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微反应实验装置
发布时间：2021-02-27 14:56:051. 如图是研究二氧化硫性质的微型实验装置．现用60%硫酸溶液和亚硫酸钠晶体反应制取SO 2 气体，实验现象很明
| A、二氧抄化硫能与水反应生成亚硫酸，亚硫酸显酸性，紫色石蕊溶液变蓝色，故A错误； B、因为二氧化硫有漂白性，所以品红褪色，故B正确； C、因二氧化硫具有还原性，能与溴水发生反应：Cl 2 +SO 2 +2H 2 0=2HCl+H 2 SO 4 ，所以溴水褪色，故C正确； D、因二氧化硫能与NaOH反应生成亚硫酸钠和水，溶液碱性减弱，所以溶液红色变浅，故D正确； 故选：A． |
2. 某化学兴趣小组设计了一套微型实验装置，用来测定一种石灰石样品中碳酸钙的质量数分数，具体做法是：①从
设碳酸钙的质量为x
CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑
10044
x0.044g
| 100 |
| x |
| 44 |
| 0.044g |
解得：x=0.1g样品中碳酸钙质量分数的版最大值是权
| 0.1g |
| 0.125g |
答：样品中碳酸钙质量分数的最大值是80%．
3. 如图是某微型实验的装置图．①在整个反应过程中你可能观察到的现象有：试管中有______产生，a处______，b
①由于稀盐酸与来大理石的反源应生成了二氧化碳气体、氯化钙和水．二氧化碳能与水反应生成碳酸，二氧化碳能与氢氧化钙反应生成了碳酸钙和水，二氧化碳不燃烧、不燃烧密度比空气大．所以，在整个反应过程中可能观察到的现象有：试管中有气泡产生，a处紫色石蕊溶液由紫色变红色，b处澄清色石灰水变浑浊，烧杯中：烧杯中低处的蜡烛先熄灭，高的后熄灭．
②在本题中对二氧化碳的制法和性质的验证进行了改进，优点是：节约药品、产生的污染物少等．
③a处紫色石蕊溶液由紫色变红色，说明了：CO2与水反应生成碳酸；
④由烧杯中低处的蜡烛先熄灭，高的后熄灭说明：CO2不支持燃烧，本身也不燃烧；CO2的密度大于空气；故答为：①气泡，紫色石蕊溶液由紫色变红色，澄清石灰水变浑浊，低处的蜡烛先熄灭，高的后熄灭；
②节约药品、产生的污染物少等；③CO2与水反应生成碳酸；④CO2与H2O能发生化学反应；CO2不支持燃烧，本身也不燃烧；CO2的密度大于空气．
4. 微管反应器原理
微化工系统是以带有微结构元件的化工装备为核心的化工系统，它的突出特点是在微时空尺度上控制流动、传递和反应过程，为实现高效、安全的物质转化提供了基础。微化工系统相关研究起源于20世纪90年代[1]，多年来的研究结果表明:微化工设备内流动状态高度可控，液滴和气泡的分散尺度一般在数微米至数百微米之间;具有丰富的多相流型，一些流型中的液滴和气泡结构与尺寸高度均一;由于微尺度下传递距离短、浓度/温度梯度高以及体系巨大的比表面积，微反应器内传热/传质系数较传统化工设备大1-3个数量级[2]。
国内开展微反应器研究已经有十余年时间，在微反应器的设计制造、微混合原理的探索、气相反应、液相反应、纳米颗粒制备等领域得到迅速发展，取得了显著成果[3]。目前从事微反应器相关研究的主要有中国科学院大连物理化学研究所、清华大学、华东理工大学和山东豪迈化工技术有限公司等科研院校和科研单位。
聚合反应对反应器的传热和混合有很高的要求，传统的釜式反应器在这方面的缺陷成为获得高性能聚合产物的瓶颈之一。近年来，微反应器已能够成功应用于多种机理的聚合反应并表现出对传统釜式反应器的显著优势。从当前的发展趋势来看，微反应器在聚合反应中的应用将成为化工和高分子领域的研究热点之一。本文综述了微反应器在不同的聚合反应体系中的应用。
1
自由基聚合
聚合温度对自由基聚合所得产物的分子量和分子量分布有很大影响。因此，对反应体系温度的控制是控制产品质量的关键因素。大部分自由基聚合是较强的放热反应，且反应速度较快。在传统的釜式反应器中，反应器传热和传质能力的不足往往导致反应体系内温度分布不均，从而影响产物的分子量分布。在放热较强的自由基聚合中，使用传热能力强的微反应器可以显著改善反应结果。
Iwasaki等[4]用T形微混合器和内径分别为250μm和500μm的微管式反应器组成微反应器系统(图一)，进行了一系列丙烯酸酯单体的自由基聚合。釜式反应器中丙烯酸丁酯的聚合反应产物分子量分布指数（PDI）高达10以上，而相同的反应时间和产率下微混合器中反应产物的PDI可控制在3.5以下，证明微反应器可以有效地控制自由基聚合产物的分子量分布。
图一 丙烯酸酯自由基聚合微反应器装置图
Okubo等[5]在微反应器中进行了苯乙烯的悬浮聚合，反应物和水通过K-M型微混合器形成悬浮液，再经过管式反应器进行聚合[图2(a)]。经过降温可直接在管内得到聚合物颗粒，通过改变流量可以调节聚合物颗粒大小。
微通道中的液滴聚合是一种新兴的聚合方式，其基本原理为在管内利用不良溶剂将反应体系分隔成小液滴，每个小液滴均可看做一个微型反应器。在较小的微通道尺寸下，液滴聚合的混沌混合特性进一步强化了传质效果。Okubo等利用液滴聚合合成了聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯，反应装置见图二(b)。通过调节停留时问和控制两相间溶剂扩散的方法可以实现对聚合产物分子量的控制;与釜式反应器相比，得到的聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的分子量分布较窄，经过微反应器沉淀得到的聚合物粒子分布也较均一。
图二 苯乙烯自由基聚合实验装置示意图
Wu等[6}在自制的双输入微通道(500μm*600μm)反应器中进行了甲基丙烯酸羟丙酯（HPMA）的ATRP聚合。单体和催化剂从一个通道进入，引发剂从另一入口通入，通过对流量调节可以实现对产物分子量和分子量分布的调控。Wu等[7}随后又设计了结构相似的三输入微反应器，实现了环氧乙烷与HPMA的ATRP共聚合。通过调节反应时间和引发剂相对浓度两种方法均可实现对聚合产物中HPMA含量的调节。Chastek等[8]在微反应器中进行了苯乙烯和一系列丙烯酸酯的ATRP共聚合，通过特定溶剂使产物胶束化，并用动态光散射法对胶束进行了测定，反应装置见图三。
图三 ATRP共聚、胶束化和DLS检测集成装置示意图
2
阴离子聚合
Honda等[9}在由微混合器和微管反应器(内径250μm)组成的微反应器装置中进行了氨基酸-N-羧基-环内酸酐的阴离子聚合。所得产物的分子量分布窄于釜式反应器的聚合产物，并可以通过调节流速来控制产物分子量和分子量分布。如图四所示，流速降低时，反应物停留时问增长，反应程度提高，产物的分子量变大，分子量分布变窄。
图四 不同流速下的GPC流出曲线
3
阳离子聚合
Nagaki等[10]将微反应器与“阳离子池”引发技术结合，进行了一系列乙烯基醚单体的阳离子聚合(图五)。阳离子池的高效引发结合微反应器的快速混合使反应在0.5 s内即可完成，并能很好地控制产物的分子量分布，产物的PDI从釜式反应器的2.25降至1.14。
5. （2012杨浦区二模）如图是某微型实验的装置图．（1）写出试管中发生化学反应的化学方程式______．（2）
（1）碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙和水和二氧化碳，配平即可．故答案为：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
（2）在整个反应过程中观察到的现象有：试管中有气泡产生，a处紫色石蕊溶液由紫色变红色（CO2溶于水生成碳酸，显酸性），b处澄清石灰水变浑浊，烧杯中低处的蜡烛先熄灭，高的后熄灭（CO2的密度大于空气）；故答案为：试管中有气泡产生，a处紫色石蕊溶液由紫色变红色，b处澄清石灰水变浑浊，烧杯中低处的蜡烛先熄灭，高的后熄灭．
（3）在本题中对二氧化碳的制法和性质的验证进行了改进，优点是：节约药品、产生的污染物少等．故答案为：节约药品、产生的污染物少（或废弃物少，合理即可）
（4）a处紫色石蕊溶液由紫色变红色是因为：CO2与水反应生成碳酸；烧杯中低处的蜡烛先熄灭，高的后熄灭说明：CO2不支持燃烧，本身也不燃烧；CO2的密度大于空气；故答案为：CO2与H2O能发生化学反应；CO2不支持燃烧，本身也不燃烧；CO2的密度大于空气
6. 如图是某微型实验的装置图．试管中反应发生后a处的现象是______，b处的现象是______，烧杯中现象是______
根据图示、药品可知，试管中稀盐酸和石灰石反应生成二氧化碳，CO2溶于水生成碳回酸，显酸性答，使a处紫色石蕊溶液由紫色变红色；二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，可以看到b处的澄清的石灰水变浑浊；因为CO2的密度大于空气，且二氧化碳不能燃烧也不能燃烧，故看到烧杯中低处的蜡烛先熄灭，高处的蜡烛后熄灭；微型实验装置的优点是：节约药品；产生的污染物少（或废弃物少）．
故答案为：
紫色石蕊溶液由紫色变红色；澄清石灰水变浑浊；烧杯中低处的蜡烛先熄灭，高处的蜡烛后熄灭；节约药品；产生的污染物少（或废弃物少）．
7. （1）如图是某微型实验的装置图．试管中的反应发生后a、b两处及烧杯中各有什么现象（2）采用微型实验装
（1）根据图示、药品可知，试管中稀盐酸和石灰石反应生成二氧化碳，CO2溶于水生版成碳酸，显酸性权，使a处紫色石蕊溶液由紫色变红色；二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，可以看到b处的澄清的石灰水变浑浊；因为CO2的密度大于空气，且二氧化碳不能燃烧也不能燃烧，故看到烧杯中低处的蜡烛先熄灭，高处的蜡烛后熄灭；
（2）微型实验装置的优点是：节约药品；产生的污染物少（或废弃物少）．
故答案为：
（1）a处紫色石蕊溶液由紫色变红色（CO2溶于水生成碳酸，显酸性）；b处澄清石灰水变浑浊；烧杯中低处的蜡烛先熄灭，高处的蜡烛后熄灭（CO2的密度大于空气，CO2不能燃烧也不能燃烧）；
（2）节约药品；产生的污染物少（或废弃物少）．
8. 微型化学实验具有装置小巧，节约药品，操作简便，现象明显，安全可靠，减少污染等特点，下图是某同学设计
4NO+6H 2 O