无机化学实验备课内容－化学院54学时与逸仙班60学时
实验九 氯化铵的制备（第12周）
（供批改设计报告时参考）
一、目的要求
1. 运用已学过的化学知识，自行制定制备氯化铵的实验方案，并制出产品。 2. 巩固实验室的一些基本操作。如称量、加热、浓缩、过滤（常压、减压等）。 3. 观察和验证盐类的溶解度与温度的关系。
二、基本原理（布置设计任务时可简单讲解设计思路）
本实验用氯化钠与硫酸铵作用来制备氯化铵，反应与原料用量如下：
2 NaCl + (NH4)2SO4 = Na2SO4 + 2 NH4Cl 117 132 142 107 21.9 g 24.7 g 26.5 g 20 g
所以，要理论制备出20 g NH4Cl，需要21.9 g NaCl、24.7 g (NH4)2SO4，反应完全可得副产物Na2SO4 26.5 g（相当于60.0 g Na2SO4?10H2O）。
根据这四种盐的溶解度及其受温度影响差别的原理，采取加热、蒸发、冷却等措施，使溶解?结晶转化，从而达到分离。
以上四种盐在不同温度下的溶解度（克/100克水）如下表所示： 温度 /OC 氯化钠 十水硫酸钠* 硫酸钠 氯化铵 硫酸铵 0 35.7 4.7 29.7 70.6 10 35.8 9.1 33.3 73.0 20 36.0 37.2 75.4 30 36.2 41.4 78.0 40 36.5 48.2 45.8 81.0 50 36.8 46.7 50.4 84.8 60 37.3 45.2 55.2 88.0 70 37.6 44.1 60.2 91.6 80 38.1 43.3 65.6 95.3 90 38.6 42.7 71.3 100 39.2 42.3 77.3 20.4 41.0(32.4 OC) 99.2 103.3 *溶解度数据按100克水中溶解Na2SO4的克数计。 由上表可知，氯化铵、氯化钠、硫酸铵在水中的溶解度均随温度的升高而增加。不过，氯化钠溶解度受温度的影响不大；硫酸铵的溶解度无论在低温还是高温都是最大的。硫酸钠的溶解度有一转折点。十水硫酸钠的溶解度也是随温度的升高而增加，但达32.4 OC时脱水变成Na2SO4。Na2SO4的溶解度随温度的升高而减小。所以，可以有2种方案：
（一）析出Na2SO4法（加热法）：把氯化钠、硫酸铵溶于水，加热蒸发，Na2SO4会先结晶析出，趁热过滤分离出Na2SO4。然后再将滤液冷却，NH4Cl晶体随温度的下降逐渐析出，在35 OC左右抽滤，即得NH4Cl产品。
（1）溶解原料时的水量：100 OC下，溶解21.9 g NaCl需水量为21.9?100?39.2 = 55.9 mL，溶解24.7 g (NH4)2SO4需水量为24.7?100?103.3 = 23.9 mL，考虑到溶解过程水分会蒸发，实际加水约70 mL（最好不要超过80 mL）。
（2）第一次浓缩程度控制——抽滤分离过程中不能析出NH4Cl。 设蒸发x mL水，使90 OC时溶液中NH4Cl达到饱和。由(70 – x)/100 = 20/71.3得，x = 41.9 mL，此时析出[26.5 – (70 – 41.9) ?42.7?100] = 14.5 g Na2SO4。抽滤后，滤液冷却至40 OC可析出[20.0 – (70 – 41.9) ?45.8?100] = 7.1 g NH4Cl。产率约35.5%。
实际控制时，浓缩之前应该在蒸发皿壁上作记号。同时，由于一次蒸发浓缩得到的NH4Cl产量较低，为了提高其产量，可进行第二次蒸发浓缩。
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（二）析出Na2SO4?10H2O法（冰冷法）：把氯化钠、硫酸铵溶于水后，用冰水冷却至10 OC以下，会Na2SO4?10H2O析出，趁冷过滤分离出Na2SO4?10H2O。然后对滤液进行蒸发浓缩析出NH4Cl晶体，冷却至35 OC左右抽滤，即得NH4Cl产品。
（1）溶解原料时的水量： 0 OC下，溶解20.0 g NH4Cl需水量为20.0?100?29.7 = 67.3 mL，其中可溶解Na2SO4的量为：67.3?4.7?100 = 3.2 g，其余以Na2SO4?10H2O形式析出，析出时带走的水量为(26.5-3.2)?180?142 = 29.5 mL，所以共需水(67.3+29.5) mL即96.8 mL。事实上，受动力学因素影响（同时因Na2SO4?10H2O析出时放热，体系温度只能维持10 OC左右），Na2SO4?10H2O难以全部析出，实际加水约90 mL（最好不要超过100 mL）。
（2）浓缩程度控制：
设10 OC时可析出x g Na2SO4?10H2O
水 ―― Na2SO4?10H2O 100 9.1?142?322 = 20.6 90-x?322?180 60.0-x
可得：x = 46.8 g Na2SO4?10H2O
趁冷抽滤分离Na2SO4?10H2O后，溶液的组成为20.0 g NH4Cl + 63.8 mL水 + 5.9 g Na2SO4。在40OC时完全溶解5.9 g Na2SO4需5.9?48.2?100 = 12.2 mL水，即可蒸发掉51.6 mL水，可得NH4Cl 20.0 – 12.2?100?45.8 = 14.4 g。产率约72%。
三、实验步骤
方案一：析出Na2SO4法（加热法）
1. 称取21.9 g NaCl，放入250 mL烧杯内，加入约70 mL水。加热、搅拌使之溶解。若有不溶物，则用普通漏斗过滤分离，滤液用蒸发皿盛。
2. 在NaCl溶液中加入24.7 g (NH4)2SO4。水浴加热、搅拌，促使其溶解。
3. 对上述混合溶液进行蒸发浓缩。浓缩过程中，有大量Na2SO4结晶析出。当溶液体积减少到约50 mL（提前作记号）左右时，停止加热，并趁热抽滤。
4. 将滤液迅速倒入一100 mL烧杯中进行冷却，NH4Cl晶体逐渐析出，冷却至35 OC左右，抽滤。 5. 将得到的NH4Cl和Na2SO4分别称重。
6. 把滤液重新置于水浴上加热蒸发，至有较多Na2SO4晶体析出，抽滤。倾出滤液于小烧杯中，冷却至35 OC左右，抽滤。
7. 把两次所得的NH4Cl晶体合并，一起称重，计算收率（将两次所得的副产品Na2SO4合并称重）。 8. 产品的鉴定：取1 g NH4Cl产品，放于一干燥小坩埚的底部，加热。
NH4Cl产品中杂质含量 = (G灼烧后-G空坩埚)g / 1g ? 100%
方案二：析出Na2SO4?10H2O法（冰冷法）
1. 称取21.9 g NaCl，放入250 mL烧杯内，加入约90 mL水。加热、搅拌使之溶解。若有不溶物，
则用普通漏斗过滤分离。
2. 在NaCl溶液中加入24.7 g (NH4)2SO4。水浴加热、搅拌，促使其溶解。
3. 然后用冰冷却到0-10?C左右，加入少量Na2SO4?10H2O作为晶种，并不断搅拌。至有大量
Na2SO4?10H2O晶体析出时，立即抽滤。将副产品Na2SO4?10H2O称重。 4. 将滤液转入蒸发皿中，水浴蒸发浓缩至有适量晶体析出（如何控制浓缩程度？），冷却，NH4Cl
晶体逐渐析出，冷却至35 OC左右，抽滤。 5. 把所得的NH4Cl晶体与称重。
6. 产品的鉴定：取1g NH4Cl产品，放于一干燥小坩埚的底部，加热。
NH4Cl产品中杂质含量 = (G灼烧后-G空坩埚)g / 1g ? 100%
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四、实验流程（上氯化铵制备实验课时才给出下面的流程图）
方案一：析出Na2SO4法（加热法） 21.9gNaCl 70mL水 △ 渣（弃） 24.7g (NH4)2SO4 NaCl溶解 过滤 滤液 反应 蒸发浓缩 Na2SO4晶体 称重 趁热抽滤 NH4Cl 称重 母液 冷却至40?C 抽滤 母液 第二次蒸发浓缩 ?? 产品检验 产品回收 方案二：析出Na2SO4?10H2O法（冰冷法） 21.9gNaCl 90mL水 △ 渣（弃） 24.7g (NH4)2SO4 NaCl溶解 过滤 约35?C 滤液 反应 冰冷 Na2SO4?10H2O晶体 称重 抽滤 NH4Cl 称重 母液 蒸发浓缩 冷至35?C 抽滤 母液 产品检验 产品回收 五、注意事项（上氯化铵制备实验课时才给出下面的注意事项）
1 用水溶解的溶质量较多时，溶液体积与水的体积不等。本实验中，21.9 g NaCl与24.7 g
(NH4)2SO4溶于70 mL水后总体积约95 mL。
2 加热法：水量70-80 mL即可，浓缩时要提前作好记号（也可在烧杯中进行蒸发浓缩），浓缩
不能过度，以防Na2SO4与NH4Cl同时析出，趁热抽滤时要预热仪器。由于一次蒸发浓缩与冷却结晶得到的NH4Cl较少，所以要进行第二次蒸发浓缩与冷却结晶。 3 冰冷法：水量90-100 mL（Na2SO4?10H2O析出耗水）。冷却过程要不断剧烈搅拌（因为结晶过
程放出大量热量），降温至10?C以下时加0.5 g Na2SO4?10H2O作晶种。为保证分离效果，最好能在10?C以下保持1.5 hr左右。 4 以上两种方法中，“冰冷法”分离效果好，但速度慢。 5 加热浓缩时要注意不断搅拌。 6 NH4Cl产品与副产品均回收。 7 报告格式：
一、目的 二、原理 三、流程图 四、步骤与现象 五、结果 六、讨论 七、参考文献
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六、请各位老师注意：
1 设计方案与实验报告分别计分。 2 产品要求（不告诉学生）：NH4Cl ? 7 g 杂质含量小于10％
15 g ? Na2SO4 ? 24 g （Na2SO4?10H2O ? 35 g）
3 实验课时，尽可能把上面的注意事项与流程图写在黑板上。不要给出实验步骤。特别要注意
防止泄密（批改设计方案时，发现有部分同学写的设计方案与我们的备课内容完全一样）。
七、教材P325提示（2）（或《无机化学实验》P181思考题3）:
水量为：185 - (30 + 40) = 115 g 约为 115 mL 所以溶液体积约为：150 - 115 = 35 mL （1）浓缩至120 mL （水≈120 - 35 = 85 mL）
约有3.45 g Na2SO4析出，在90OC时，溶解的NH4Cl为60.35 g，Na2SO436.55 g 60OC时，溶解的NH4Cl为46.75 g，Na2SO438.25 g 35OC时，溶解的NH4Cl为36.55 g，Na2SO441.65 g （2）浓缩至100 mL （水≈100 - 35 = 65 mL）
在90OC时，溶解的NH4Cl为46.15 g，Na2SO427.95 g 60OC时，溶解的NH4Cl为35.75 g，Na2SO429.25 g 35OC时，溶解的NH4Cl为27.95 g，Na2SO431.85 g （3）浓缩至80 mL （水≈80 - 35 = 45 mL）
在90OC时，溶解的NH4Cl为31.95 g，Na2SO419.35 g 60OC时，溶解的NH4Cl为24.75 g，Na2SO420.25 g 35OC时，溶解的NH4Cl为19.35 g，Na2SO422.05 g （4）浓缩至70 mL （水≈70 - 35 = 40 mL）
在90OC时，溶解的NH4Cl为24.85 g，Na2SO415.05 g 60OC时，溶解的NH4Cl为19.25 g，Na2SO415.75 g 35OC时，溶解的NH4Cl为15.00 g，Na2SO417.15 g 原溶液组成 90OC时浓缩后 120 100 80 70 30 g NH4Cl + 40 g Na2SO4 + 115 mL H2O 共185 g（约 150 mL） 析出物 3.45 12.05 20.65 24.95 0 0 0 5.15 过滤后冷至60OC的析出物 过滤后冷至35OC的析出物 Na2SO4 / g 0 0 0 0 NH4Cl / g 0 0 5.25 5.60 Na2SO4 / g 0 0 0 0 NH4Cl / g 0 2.05 10.65 9.85 溶液体积 / mL Na2SO4 / g NH4Cl / g 对题中体系，应该在90OC时将溶液浓缩至80 mL，趁热过滤分离析出的结 论 Na2SO4，然后将滤液冷却至35OC可析出较多的NH4Cl；而浓缩至120或100 mL时，浓缩不足，得不到NH4Cl或只能得到很少的NH4Cl；浓缩至70 mL时，浓缩过度，使NH4Cl与Na2SO4与一起析出。
八、布置期末考试题目
无机化学实验期末考题——设计实验
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从铬盐生产的废渣制备无水硫酸钠
1 第12周实验课上布置本实验课期末考试事宜： 具体要求参见教材P326～327
2 按照实验进度表第13周交设计方案。设计方案应包括： （1）实验原理（包括实验条件的确定） （2）物料计算 （3）实验流程图 （4）实验步骤 （5）离子检查方法 （6）参考文献
3 实验考试的前一周（第14周）实验课，教师发回设计方案。
4 学生按照实验进度表规定的时间个人独立完成实验，并当场交实验报告： （1）实验目的 （2）实验原理 （3）流程图
（4）现象记录与解释 （5）实验结果与数据处理 （6）讨论
5 考试时间：实验时间加上写报告时间共3.5小时，超时扣分。
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