制硝酸盐可以用。硝酸盐作为化肥不难获得。

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10楼

目前为止,业余领域硝酸似乎还只能利用复分解制备。氨氧化法值得一试,但是要注意,若混合气体中氨气在12-15%之间,在氧化时会引起爆炸,需要调整出这个范围。

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11楼
引用:浪里黑条 发表于10 楼的内容:
目前为止,业余领域硝酸似乎还只能利用复分解制备。氨氧化法值得一试,但是要注意,若混合气体中氨气在12.....

氨氧化法主要是绝大多数人都选择Pt作为催化剂导致成本巨高很多人望而却步,相对便宜的Ag,Cr2O3等效果不及Pt且需载体固定,再加上技术的不成熟使得氨氧化法根本没法进行推广。大部分人的想法是:与其费尽周章的降低氨氧化法成本不如想想如何搞到硝酸盐来得快。

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12楼
引用:HCN 发表于11 楼的内容:
氨氧化法主要是绝大多数人都选择Pt作为催化剂导致成本巨高很多人望而却步,相对便宜的Ag,Cr2O3等.....

我手里有重铬酸铵,准备想办法试制氧化铬催化剂。

另外,亚铬酸铜能用吗?

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2019-2-5 14:01:40
13楼
引用:Stewart 发表于8 楼的内容:
水合氯化镁热解法我试过一次,但是反应速率似乎不够,.....

氨氧化要在隔绝明火的情况下保持一开始的铂丝高温在业余条件下十分困难。虽然反应放热,但是很难在家庭实验室中实现。还是硝酸盐与酸反应或者热分解吧。


我是西湖区的公益中学的。民办人惺惺相惜。

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14楼

硝化细菌的想法新颖,但不切实际!硝酸盐获取也没想的那么困难,搜氮钾肥就能买到(实际上就是农用的硝酸钾,含量也在98%左右),再与浓磷酸反应,也能制取硝酸


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2019-2-6 10:13:24
15楼
引用:新黑火药 发表于14 楼的内容:
硝化细菌的想法新颖,但不切实际!硝酸盐获取也没想的那么困难,搜氮钾肥就能买到(实际上就是农用的硝酸钾.....

浓磷酸和硝酸盐反应有同仁试过了,几乎完全失败。

目前来看,业余界制取硝酸还只能用硫酸+硝酸盐。

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16楼
引用:浪里黑条 发表于15 楼的内容:
浓磷酸和硝酸盐反应有同仁试过了,几乎完全失败。目前来看,业余界制取硝酸还只能用硫酸+硝酸盐。

试试用硝酸钙,用硝酸钾和磷酸难,所谓浓磷酸只有85%,浓度高了就成固体的。

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17楼
引用:UICalculus 发表于13 楼的内容:
氨氧化要在隔绝明火的情况下保持一开始的铂丝高温在业余条件下十分困难。虽然反应放热,但是很难在家庭实验.....

Pt只是催化剂的一个选择而已。新制Cr2O3也可以(而且Cr2O3还可以作为SO2催化氧化的催化剂)

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2019-2-7 18:28:40
2019-2-7 18:28:40
18楼
引用:浪里黑条 发表于12 楼的内容:
我手里有重铬酸铵,准备想办法试制氧化铬催化剂。另外,亚铬酸铜能用吗?

亚铬酸铜没有试过,不大清楚。试过将重铬酸铵配制成饱和溶液,用来浸泡氧化铝小球(催化剂载体)晾干后100℃烘烤10min,然后又放回溶液里浸泡,重复几次;再用喷灯(焊冰箱铜管的丁烷焊枪)烧至红热,放在沙里自然冷却,但效果比用石英棉(我用的是玻璃纤维)直接浸泡,晾干,灼烧的效果还差一些而且在受到抖动(从1.3米的桌上掉到地上,在白纸上滚一圈都有掉的)时催化剂会掉下来(基本全都掉完了,恢复到原来的白色)。

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19楼
引用:HCN 发表于18 楼的内容:
亚铬酸铜没有试过,不大清楚。试过将重铬酸铵配制成饱和溶液,用来浸泡氧化铝小球(催化剂载体)晾干后10.....

重铬酸铵180℃就分解,有必要烧到红热吗?就我所知,温度过高会导致纳米颗粒团聚,在纳米催化剂制作的文献上都是400℃以下处理的。

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2019-2-8 09:25:33
20楼
引用:浪里黑条 发表于19 楼的内容:
重铬酸铵180℃就分解,有必要烧到红热吗?就我所知,温度过高会导致纳米颗粒团聚,在纳米催化剂制作的文.....

高温使其活化,提高催化效率。

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21楼
引用:HCN 发表于20 楼的内容:
高温使其活化,提高催化效率。

大概明白了,谢谢!

用活性氧化铝粉末作为载体是否可以?

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22楼
引用:浪里黑条 发表于21 楼的内容:
大概明白了,谢谢!用活性氧化铝粉末作为载体是否可以?

个人理解的载体的作用是将无法直接使用(颗粒过细)的催化剂聚合在一起,便于放置和使用。用氧化铝粉末倒也可以,不过感觉和直接使用Cr2O3粉末区别不大。

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23楼
引用:HCN 发表于22 楼的内容:
个人理解的载体的作用是将无法直接使用(颗粒过细)的催化剂聚合在一起,便于放置和使用。用氧化铝粉末倒也.....

氧化铬粉末我有,但是不知道可以直接试试。据说不仅可以用作氨氧化法的催化剂,还可以催化氧化二氧化硫

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2019-2-9 00:29:55
24楼
引用:浪里黑条 发表于23 楼的内容:
氧化铬粉末我有,但是不知道可以直接试试。据说不仅可以用作氨氧化法的催化剂,还可以催化氧化二氧化硫

用于氨氧化的氧化铬要新制的效果好一些,直接购买的试剂级别的氧化铬效果不太好甚至要活化处理(先制成重铬酸钾再转重铬酸铵再分解);催化氧化二氧化硫在一些文献里有提到,但都是一笔带过,基本都只是说能用氧化铬来催化;而实际效果和效率以及是否会出现和V2O5一样的催化剂中毒的情况都没有介绍。氧化二氧化硫我用的是臭氧管法,虽然能耗有点高但成本还能接受(电费0.5元/度),唯一的缺点是单个臭氧管无法长时间工作,【2台交替式工作勉强应付】一体水冷臭氧管的系统;功耗;投资成本对于普通家庭实验党来说过大(不适合入手)。

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25楼
引用:HCN 发表于24 楼的内容:
用于氨氧化的氧化铬要新制的效果好一些,直接购买的试剂级别的氧化铬效果不太好甚至要活化处理(先制成重铬.....

我的氧化铬就是重铬酸铵热分解制备的。

曾看到有制备硫酸的视频用CuCl2做氧化剂,产生HCl和CuCl,然后通入氧气氧化再次得到CuCl2。和@chemistry02 讨论后认为,可以用Cl2代替O2通入,可以顺便副产HCl,只是可能不是很容易分离,需要蒸馏。

[修改于 4 个月前 - 2019-02-09 11:27:41]

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26楼
引用:浪里黑条 发表于25 楼的内容:
我的氧化铬就是重铬酸铵热分解制备的。曾看到有制备硫.....

这通Cl2的思路明明就是您提出的,我是想用KMnO4之类

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27楼

硝酸我想的是用高压电击穿空气来产生NO,再混合空气生成NO2,再溶于水,产生HNO3.

以前我在学校里偷了一些AgNO3,再兑上HCl,也可以生成HNO3.

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28楼
引用:57U 发表于27 楼的内容:
硝酸我想的是用高压电击穿空气来产生NO,再混合空气生成NO2,再溶于水,产生HNO3

这法子我实验过了,放电一个小时,瓶子都发烫了。

也就能让瓶子里的气体看上去有一点黄(二氧化氮),闻上去有那么一点点硝酸味道而已。

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29楼
引用:coolfacekiller 发表于28 楼的内容:
这法子我实验过了,放电一个小时,瓶子都发烫了。也就.....

我试了一下,通电70多分钟。水没有变色。最后尝了下味,一点酸味都没有。

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2019-2-10 00:48:11
30楼

盐酸建议硫酸氢钠和氯化钠加热,硫酸可以电解硫酸铜或某宝电池补充液,硝酸用硝酸盐复分解吧

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31楼
引用:ENG ETO 发表于30 楼的内容:
盐酸建议硫酸氢钠和氯化钠加热,硫酸可以电解硫酸铜或某宝电池补充液,硝酸用硝酸盐复分解

硫氢酸钠不好搞,电解硫酸铜成本高,电池补充液浓缩上80%以后就更难浓缩,硝酸盐管制,难搞,容易被查水表。

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32楼
引用:浪里黑条 发表于25 楼的内容:
我的氧化铬就是重铬酸铵热分解制备的。曾看到有制备硫酸的视频用CuCl2做氧化剂,产生HCl和CuCl.....

这个路线可以试一下,氯气可以在网上找气体公司购买(钢瓶租金稍高),价格还算比较好,只是量大可能用不完【之前买了瓶氯气和氢气实验燃烧法制盐酸,败于该反应放热巨大,用于吸收氯化氢气体的水直接沸腾,用于给气体冷却冷凝管(蛇管)炸裂,燃烧头(焊枪)腐蚀严重;套在燃烧头上的初冷却室(燃烧室)材料没选好(方便观察直接用玻璃瓶)受热直接软化塌陷】

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33楼
引用:ENG ETO 发表于30 楼的内容:
盐酸建议硫酸氢钠和氯化钠加热,硫酸可以电解硫酸铜或某宝电池补充液,硝酸用硝酸盐复分解

盐酸不怕温度高,用磷酸+氯化钠加热就可以了。

硫酸不论什么方法,只要需要浓缩就基本上是死胡同。目前为止还只想到热分解二水硫酸铁(由市售硫酸铁在175℃以上480℃以下加热得到)的方法可以得到发烟硫酸(理论上是SO3·2H2SO4),然后小心稀释或许可以。但是这个这个思路楼主试过,还没有找到很好的量产工艺。

硝酸的话,多数硝酸盐都管制,好在有种东西叫做硝酸铵钙,可以加碳酸钠(并加热)除去钙离子和铵根离子,蒸干再加硫酸蒸馏,得到烟硝。

目前看来,最大的障碍还在硫酸上。

[修改于 4 个月前 - 2019-02-10 11:42:03]

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34楼
引用:浪里黑条 发表于33 楼的内容:
盐酸不怕温度高,用磷酸+氯化钠加热就可以了。硫酸不.....

分馏控制得当的话,硫酸浓度可以达到96+

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35楼
引用:ENG ETO 发表于34 楼的内容:
分馏控制得当的话,硫酸浓度可以达到96+

也许可以得当利用分馏柱,并且不把产物全部全部接到一个杯子里面的话,最后是有可能整到百分之95左右的,但前面出的液体要继续蒸馏,然后蒸馏出的东西只有最后一点要,剩下的再继续蒸馏,一点点的获得浓硫酸同时浪费最少

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36楼
引用:ENG ETO 发表于34 楼的内容:
分馏控制得当的话,硫酸浓度可以达到96+

关键就在于这个控制好。

另外,正如楼上(层主的楼下)所说,这样获得硫酸的速度很慢,是否适合业余界仍有待商榷,

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2019-2-11 13:36:26
37楼
引用:HCN 发表于32 楼的内容:
这个路线可以试一下,氯气可以在网上找气体公司购买(钢瓶租金稍高),价格还算比较好,只是量大可能用不完.....

燃烧室可以设计成开放式的,方法很简单——在焊枪的顶部倒扣一个直径稍大的玻璃漏斗。然后玻璃漏斗接洗气瓶,洗气瓶接一个流量较大的真空泵。

焊枪燃烧产生的氯化氢会被倒扣漏斗像抽油烟机一样吸进去。

这个系统在吸进氯化氢的同时还会吸入大量的空气,空气可以起到冷却的作用。

早先我就用这个方法吸收燃烧的硫形成的二氧化硫,再通入双氧水制取硫酸。

这个反应也是放热的,但是从始至终,我的洗气瓶(双氧水or硫酸)都只是微温。更不会沸腾了。


至于你的焊枪的腐蚀的问题,是不是氯气或者氢气里含有水汽?干燥的氯气是没有腐蚀性的。

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38楼
引用:coolfacekiller 发表于37 楼的内容:
燃烧室可以设计成开放式的,方法很简单——在焊枪的顶部倒扣一个直径稍大的玻璃漏斗。然后玻璃漏斗接洗气瓶.....

氢气不敢说是干燥的,但钢瓶瓶装的氯气肯定是干燥的,也有可能是焊枪头质量的问题(用的是价格相对便宜的非原装焊嘴);再加上收集室内温度高导致刚生成的HCl有少量分解成Cl2和H2,Cl2在高温下对焊枪头造成腐蚀也是有可能的。

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2019-2-12 12:00:26
39楼

盐酸TB有工业级25%的卖(光宇清洁,30,2.5Kg)硫酸可以敞口浓缩蓄电池原充液(去卖/修蓄电池或修摩托车的地方买)可达到75%,然后淘宝有农业硝酸钾卖,硫酸+硝酸钾,蒸出硝酸。我认为任何化学方法制盐,硫在实验室均为无意义的行为。

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40楼
引用:浪里黑条 发表于33 楼的内容:
盐酸不怕温度高,用磷酸+氯化钠加热就可以了。硫酸不论什么方法,只要需要浓缩就基本上是死胡同。目前为止.....

那是因为你没有全玻蒸馏器+电热套。B站上有教程,请自行观看。。。。过程大概先把75%放入蒸馏器中,把水蒸出,蒸出1.5倍理论量的水后,用一小试管收集馏分,如果滴入瞬间没有折射率变化,立即停止加热,冷却至室温,残余物即为93以上的硫酸

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41楼
引用:HCN 发表于38 楼的内容:
氢气不敢说是干燥的,但钢瓶瓶装的氯气肯定是干燥的,也有可能是焊枪头质量的问题(用的是价格相对便宜的非.....

氯气有卖?几L的?有链接吗?

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42楼
引用:性感铷铷 发表于41 楼的内容:
氯气有卖?几L的?有链接吗?

2年前联系气体厂买的,瓶子租的是40L钢瓶,关于链接直接搜气体销售或者特种气体销售;我当时就这么找的只是不知道现在还管不管用。

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43楼
引用:性感铷铷 发表于40 楼的内容:
那是因为你没有全玻蒸馏器+电热套。B站上有教程,请自行观看。。。。过程大概先把75%放入蒸馏器中,把.....

原理上我很清楚这个方法,甚至独立设计出来过。全玻璃蒸馏器我也有。

最关键的问题在于,电热套对于多数家庭实验党而言,绝对是个奢侈品(如果想要同事具备可靠质量、够大的容积和调温等实验必要功能,动辄500+,有些甚至上到四位数),对我也不例外。因此,这个方法对于许多人仍然是不够实用的。如果酒精灯直火加热,效果自然比电热套差很多。

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2019-2-13 15:43:54
44楼
引用:浪里黑条 发表于43 楼的内容:
原理上我很清楚这个方法,甚至独立设计出来过。全玻璃蒸馏器我也有。最关键的问题在于,电热套对于多数家庭.....

一套下来约250-而已。。。

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45楼
引用:性感铷铷 发表于44 楼的内容:
一套下来约250-而已。。。

如果加上“够大的容积”这个条件,一套电热套还真不便宜………………

大容积的电热套本身不贵,两百多块可以买到10升容积的。

但是10升的烧瓶也差不多是这个价钱,更糟糕的是……烧瓶易碎,几乎是个消耗品。

家里没有矿,确实是玩不起!!!!!

如果家里没有矿,又想拿10升的烧瓶当消耗品玩儿,怕是只有向老白学习…………………………

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46楼
引用:性感铷铷 发表于44 楼的内容:
一套下来约250-而已。。。

我是没找到这个物价……

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2019-2-14 09:41:01
Stewart(作者)
47楼
引用:浪里黑条 发表于43 楼的内容:
原理上我很清楚这个方法,甚至独立设计出来过。全玻璃蒸馏器我也有。最关键的问题在于,电热套对于多数家庭.....

我只能说我家有1000ml的,价格不到200。。。如果不是以上所说10L容积,X宝价格介于100-200之间,大概能接受?

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Stewart(作者)
48楼
引用:57U 发表于29 楼的内容:
我试了一下,通电70多分钟。水没有变色。最后尝了下味,一点酸味都没有。

最后尝了下味?!

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Stewart(作者)
49楼
引用:性感铷铷 发表于40 楼的内容:
那是因为你没有全玻蒸馏器+电热套。B站上有教程,请自行观看。。。。过程大概先把75%放入蒸馏器中,把.....

用这个方法试过,主要弊端还是时间长,确切地说是从下午1点干到4点,产品125ml。。蒸发溶剂确实是一项很费时间的操作。

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