真空碳酸钾脱硫工艺的应用与改进

关键词： 焦炉煤气

真空碳酸钾脱硫工艺的应用与改进（通用6篇）

篇1：真空碳酸钾脱硫工艺的应用与改进

真空碳酸钾脱硫工艺的应用与改进

摘要：鞍钢鲅鱼圈分公司脱硫制酸采用真空碳酸钾脱硫工艺,设计处理煤气量为126 000m3/h,脱硫塔后煤气中H2S含量在200mg/m3以下.吸收H2S后的酸气用于生产质量分数为78%的硫酸,硫酸送到硫铵工序生产硫酸铵.2008年11月30日脱硫制酸工程全面投产,工程总投资1.2亿元人民币.作 者：郑晓雷    马富刚    夏伟  作者单位：鞍钢股份鲅鱼圈钢铁分公司炼焦部,营口,115007 期 刊：燃料与化工  ISTIC  Journal：FUEL & CHEMICAL PROCESSES 年，卷(期)：2010, 41(5) 分类号：X7 

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篇2：真空碳酸钾脱硫工艺的应用与改进

来自洗苯塔后的煤气进入脱硫工序脱硫塔, 煤煤气自下而上与贫液 (碳酸钾溶液) 逆流接触, 煤气中的硫化氢和氰化氢等酸性气体被吸收。其主要反应为:

为了进一步降低煤气中硫化氢的含量, 在脱硫塔顶部设有Na OH溶液洗涤段, 将剩余氨水蒸氨装置分解固定铵盐所需的40%NaOH碱液经蒸氨废水稀释至约5%后, 加入碱洗段内喷洒, 进一步脱除煤气中的硫化氢, 使塔后煤气中的H2S含量≤200mg/Nm3。使用后的碱液 (Na OH) 用于蒸氨装置分解固定铵盐。

吸收了酸性气体的富液与再生塔底出来的热贫液换热后, 由顶部进入再生塔再生, 再生塔在真空和低温下运行, 富液与再生塔底上升的水蒸汽接触, 使酸性气体从富液中解吸出来, 其反应如下:

解吸后的贫液经贫富液换热和冷却器冷却后, 从脱硫塔顶部进入塔内循环使用。

从再生塔顶出来的酸性气体经冷凝冷却和脱水后, 用真空泵送至后续克劳斯装置生产元素硫或制酸装置生产硫酸。

再生塔底装有脱硫液循环泵, 将再生塔底脱硫贫液部分抽出后, 送热水再沸器, 与来自初冷器顶部的余热水进行换热, 换热升温后的脱硫贫液返回再生塔内, 通过再生塔底部的闪蒸装置, 产生蒸汽, 作为脱硫液再生的热源。此外, 还设有蒸汽再沸器, 使再生塔底的贫液通过蒸汽再沸器与蒸汽换热获得热量, 以补充热水再沸器正常操作或检修时的不足热量。

来自初冷器的余热水首先进入循环热水槽, 然后用热水泵抽出送经热水再沸器与脱硫贫液换热后, 返回初冷器顶部余热水段。

由于系统中存在微量的氧气和氧化铁, 导致发生副反应而生成KCNS和K4Fe (CN) 6, 因此需外排少量脱硫废液。脱硫废液排至剩余氨水槽, 然后去剩余氨水蒸氨。

脱硫系统消耗的KOH碱液从油库定期送至KOH碱液槽, 然后用计量泵连续补充加入到脱硫液系统。

2 真空碳酸钾法脱硫工艺特点

1) 脱硫脱氰效率高。对于高硫煤气的脱硫, 采用合适的气液比和停留时间等参数, 可满足脱硫指标要求;2) 脱硫碱源采用KOH (2KOH+CO2→K2CO3+H2O) , 活性高, 反应速度快, 脱硫脱氰效率高, 降低塔后煤气中硫化氢的含量;3) 富液再生采用了真空解析塔, 工艺流程操作温度低, 吸收液再生所用热源可由余热水提供, 节能效果好;4) 从再生塔顶解吸产生的含硫化氢浓度较高的酸性气体, 有利于后续工艺产品的收率和质量保证。5) 系统中氧含量较少, 操作温度低, 副反应的速度慢, 生成的KCNS等副盐类废液极少, 给周边环境造成的危害小, 减轻了环保的压力。

3 真空碳酸钾法脱硫工艺的优、缺点

3.1 真空碳酸钾法脱硫工艺的优点

1) 脱硫碱源采用KOH, 活性高, 反应速度快, 脱硫脱氰效率高。2) 系统所需热量由余热水提供, 节能效果好。3) 原料KOH价格便宜, 运行成本低。4) 解析系统温度、压力低, 副反应的反应速度慢, 生成的不可再生盐极少, 同时对主体设备的要求等级不高, 大部分设备可采用碳钢制作, 减少设备投资。

3.2 真空碳酸钾法脱硫工艺的缺点

1) 工艺流程长, 设备多, 且关键设备不易国产化, 增加了投资。2) 解析系统负压操作, 对于设备中存在的有毒气体, 在运行、检修过程中, 必须加强确认和管理, 增加了安全隐患。3) 净化后指标达不到国内先进水平, 停留在200mg/m3以下, 达不到环保部门的要求。

4 真空碳酸钾法脱硫在生产实践中的问题以及提出的工艺改进建议

4.1 真空碳酸钾法脱硫在生产实践中的问题

1) 为了保证贫液质量, 要定期的排放一部分贫液。而现有的生化系统不能对脱硫废液处理, 如果脱硫废液进行外排, 将对周边的环境造成严重的影响, 给环保带来很大的压力;2) 煤气在脱硫塔入塔时带液较多, 严重影响脱硫液质量, 进而影响脱硫效果, 一般脱硫后的硫化氢含量较高, 约在600~800mg/m3;3) 由于煤气中含有的焦油、萘等杂质较多, 造成系统堵塞严重, 阻力增大, 影响正常生产。

4.2 工艺改进建议

1) 建议将排放的贫液配入炼焦煤中进焦炉炭化室, 理论上对焦炉炉体影响不大。因为脱硫废液中的盐类在400~500℃下即发生氧化分解, 少量进入焦炉不会对炉体产生太大影响。2) 为了减少脱硫塔入塔煤气带液, 影响脱硫液质量, 提高脱硫效率, 在脱硫塔入塔煤气管道上增加迷宫捕雾器一台。3) 由于煤气中含有的焦油、萘等杂质较多, 当煤气进入脱硫塔后, 温度减低杂质就冷凝下来而沉积在设备中, 造成设备阻力增大。因此建议在克劳斯炉酸气入口管道上增加一台酸气冷凝器和一台酸气分离器, 并对酸气冷凝器中的酸气间断性进行喷洒, 在喷洒的作用下可以将酸气中的杂质捕集下来, 随冷凝液一起排出, 因此可以缓解设备堵塞和系统阻力的问题。

5 结论

真空碳酸钾法在焦炉煤气脱硫工艺上说采用的工艺和设备都是先进的, 现在工艺操作比较稳定, 生产的产品质量较好, 减轻了环保的压力。而且脱硫碱源采用了KOH和用余热水来提供热量, 减少了运行成本, 符合国家节能降耗的政策。但这套工艺还有一些不完善的地方, 比如说设备容易堵塞, 系统阻力增大。

参考文献

[1]高立东, 张化强.真空碳酸钾法脱硫工艺的改进.安阳钢铁集团公司, 2007.

[2]蒋其荣, 冯荣娟.脱硫废液的处理.无锡焦化有限公司, 2006.

[3]李玉秀, 白玮, 张爽.真空碳酸钾法焦炉煤气脱硫脱氰工艺的特点.中冶焦耐工程技术有限公司, 2009.

篇3：真空碳酸钾脱硫工艺的应用与改进

关键词：后张预应力；塑料波纹管；真空压浆；施工工艺

中图分类号：O657.31

文献标识码：A文章编号：1000-8136(2009)23-0013-02

1工程概况

厦门市环岛南路立交桥位于厦门华侨博物馆附近，该桥横跨思明南路和民族路，由主线桥梁和A、B、C、D匝道桥与E、F匝道路基组成。下部结构为钻孔灌注桩，海上墩柱为薄壁花瓶式，陆上为圆柱式；上部结构主要为预应力砼连续箱粱(有连续梁和刚构体系)，另上跨思明南路主线桥左右幅上部结构为钢箱梁，B匝道桥上跨演武大桥为变截面预应力连续粱；主线桥左右幅预应力砼连续箱梁为单箱三室，匝道桥为单箱双室椭圆式箱梁。上部结构预应力砼连续梁施工中全部采用了塑料波纹管与真空压浆施工工艺，取得了良好的效果。

2真空压浆

2.1真空压浆

真空压浆是后张预应力砼结构施工的一项新技术，其基本原理为：在孔道的一端采用真空泵对孔道进行抽真空，使产生－0.1 MPa左右负压力的真空度。然后用灌浆泵将特种水泥浆从另一端灌入。直至充满整条孔道。并施加小于0.7 MPa的正压力，以提高预应力孔道灌浆的密实度和饱满度。采用真空灌浆是提高砼结构安全度和耐久性的有效措施。

2.2塑料波纹管和真空压浆的优点

2.2.1使用塑料波纹管的优点

①减少了预应力张拉中的摩阻损失，摩阻系数仅为0.14，而传统金属波纹管摩阻系数为0.25；②不导电，可防止杂散电流腐蚀和因钢筋焊接产生的电流、火花对金属波纹管的损伤；⑨密封性好，不生锈；④强度高、刚度大、柔性好、不怕踩压，不易被振捣棒凿破；⑤提高预应力筋的防腐保护，防止氯离子的入侵而产生腐蚀；⑥价格低廉。

2.2.2真空压浆的优点

水灰比为0.4，在可灌性、管道密实性、浆体强度等方面要比普通压力灌浆要好，体现为：①在真空状态下，空气、水份和混在水泥浆中的气泡被消除，减少浆体孔隙和沁水现象；②灌浆过程中孔道良好的密封性，使浆体保压并充满整个孔道，密实性得到保证；③通过工艺和浆体的优化，消除了裂缝的产生，使灌浆的饱满度和强度得到了保证；④真空灌浆是一个连续且迅速的过程，内径为φ92的15m的管道抽真空只要几秒钟的时间，灌浆只需3 min～4 min，而普通压力灌浆约需20 min,它可提供均匀、密实的灰浆保护层，密实度在99％以上，缩短了灌浆时间。

3真空压浆工艺的介绍

3.1工艺流程

梁体钢筋绑扎→固定波纹管支架筋→波纹管安装→锚垫板固定、穿钢绞线→安装排气管→梁体浇筑砼、钢绞线张拉→锚具端头封闭→拌水泥浆→孔道压浆→制作试块→设备清理→封锚

3.2施工方法

①梁体钢筋绑扎；②固定波纹管支架筋：按设计图纸给出的钢绞线束控制点坐标，在梁体内定出相应位置。塑料波纹管的固定采用定位焊接钢筋托架，沿梁长方向横向直线段80 cm，曲线段50 cm设置；③波纹管安装：塑料波纹管的安装应与支托架用铁丝绑牢，确保砼浇筑期间不产生位移。当普通钢筋与预应力钢束发生矛盾时，可适当调整普通钢筋位置。管道铺设前，应清理管内杂物，管道口先用坦料胶布封堵待安装时取开。塑料波纹管接长时，应采用专用套管接头，长度宜为被连接管道内径的5～7倍，接口应用胶带缠裹严密。塑料波纹管安装就位过程中，应防止电焊火花烧伤管壁；④锚垫板、梁端模板固定、穿钢绞线；⑤灌浆孔、排气孔的设置与安装：所有管道均应设置压浆孔和排气孔，在开孔处应覆盖一块长约30 cm的专用包管，包管应与塑料波纹管吻合密贴，中央开口设一圆形管嘴，管嘴与塑料波纹管开口重合并外接排气或压浆管，所有接口应用胶带缠裹严密。排气管或压浆管应用φ15、φ20的金属管或塑料管，管长应能引出结构物顶面30 cm以上，并在管端设阀门。连续梁的设置方法在曲线波纹管波峰处设排气孔，在波谷处设压浆孔；⑥砼的浇筑、养护、钢绞线张拉；⑦锚具端头封闭：待张拉控制阶段完成后，卸落工具锚和千斤顶，切除多余钢绞线至露出锚具不小于30 mm。为了防止锚具端在灌浆时水气流通，使管内达到较好的真空，一般用于硬性的水泥浆在锚具端封闭，其封闭厚度为大于等于15 mm，并用φ16的光圆钢筋在钢绞线间将水泥浆赶光。封闭锚具端头后，要待水泥干硬而又未产生裂缝时(一般需24 h～48 h)进行灌浆；⑧塑料波纹管真空压浆。压浆准备：检查清理抽真空端，安装引出管、阀门和接头，并检查其功能。搅拌水泥浆使其水灰比、流动度、泌水性达到技术指标要求。压浆前对孔道进行清洁处理。水泥浆自拌制至压入孔道的延续时间，视天气情况而定，一般在30 min～45 min内。水泥浆在使用前和压注过程中应连续搅拌，对于因延迟使用导致的流动度降低的水泥浆，不得通过加水来增加其流动度。压浆时，曲线孔道和竖向孔道应从最低的压浆孔压人，由最高的排气孔排气和泌水。压浆的顺序宜先压注下层孔道，后压注上层孔道，真空压浆设备连接见图1：

塑料波纹管真空压浆：a、关闭阀1、阀3、阀4、阀5、打开闽2，启动真空泵抽真空，使塑料波纹管真空度达到0.06～0.1Mpa负压并保持稳定。b、打开阀1，启动灌浆泵，当灌浆泵输出的浆体达到稠度时，将泵上的输送管接到锚垫板或桥面上的灌浆孔管上，开始灌浆。c、压浆应缓慢均匀地进行，不得中断，并应将所有最高点的排气孔(如阀4、阀5)在抽真空时都关闭，使孔道内排气畅通。待抽真空端的透明波纹管中有浆体通过时，关闭空气滤清器前端的阀2及抽真空泵，稍后打开排气阀4、阀5、阀3。当水泥浆从排气阀4、阀5、阀3顺畅流出且稠度与输入的浆体相当时，依次逐一关闭阀4、阀5、阀3。d、灌浆泵继续工作，在压力大于等于0.5MPa时持压2min。e、关闭灌浆泵及阀1，完成灌浆f、较集中和邻近的管道，宜尽量连续压浆完成，不能连续压浆时，后压浆的孔道在压浆前应用压力水冲洗干净，使孔道畅通。g压浆后应从检查孔抽查压浆密实情况，如有不实应及时处理和纠正。压浆时，每一工作班至少应制作3组边长为70.7 mm的立方体试件，标养28天，检查其抗压强度，作为评定水泥浆强度的依据；⑨设备清理：拆卸外接管路、附件、清洗空气滤清器及阀门等。完成当日灌浆后，必须将所有沾有水泥浆的设备清洗干净。安装在降压端及出浆端的阀门，应在浆体初凝后及时拆除并进行清理；④封锚：孔道压浆完毕，清理施工面并对梁端砼进行凿毛。然后绑封锚区钢筋，支封锚区模板，经监理工程师验收合格后即可进行封锚砼施工。封锚砼强度等级应符合设计要求。砼洒水养护时间不少于7天。

4施工质量控制要点

(1)塑料波纹管的质量控制：①可塑性检测。取110 cm长，人工来回弯折5～10遍不变形；②厚度符合设计要求。

(2)塑料波纹管应储存在通风干燥的地方，不得靠近热源和长期受日光曝晒，防止腐蚀性气体对管材的腐蚀。同时应轻拿轻放，不得抛甩或在地上拖拉，要防止尖锐物损伤管壁。

(3)塑料波纹管安装后应检查其位置、直线(曲线)形状是否符合设计要求，塑料波纹管的固定是否牢靠，接头是否完好，管壁有无破损等。防止波纹管安装位置不准，连接不牢靠和漏浆现象。

(4)防止灌浆不饱满，应采取下列措施：①灌浆前波纹管孔道必须密封、清洁、干燥；②输浆管应选用高强橡胶管，抗压能力大于等于1.5 MPe，连接要牢固，不得脱管；③中途换管道时间内，继续启动灌浆泵，让浆液循环流动，储浆罐的储浆体积必须大于所要灌注的一条预应力孔道体积。

5结束语

篇4：真空碳酸钾脱硫工艺的应用与改进

1.问题的提出：

教材上比较Na2CO3和NaHCO3与盐酸反应的剧烈程度，是分别把0.3克Na2CO3固体与0.3克NaHCO3固体装在气球里，3ml的盐酸溶液装在集气瓶里进行实验。不足之处：（1）这套装置气球里的Na2CO3固体与NaHCO3固体不能分别同时倒入集气瓶中。（2）0.3克Na2CO3固体与0.3克NaHCO3固体和足量的盐酸溶液反应产生气体的量比NaHCO3固体要多出四分之一。（3）仅区分了碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应的快慢，没从本质解释原因。

2.实验改进：

2.1实验用品：

1.5mol/LNa2CO3溶液 1.5mol/LNaHCO3溶液 4.5mol/L盐酸溶液 5ml注射器 小试管 小气球 双孔塞 导管

2.2实验装置：

2.3实验过程：

（1）分别在5ml试管中装入3ml 1.5mol/L Na2CO3溶液和NaHCO3溶液，针筒中装入2ml 4.5 mol/L盐酸溶液。

（2）同时慢慢注入1ml的盐酸溶液，观察现象。紧接着又注入1ml的盐酸溶液，观察现象。

2.4实验结果：

装有NaHCO3溶液的试管瞬时就出现了气泡。NaHCO3+HCl■NaCl+H2O+CO2。装有Na2CO3溶液的试管在第一次注入1ml的盐酸溶液时几乎没什么现象又注入1ml的盐酸溶液马上产生很多气泡。

Na2CO3+HCl■NaCl+NaHCO3

NaHCO3+HCl■NaCl+H2O+CO2

3.实验改进的优点：

（1）方便了相同物质的量的Na2CO3和NaHCO3同时和盐酸溶液反应。

（2）不仅区分了碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应的快慢，没从本质解释原因。

（3）微型实验，方便随堂学生实验。培养了学生的创新思维。

【参考文献】

[1]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书.化学1（必修第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007：99

[2]化学实验的小助手——注射器[J].化学教学，2013. （8）：40—41

[3]张庆云.微型化学实验，2006（2）：45

（作者单位：浙江省衢州高级中学）

碳酸钠与碳酸氢钠的性质是高中重要的知识点，《普通高中课程标准》要求：“能通过实验研究碳酸钠的性质，能通过实验对比研究碳酸钠、碳酸氢钠的性质”。如何进行实验设计就显的无比重要，针对教材上实验设计的一些值得探讨的地方对实验进行改进。

1.问题的提出：

教材上比较Na2CO3和NaHCO3与盐酸反应的剧烈程度，是分别把0.3克Na2CO3固体与0.3克NaHCO3固体装在气球里，3ml的盐酸溶液装在集气瓶里进行实验。不足之处：（1）这套装置气球里的Na2CO3固体与NaHCO3固体不能分别同时倒入集气瓶中。（2）0.3克Na2CO3固体与0.3克NaHCO3固体和足量的盐酸溶液反应产生气体的量比NaHCO3固体要多出四分之一。（3）仅区分了碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应的快慢，没从本质解释原因。

2.实验改进：

2.1实验用品：

1.5mol/LNa2CO3溶液 1.5mol/LNaHCO3溶液 4.5mol/L盐酸溶液 5ml注射器 小试管 小气球 双孔塞 导管

2.2实验装置：

2.3实验过程：

（1）分别在5ml试管中装入3ml 1.5mol/L Na2CO3溶液和NaHCO3溶液，针筒中装入2ml 4.5 mol/L盐酸溶液。

（2）同时慢慢注入1ml的盐酸溶液，观察现象。紧接着又注入1ml的盐酸溶液，观察现象。

2.4实验结果：

装有NaHCO3溶液的试管瞬时就出现了气泡。NaHCO3+HCl■NaCl+H2O+CO2。装有Na2CO3溶液的试管在第一次注入1ml的盐酸溶液时几乎没什么现象又注入1ml的盐酸溶液马上产生很多气泡。

Na2CO3+HCl■NaCl+NaHCO3

NaHCO3+HCl■NaCl+H2O+CO2

3.实验改进的优点：

（1）方便了相同物质的量的Na2CO3和NaHCO3同时和盐酸溶液反应。

（2）不仅区分了碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应的快慢，没从本质解释原因。

（3）微型实验，方便随堂学生实验。培养了学生的创新思维。

【参考文献】

[1]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书.化学1（必修第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007：99

[2]化学实验的小助手——注射器[J].化学教学，2013. （8）：40—41

[3]张庆云.微型化学实验，2006（2）：45

（作者单位：浙江省衢州高级中学）

碳酸钠与碳酸氢钠的性质是高中重要的知识点，《普通高中课程标准》要求：“能通过实验研究碳酸钠的性质，能通过实验对比研究碳酸钠、碳酸氢钠的性质”。如何进行实验设计就显的无比重要，针对教材上实验设计的一些值得探讨的地方对实验进行改进。

1.问题的提出：

教材上比较Na2CO3和NaHCO3与盐酸反应的剧烈程度，是分别把0.3克Na2CO3固体与0.3克NaHCO3固体装在气球里，3ml的盐酸溶液装在集气瓶里进行实验。不足之处：（1）这套装置气球里的Na2CO3固体与NaHCO3固体不能分别同时倒入集气瓶中。（2）0.3克Na2CO3固体与0.3克NaHCO3固体和足量的盐酸溶液反应产生气体的量比NaHCO3固体要多出四分之一。（3）仅区分了碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应的快慢，没从本质解释原因。

2.实验改进：

2.1实验用品：

1.5mol/LNa2CO3溶液 1.5mol/LNaHCO3溶液 4.5mol/L盐酸溶液 5ml注射器 小试管 小气球 双孔塞 导管

2.2实验装置：

2.3实验过程：

（1）分别在5ml试管中装入3ml 1.5mol/L Na2CO3溶液和NaHCO3溶液，针筒中装入2ml 4.5 mol/L盐酸溶液。

（2）同时慢慢注入1ml的盐酸溶液，观察现象。紧接着又注入1ml的盐酸溶液，观察现象。

2.4实验结果：

装有NaHCO3溶液的试管瞬时就出现了气泡。NaHCO3+HCl■NaCl+H2O+CO2。装有Na2CO3溶液的试管在第一次注入1ml的盐酸溶液时几乎没什么现象又注入1ml的盐酸溶液马上产生很多气泡。

Na2CO3+HCl■NaCl+NaHCO3

NaHCO3+HCl■NaCl+H2O+CO2

3.实验改进的优点：

（1）方便了相同物质的量的Na2CO3和NaHCO3同时和盐酸溶液反应。

（2）不仅区分了碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应的快慢，没从本质解释原因。

（3）微型实验，方便随堂学生实验。培养了学生的创新思维。

【参考文献】

[1]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书.化学1（必修第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007：99

[2]化学实验的小助手——注射器[J].化学教学，2013. （8）：40—41

[3]张庆云.微型化学实验，2006（2）：45

篇5：真空碳酸钾脱硫工艺的应用与改进

一、部分版本教材实验设计存在的问题

1.高级中学课本化学（必修）第一册（人民教育出版社1990年10月第1版），其中第四章第二节有关内容片段：

“【实验4-5】把少量盐酸分别加入盛着碳酸钠和碳酸氢钠的两个试管。比较它们放出二氧化碳的快慢程度。

碳酸氢钠遇到盐酸放出二氧化碳的反应，要比碳酸钠剧烈得多。”

存在问题：该实验设计很不严密，没有给出盐酸的浓度及量的多少、也没有给出碳酸钠和碳酸氢钠的量，无法进行比较，其结果没有说服力。

2.全日制普通高级中学教科书（必修）化学第一册（人民教育出版社2003年6月第1版），其中第二章第二节有关内容片段：

“【实验2-7】在两支试管中分别加入3 mL稀盐酸，将两个各装有0.3 g碳酸钠或碳酸氢钠粉末的小气球分别套在两支试管口。将气球内的碳酸钠和碳酸氢钠同时倒入试管中（如图2-8，略），观察反应现象。

从上述实验可以看出，碳酸钠和碳酸氢钠都能与稀盐酸反应，但碳酸氢钠与稀盐酸反应要比碳酸钠与稀盐酸反应剧烈得多。”

存在问题：该实验设计也不严密，主要存在两个问题：（1）没有给出稀盐酸的浓度是多少，盐酸的量可能都过量也可能都不够或者一个过量一个不够。（2）碳酸钠和碳酸氢钠质量一样多是不合理的，因为碳酸钠比碳酸氢钠的物质的量少，在酸过量的情况下碳酸氢钠产生二氧化碳比碳酸钠多，气球理应大，这样就不能根据气球的大小来判断反应的剧烈程度。

通过以上分析可知，这个看似简单的实验，看来并不简单，需要认真研究和分析。

二、实验研究与改进

1.理论分析

要想比较碳酸氢钠、碳酸钠分别与同浓度的盐酸反应的剧烈程度，必须根据控制变量法设计实验。碳酸氢钠、碳酸钠的物质的量要相等；盐酸的浓度及体积要相等，酸要适当过量，保证产生的气体的量一样；反应温度要相差不大。盐酸与碳酸钠反应放热，温度会升高；盐酸与碳酸氢钠反应吸热，温度会降低。因此，需要测量反应后的温度，了解温度变化的情况。

2.实验目的、实验设计、现象及结论

（1）实验目的：了解反应前后温度变化

【实验1】取2支相同规格的大试管（直径1.8 cm，高度14.5 cm），分别加入0.5 g

（0.0047 mol）碳酸钠粉末和0.4 g（0.0047 mol）碳酸氢钠粉末，然后直立在试管架上，各加入3 mL 9 mol·L-1盐酸于试管中，待反应结束后将温度计分别插入溶液中测量溶液的温度。重复以上实验，只是将盐酸体积及浓度分别变为：3 mL 8 mol·L-1、3 mL 7 mol·L-1、3 mL 3 mol·L-1、10 mL 3mol·L-1、10 mL 2 mol·L-1、10 mL 1 mol·L-1。（实验温度15℃）

实验结果见表1。

实验结果分析及结论：同浓度盐酸分别与碳酸钠、碳酸氢钠反应，当盐酸的体积比较大（10 mL）时溶液温度相差比较小（只有3℃～4℃），当盐酸的体积比较小（3 mL）时溶液温度相差比较大（13℃～16℃）。因此，从温度变化情况看，宜选用体积较大（10 mL）的盐酸做该对比实验。

（2）实验目的：比较反应的剧烈程度

通过反应产生泡沫的最高高度以及反应结束的先后，来比较反应的剧烈程度。

【实验2】向两支相同规格的大试管（直径1.8厘米，高度14.5厘米）中分别加入0.5 g（0.0047 mol）碳酸钠和0.4 g（0.0047 mol）碳酸氢钠粉末，然后直立在试管架上，同时将10 mL 3 mol·L-1盐酸倒入上述两支试管中，先观察比较反应瞬间产生泡沫达到的最高高度情况，再观察比较反应结束（不再产生气泡）的先后。重复以上实验，只是将盐酸体积及浓度分别变为：10 mL 2 mol·L-1、10 mL 1 mol·L-1。

实验现象：都是盛碳酸氢钠试管产生泡沫高，反应结束的早。但3 mol·L-1盐酸过于剧烈，1 mol·L-1盐酸有点慢，2 mol·L-1盐酸快慢适中。

实验结论：在相同条件下， 碳酸氢钠与同浓度的盐酸反应比碳酸钠更剧烈。

三、实验改进

【实验3】向两支相同规格的大试管（直径1.8厘米，高度14.5厘米）中分别加入0.5 g

（0.0047 mol）碳酸钠和0.4 g（0.0047 mol）碳酸氢钠粉末，然后直立在试管架上，同时将10 mL 2 mol·L-1盐酸倒入上述两支试管中，先观察比较反应瞬间产生泡沫达到的最高高度情况，再观察比较反应结束（不再产生气泡）的先后。

实验现象：盛碳酸氢钠试管产生泡沫高，反应结束的早。

四、改进优点

实验设计科学合理，现象明显，操作简单。

（收稿日期：2014-12-23）

篇6：真空碳酸钾脱硫工艺的应用与改进

“质量守恒定律”实验是初中化学教学中引导学生理解基本原理、巩固基础知识、拓展思维空间、尝试科学探究、培养实践能力的重要载体。而且各地中考化学试卷中实验探究题的命制，也常以质量守恒定律实验及其改进装置为素材，以突出考查学生的科学素养、创新精神和实验评价能力。

但笔者发现，在研究质量守恒定律的“碳酸钙（或碳酸钠）与盐酸反应”实验中，有的初中化学教科书、教学辅导资料以及有些中考化学试题对于实验的设计和装置的改进，常常忽视了两个科学性问题。笔者结合实例，通过理论分析和实验探索，提出该实验设计应注意的问题，并给出一个比较完美的改进装置。

一、实验设计和装置改进时容易忽视的两个问题

笔者发现，在有的实验方案中，反应容器里涉及了两个化学反应（一个是碳酸盐与盐酸的反应，另一个是吸收二氧化碳气体的反应）；有的实验方案中，虽然只有碳酸钙与盐酸的反应，但是利用气球封闭反应容器（同时储存反应放出的二氧化碳气体）。这样设计，均存在科学性错误。

1. 一个实验不能选用两个化学反应

像上海教育出版社2011年出版的《义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）》第96页设计的“碳酸钙与盐酸反应”实验［1］（装置见图1），以及《重庆市2013年初中毕业暨高中招生考试化学试题·B卷》第23题中探究质量守恒定律采用的实验（装置见图2），在同一反应体系内既有“碳酸盐与盐酸的反应”，还有“碱溶液吸收二氧化碳的反应”（旨在防止锥形瓶冲塞），这不利于得出“碳酸盐与盐酸反应前后质量保持不变”的实验结论。

仅从数学角度分析就不难发现，在同一反应体系内，如果一个化学反应在反应后的质量增加、另一个化学反应在反应后的质量减小，那么整个实验体系在反应前后的质量也是可以保持不变的，这如何能说明其中的一个化学反应在反应前后的质量保持不变呢？显然，这样的设计实验干扰了学生的认知思维，影响了正确结论的导出。

因此，在验证和探究质量守恒定律时，每个实验只能选用一个化学反应作为研究对象，同一反应体系内不能涉及两个或多个化学反应［1］。

2. 不能使用小气球封闭反应容器

在验证和探究质量守恒定律时，为了防止容器内外的物质发生交换，反应容器必须是密闭的。但不管采用哪种方法封闭反应容器，都要确保反应前后装置的外形没有明显变化，以防止第二次称量实验装置时空气浮力对实验结果的不良影响。

由于小气球来源容易、弹性好，因此化学实验中常用它封闭反应容器，以防止气体逃逸、调节反应容器内的压强变化、比较化学反应速率的快慢等。像《泸州市2011年高中阶段学校招生统一考试理科综合试卷》第47题、《昆明市2012年初中学业水平考试化学试卷》第28题，在要求学生回答如何改进“在烧杯里进行的碳酸钠与盐酸反应前后质量的测定”实验（装置见图3）时，评分标准中给出的参考答案都是“把烧杯换成锥形瓶、在锥形瓶的瓶口系一个气球”。

另外，有些教学辅导材料中（如上海教育出版社2011版《九年级化学补充习题》第29页第8题、江苏教育出版社2012版《中学化学疑难辨析》第44页）提供的“碳酸钙与盐酸反应”实验装置，也采用气球封闭反应容器。

那么，用气球封闭“碳酸盐与盐酸反应”的实验容器，在第二次称量（气球已经膨胀）实验装置质量时有没有明显的空气浮力干扰呢？不久前，我们采用图4实验装置（通过倾斜锥形瓶使反应发生、直立锥形瓶使反应停止），利用托盘天平对该装置反应前后的质量进行了测定，有关的实验数据如下表［2］：

上述实验数据虽然不够精确，但仍然直观地说明反应后气球膨胀使托盘天平失去平衡，还说明气球膨胀得越大，托盘天平第二次称量减少的质量也越多。

另外，现行沪科版《义务教育教科书·物理（八年级全一册）》中也有一个研究空气浮力的实验［4］：将一个瘪气球套扎在篮球气针尾端，并与篮球一起挂在杠杆的一端，另一端挂钩码平衡（见图5）；然后将气针头插入篮球的气门内，气球立即膨胀（篮球外形基本不变）。此时杠杆失去平衡，挂钩码的一端下沉。

综上可知，对于验证和探究质量守恒定律的实验装置，如果反应后装置内的气压明显增大（如碳酸盐与盐酸的反应），则不能使用气球封闭反应容器。当然，若反应后装置内的气压变小了，则可以使用气球封闭容器，如现行人教版《义务教育教科书·化学》中“白磷燃烧前后质量的测定”实验。

二、对教科书中实验装置的改进

搞清上述问题，有关“碳酸盐与盐酸反应”的实验设计，就不会出现类似的科学性错误；如果我们再善于进行实验创新，那么改进的实验装置就会妙不可言。

1. 新教科书中实验装置的不足

2012年出版的沪教版《义务教育教科书·化学（九年级上册）》第102页安排了“碳酸钙与盐酸反应”的实验（装置见图6）。此实验装置虽然改变了旧版教科书中涉及两个化学反应的弊端，但实验中，当向密闭的锥形瓶里注入稀盐酸时容易发生冲塞现象；另外，每次实验后注射器里都要再次吸入稀盐酸，操作不够简便。

2. 改进后的实验装置

经过反复试验，笔者利用螺纹瓶颈的眼药水瓶，以及PET饮料瓶（其耐压能力约为10～20 kg/cm2，通常状况下，只要瓶内产生的气体体积不超过瓶子容积的4倍［3］，就不会爆瓶），对原实验进行了成功的改进（实验装置见图7、8）。

3. 改进后的实验操作

（1）找一个螺纹瓶颈的眼药水瓶，截去（或拔掉）最前端的滴液端口，保留螺纹瓶颈，并在眼药水瓶的中下部烫几个大小适宜的细孔（见图7）；然后向眼药水瓶内装入适量颗粒状的石灰石（或碳酸钙）。

（2）找一个大口径的容积约400 mL的PET饮料瓶（盛装碳酸饮料、苏打水或营养快线的饮料瓶均可，质地柔软的矿泉水瓶不可用），洗干净后向瓶内倒入大约100 mL的稀盐酸。

（3）找一个与PET饮料瓶口配套的橡皮塞，在橡皮塞反面的中心位置，打一个深度为橡皮塞高度2/3的孔，并且孔径略小于眼药水瓶的螺纹瓶颈，然后将眼药水瓶的螺纹瓶颈稍稍用力旋入橡皮塞内.

（4）按图8所示，将实验装置连接起来；然后将整个实验装置放到托盘天平的左盘上，并用砝码平衡，记下第一次称量的数据。

（5）从托盘天平上取下实验装置，将其倾斜，眼药水瓶中的碳酸钙与稀盐酸接触，立即反应，有大量的气泡冒出。为防止饮料瓶内压力过大而发生冲塞，反应大约20 s即可将饮料瓶直立起来，使反应停止；再把饮料瓶放到托盘天平上进行第二次称量，并记下第二次称量的数据。容易发现两次称量值相等，这充分说明，碳酸钙与盐酸反应前后的质量保持不变。

（6）本次实验结束后，只要拔掉瓶口的橡皮塞，放出瓶内的二氧化碳气体，即可在其余的班级继续使用。所有班级的实验结束后，再拆开装置清洗；如果碳酸钙用完了（或颗粒变细小了），可以旋下眼药水瓶，重新装入颗粒状的石灰石（或碳酸钙）。

4. 改进后的实验优点

（1）实验设计科学，实验操作简便，实验过程安全，实验结果可靠。

（2）利用废旧物品设计实验装置，培养了师生的节俭意识。

（3）实验装置比较固定，一次装药足量，就可以在多个班级连续使用。

（4）只要在橡皮塞上增加一根导气管，此实验装置就符合启普发生器原理，从而用于常温下实验室制取氧气、二氧化碳、氢气和硫化氢等气体。

实验创新永无止境，必须确保科学性、追求直观性、体现实用性、力争简洁性［4］。

参考文献：

［1］ 李德前.“碳酸钙与盐酸反应前后质量的测定”实验改进［J］. 化学教育，2011（10）：84-85.

［2］ 王秀梅，李德前. 将气球用于验证质量守恒定律实验的问题探讨［J］. 中国现代教育装备，2013（8）：41-42.

［3］ 扈静晗.PET瓶在碳酸饮料中的应用［J］. 饮料工业，2006（9）：31.

［4］ 李德前.例谈初中化学实验创新的思维方法进［J］. 化学教学，2013（3）：65-68.

endprint

“质量守恒定律”实验是初中化学教学中引导学生理解基本原理、巩固基础知识、拓展思维空间、尝试科学探究、培养实践能力的重要载体。而且各地中考化学试卷中实验探究题的命制，也常以质量守恒定律实验及其改进装置为素材，以突出考查学生的科学素养、创新精神和实验评价能力。

但笔者发现，在研究质量守恒定律的“碳酸钙（或碳酸钠）与盐酸反应”实验中，有的初中化学教科书、教学辅导资料以及有些中考化学试题对于实验的设计和装置的改进，常常忽视了两个科学性问题。笔者结合实例，通过理论分析和实验探索，提出该实验设计应注意的问题，并给出一个比较完美的改进装置。

一、实验设计和装置改进时容易忽视的两个问题

笔者发现，在有的实验方案中，反应容器里涉及了两个化学反应（一个是碳酸盐与盐酸的反应，另一个是吸收二氧化碳气体的反应）；有的实验方案中，虽然只有碳酸钙与盐酸的反应，但是利用气球封闭反应容器（同时储存反应放出的二氧化碳气体）。这样设计，均存在科学性错误。

1. 一个实验不能选用两个化学反应

像上海教育出版社2011年出版的《义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）》第96页设计的“碳酸钙与盐酸反应”实验［1］（装置见图1），以及《重庆市2013年初中毕业暨高中招生考试化学试题·B卷》第23题中探究质量守恒定律采用的实验（装置见图2），在同一反应体系内既有“碳酸盐与盐酸的反应”，还有“碱溶液吸收二氧化碳的反应”（旨在防止锥形瓶冲塞），这不利于得出“碳酸盐与盐酸反应前后质量保持不变”的实验结论。

仅从数学角度分析就不难发现，在同一反应体系内，如果一个化学反应在反应后的质量增加、另一个化学反应在反应后的质量减小，那么整个实验体系在反应前后的质量也是可以保持不变的，这如何能说明其中的一个化学反应在反应前后的质量保持不变呢？显然，这样的设计实验干扰了学生的认知思维，影响了正确结论的导出。

因此，在验证和探究质量守恒定律时，每个实验只能选用一个化学反应作为研究对象，同一反应体系内不能涉及两个或多个化学反应［1］。

2. 不能使用小气球封闭反应容器

在验证和探究质量守恒定律时，为了防止容器内外的物质发生交换，反应容器必须是密闭的。但不管采用哪种方法封闭反应容器，都要确保反应前后装置的外形没有明显变化，以防止第二次称量实验装置时空气浮力对实验结果的不良影响。

由于小气球来源容易、弹性好，因此化学实验中常用它封闭反应容器，以防止气体逃逸、调节反应容器内的压强变化、比较化学反应速率的快慢等。像《泸州市2011年高中阶段学校招生统一考试理科综合试卷》第47题、《昆明市2012年初中学业水平考试化学试卷》第28题，在要求学生回答如何改进“在烧杯里进行的碳酸钠与盐酸反应前后质量的测定”实验（装置见图3）时，评分标准中给出的参考答案都是“把烧杯换成锥形瓶、在锥形瓶的瓶口系一个气球”。

另外，有些教学辅导材料中（如上海教育出版社2011版《九年级化学补充习题》第29页第8题、江苏教育出版社2012版《中学化学疑难辨析》第44页）提供的“碳酸钙与盐酸反应”实验装置，也采用气球封闭反应容器。

那么，用气球封闭“碳酸盐与盐酸反应”的实验容器，在第二次称量（气球已经膨胀）实验装置质量时有没有明显的空气浮力干扰呢？不久前，我们采用图4实验装置（通过倾斜锥形瓶使反应发生、直立锥形瓶使反应停止），利用托盘天平对该装置反应前后的质量进行了测定，有关的实验数据如下表［2］：

上述实验数据虽然不够精确，但仍然直观地说明反应后气球膨胀使托盘天平失去平衡，还说明气球膨胀得越大，托盘天平第二次称量减少的质量也越多。

另外，现行沪科版《义务教育教科书·物理（八年级全一册）》中也有一个研究空气浮力的实验［4］：将一个瘪气球套扎在篮球气针尾端，并与篮球一起挂在杠杆的一端，另一端挂钩码平衡（见图5）；然后将气针头插入篮球的气门内，气球立即膨胀（篮球外形基本不变）。此时杠杆失去平衡，挂钩码的一端下沉。

综上可知，对于验证和探究质量守恒定律的实验装置，如果反应后装置内的气压明显增大（如碳酸盐与盐酸的反应），则不能使用气球封闭反应容器。当然，若反应后装置内的气压变小了，则可以使用气球封闭容器，如现行人教版《义务教育教科书·化学》中“白磷燃烧前后质量的测定”实验。

二、对教科书中实验装置的改进

搞清上述问题，有关“碳酸盐与盐酸反应”的实验设计，就不会出现类似的科学性错误；如果我们再善于进行实验创新，那么改进的实验装置就会妙不可言。

1. 新教科书中实验装置的不足

2012年出版的沪教版《义务教育教科书·化学（九年级上册）》第102页安排了“碳酸钙与盐酸反应”的实验（装置见图6）。此实验装置虽然改变了旧版教科书中涉及两个化学反应的弊端，但实验中，当向密闭的锥形瓶里注入稀盐酸时容易发生冲塞现象；另外，每次实验后注射器里都要再次吸入稀盐酸，操作不够简便。

2. 改进后的实验装置

经过反复试验，笔者利用螺纹瓶颈的眼药水瓶，以及PET饮料瓶（其耐压能力约为10～20 kg/cm2，通常状况下，只要瓶内产生的气体体积不超过瓶子容积的4倍［3］，就不会爆瓶），对原实验进行了成功的改进（实验装置见图7、8）。

3. 改进后的实验操作

（1）找一个螺纹瓶颈的眼药水瓶，截去（或拔掉）最前端的滴液端口，保留螺纹瓶颈，并在眼药水瓶的中下部烫几个大小适宜的细孔（见图7）；然后向眼药水瓶内装入适量颗粒状的石灰石（或碳酸钙）。

（2）找一个大口径的容积约400 mL的PET饮料瓶（盛装碳酸饮料、苏打水或营养快线的饮料瓶均可，质地柔软的矿泉水瓶不可用），洗干净后向瓶内倒入大约100 mL的稀盐酸。

（3）找一个与PET饮料瓶口配套的橡皮塞，在橡皮塞反面的中心位置，打一个深度为橡皮塞高度2/3的孔，并且孔径略小于眼药水瓶的螺纹瓶颈，然后将眼药水瓶的螺纹瓶颈稍稍用力旋入橡皮塞内.

（4）按图8所示，将实验装置连接起来；然后将整个实验装置放到托盘天平的左盘上，并用砝码平衡，记下第一次称量的数据。

（5）从托盘天平上取下实验装置，将其倾斜，眼药水瓶中的碳酸钙与稀盐酸接触，立即反应，有大量的气泡冒出。为防止饮料瓶内压力过大而发生冲塞，反应大约20 s即可将饮料瓶直立起来，使反应停止；再把饮料瓶放到托盘天平上进行第二次称量，并记下第二次称量的数据。容易发现两次称量值相等，这充分说明，碳酸钙与盐酸反应前后的质量保持不变。

（6）本次实验结束后，只要拔掉瓶口的橡皮塞，放出瓶内的二氧化碳气体，即可在其余的班级继续使用。所有班级的实验结束后，再拆开装置清洗；如果碳酸钙用完了（或颗粒变细小了），可以旋下眼药水瓶，重新装入颗粒状的石灰石（或碳酸钙）。

4. 改进后的实验优点

（1）实验设计科学，实验操作简便，实验过程安全，实验结果可靠。

（2）利用废旧物品设计实验装置，培养了师生的节俭意识。

（3）实验装置比较固定，一次装药足量，就可以在多个班级连续使用。

（4）只要在橡皮塞上增加一根导气管，此实验装置就符合启普发生器原理，从而用于常温下实验室制取氧气、二氧化碳、氢气和硫化氢等气体。

实验创新永无止境，必须确保科学性、追求直观性、体现实用性、力争简洁性［4］。

参考文献：

［1］ 李德前.“碳酸钙与盐酸反应前后质量的测定”实验改进［J］. 化学教育，2011（10）：84-85.

［2］ 王秀梅，李德前. 将气球用于验证质量守恒定律实验的问题探讨［J］. 中国现代教育装备，2013（8）：41-42.

［3］ 扈静晗.PET瓶在碳酸饮料中的应用［J］. 饮料工业，2006（9）：31.

［4］ 李德前.例谈初中化学实验创新的思维方法进［J］. 化学教学，2013（3）：65-68.

endprint

“质量守恒定律”实验是初中化学教学中引导学生理解基本原理、巩固基础知识、拓展思维空间、尝试科学探究、培养实践能力的重要载体。而且各地中考化学试卷中实验探究题的命制，也常以质量守恒定律实验及其改进装置为素材，以突出考查学生的科学素养、创新精神和实验评价能力。

但笔者发现，在研究质量守恒定律的“碳酸钙（或碳酸钠）与盐酸反应”实验中，有的初中化学教科书、教学辅导资料以及有些中考化学试题对于实验的设计和装置的改进，常常忽视了两个科学性问题。笔者结合实例，通过理论分析和实验探索，提出该实验设计应注意的问题，并给出一个比较完美的改进装置。

一、实验设计和装置改进时容易忽视的两个问题

笔者发现，在有的实验方案中，反应容器里涉及了两个化学反应（一个是碳酸盐与盐酸的反应，另一个是吸收二氧化碳气体的反应）；有的实验方案中，虽然只有碳酸钙与盐酸的反应，但是利用气球封闭反应容器（同时储存反应放出的二氧化碳气体）。这样设计，均存在科学性错误。

1. 一个实验不能选用两个化学反应

像上海教育出版社2011年出版的《义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）》第96页设计的“碳酸钙与盐酸反应”实验［1］（装置见图1），以及《重庆市2013年初中毕业暨高中招生考试化学试题·B卷》第23题中探究质量守恒定律采用的实验（装置见图2），在同一反应体系内既有“碳酸盐与盐酸的反应”，还有“碱溶液吸收二氧化碳的反应”（旨在防止锥形瓶冲塞），这不利于得出“碳酸盐与盐酸反应前后质量保持不变”的实验结论。

仅从数学角度分析就不难发现，在同一反应体系内，如果一个化学反应在反应后的质量增加、另一个化学反应在反应后的质量减小，那么整个实验体系在反应前后的质量也是可以保持不变的，这如何能说明其中的一个化学反应在反应前后的质量保持不变呢？显然，这样的设计实验干扰了学生的认知思维，影响了正确结论的导出。

因此，在验证和探究质量守恒定律时，每个实验只能选用一个化学反应作为研究对象，同一反应体系内不能涉及两个或多个化学反应［1］。

2. 不能使用小气球封闭反应容器

在验证和探究质量守恒定律时，为了防止容器内外的物质发生交换，反应容器必须是密闭的。但不管采用哪种方法封闭反应容器，都要确保反应前后装置的外形没有明显变化，以防止第二次称量实验装置时空气浮力对实验结果的不良影响。

由于小气球来源容易、弹性好，因此化学实验中常用它封闭反应容器，以防止气体逃逸、调节反应容器内的压强变化、比较化学反应速率的快慢等。像《泸州市2011年高中阶段学校招生统一考试理科综合试卷》第47题、《昆明市2012年初中学业水平考试化学试卷》第28题，在要求学生回答如何改进“在烧杯里进行的碳酸钠与盐酸反应前后质量的测定”实验（装置见图3）时，评分标准中给出的参考答案都是“把烧杯换成锥形瓶、在锥形瓶的瓶口系一个气球”。

另外，有些教学辅导材料中（如上海教育出版社2011版《九年级化学补充习题》第29页第8题、江苏教育出版社2012版《中学化学疑难辨析》第44页）提供的“碳酸钙与盐酸反应”实验装置，也采用气球封闭反应容器。

那么，用气球封闭“碳酸盐与盐酸反应”的实验容器，在第二次称量（气球已经膨胀）实验装置质量时有没有明显的空气浮力干扰呢？不久前，我们采用图4实验装置（通过倾斜锥形瓶使反应发生、直立锥形瓶使反应停止），利用托盘天平对该装置反应前后的质量进行了测定，有关的实验数据如下表［2］：

上述实验数据虽然不够精确，但仍然直观地说明反应后气球膨胀使托盘天平失去平衡，还说明气球膨胀得越大，托盘天平第二次称量减少的质量也越多。

另外，现行沪科版《义务教育教科书·物理（八年级全一册）》中也有一个研究空气浮力的实验［4］：将一个瘪气球套扎在篮球气针尾端，并与篮球一起挂在杠杆的一端，另一端挂钩码平衡（见图5）；然后将气针头插入篮球的气门内，气球立即膨胀（篮球外形基本不变）。此时杠杆失去平衡，挂钩码的一端下沉。

综上可知，对于验证和探究质量守恒定律的实验装置，如果反应后装置内的气压明显增大（如碳酸盐与盐酸的反应），则不能使用气球封闭反应容器。当然，若反应后装置内的气压变小了，则可以使用气球封闭容器，如现行人教版《义务教育教科书·化学》中“白磷燃烧前后质量的测定”实验。

二、对教科书中实验装置的改进

搞清上述问题，有关“碳酸盐与盐酸反应”的实验设计，就不会出现类似的科学性错误；如果我们再善于进行实验创新，那么改进的实验装置就会妙不可言。

1. 新教科书中实验装置的不足

2012年出版的沪教版《义务教育教科书·化学（九年级上册）》第102页安排了“碳酸钙与盐酸反应”的实验（装置见图6）。此实验装置虽然改变了旧版教科书中涉及两个化学反应的弊端，但实验中，当向密闭的锥形瓶里注入稀盐酸时容易发生冲塞现象；另外，每次实验后注射器里都要再次吸入稀盐酸，操作不够简便。

2. 改进后的实验装置

经过反复试验，笔者利用螺纹瓶颈的眼药水瓶，以及PET饮料瓶（其耐压能力约为10～20 kg/cm2，通常状况下，只要瓶内产生的气体体积不超过瓶子容积的4倍［3］，就不会爆瓶），对原实验进行了成功的改进（实验装置见图7、8）。

3. 改进后的实验操作

（1）找一个螺纹瓶颈的眼药水瓶，截去（或拔掉）最前端的滴液端口，保留螺纹瓶颈，并在眼药水瓶的中下部烫几个大小适宜的细孔（见图7）；然后向眼药水瓶内装入适量颗粒状的石灰石（或碳酸钙）。

（2）找一个大口径的容积约400 mL的PET饮料瓶（盛装碳酸饮料、苏打水或营养快线的饮料瓶均可，质地柔软的矿泉水瓶不可用），洗干净后向瓶内倒入大约100 mL的稀盐酸。

（3）找一个与PET饮料瓶口配套的橡皮塞，在橡皮塞反面的中心位置，打一个深度为橡皮塞高度2/3的孔，并且孔径略小于眼药水瓶的螺纹瓶颈，然后将眼药水瓶的螺纹瓶颈稍稍用力旋入橡皮塞内.

（4）按图8所示，将实验装置连接起来；然后将整个实验装置放到托盘天平的左盘上，并用砝码平衡，记下第一次称量的数据。

（5）从托盘天平上取下实验装置，将其倾斜，眼药水瓶中的碳酸钙与稀盐酸接触，立即反应，有大量的气泡冒出。为防止饮料瓶内压力过大而发生冲塞，反应大约20 s即可将饮料瓶直立起来，使反应停止；再把饮料瓶放到托盘天平上进行第二次称量，并记下第二次称量的数据。容易发现两次称量值相等，这充分说明，碳酸钙与盐酸反应前后的质量保持不变。

（6）本次实验结束后，只要拔掉瓶口的橡皮塞，放出瓶内的二氧化碳气体，即可在其余的班级继续使用。所有班级的实验结束后，再拆开装置清洗；如果碳酸钙用完了（或颗粒变细小了），可以旋下眼药水瓶，重新装入颗粒状的石灰石（或碳酸钙）。

4. 改进后的实验优点

（1）实验设计科学，实验操作简便，实验过程安全，实验结果可靠。

（2）利用废旧物品设计实验装置，培养了师生的节俭意识。

（3）实验装置比较固定，一次装药足量，就可以在多个班级连续使用。

（4）只要在橡皮塞上增加一根导气管，此实验装置就符合启普发生器原理，从而用于常温下实验室制取氧气、二氧化碳、氢气和硫化氢等气体。

实验创新永无止境，必须确保科学性、追求直观性、体现实用性、力争简洁性［4］。

参考文献：

［1］ 李德前.“碳酸钙与盐酸反应前后质量的测定”实验改进［J］. 化学教育，2011（10）：84-85.

［2］ 王秀梅，李德前. 将气球用于验证质量守恒定律实验的问题探讨［J］. 中国现代教育装备，2013（8）：41-42.

［3］ 扈静晗.PET瓶在碳酸饮料中的应用［J］. 饮料工业，2006（9）：31.

［4］ 李德前.例谈初中化学实验创新的思维方法进［J］. 化学教学，2013（3）：65-68.