氯氣，氯水和溴水的實(shí)驗(yàn)室快捷制法

氯氣的快捷制法

在中學(xué)教材中，氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法是濃鹽酸和二氧化錳在加熱的條件下反應(yīng)，生成氯氣。因?yàn)榉磻?yīng)慢，在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室中通常并未采用這種方法制氯氣。一般情況下，中學(xué)實(shí)驗(yàn)室利用濃鹽酸和高錳酸鉀反應(yīng)制取氯氣，反應(yīng)不需要加熱就可以進(jìn)行，反應(yīng)速度比第一種方法快得多。當(dāng)然，在反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)速度會(huì)減慢，這時(shí)加熱會(huì)提高反應(yīng)速度，通常這種加熱時(shí)有必要的。但是在反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)容器壁上會(huì)牢固附著上不容水的二氧化錳，一般用濃鹽酸洗，這會(huì)產(chǎn)生有毒的氯氣。我發(fā)現(xiàn)用濃鹽酸和氯酸鉀制氯氣比前兩種方法都好。一是這種方法根本不需要加熱就能進(jìn)行，并且反應(yīng)速度是最快的；二是在反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)有難容產(chǎn)物附著在容器壁上；三是這種方法能使反應(yīng)物中的所有氯元素全轉(zhuǎn)化到氯氣中，不僅節(jié)省原料而且提高了產(chǎn)率，而前兩種方法中，反應(yīng)物中的氯元素只有一部分轉(zhuǎn)化到氯氣中。但用濃鹽酸和氯酸鉀制得的氯氣并不純凈，其中含有鹽酸小液滴，后來(lái)改用濃硫酸（或用濃度在80%以上的稀硫酸）氯化鈉和氯酸鉀制氯氣，制得的氯氣較純凈。該反應(yīng)的原理是氯酸根離子在酸性條件下具有強(qiáng)氧化性，可把氯化鈉中的氯離子氧化成零價(jià)的氯元素。

氯水的快捷制法

實(shí)驗(yàn)室制氯水是把氯氣通入蒸餾水中制成的，雖然通入氯氣時(shí)間較長(zhǎng)，但制得的氯水中氯分子含量少，顏色較淺。并且用高錳酸鉀和濃鹽酸制得的氯氣通入水中制氯水時(shí)，因反應(yīng)速度變慢需加熱，而加熱不好控制，未反應(yīng)的高錳酸鉀隨鹽酸經(jīng)導(dǎo)管進(jìn)入正在制備的氯水中，氯水就有了高錳酸鉀的紫紅色，影響氯水制備的成功率。我制氯水時(shí)，在燒杯內(nèi)加入適量的固體氯酸鉀，再加入適量的濃鹽酸，待兩者劇烈反應(yīng)幾秒鐘后加入適量的蒸餾水，頃刻間蒸餾水變成了黃綠色，燒杯底部還沉有未反應(yīng)的氯酸鉀，迅速地把上清液倒入其他容器。這種黃綠色液體就是氯水。這樣制氯水的速度相當(dāng)快，整個(gè)過(guò)程不超過(guò)20秒。用此法制得的氯水比前面介紹的方法制得的氯水顏色深，濃度大，所以保存時(shí)間長(zhǎng)。

這種方法制得的氯水顯然含有雜質(zhì)。氯酸鉀和濃鹽酸反應(yīng)生成氯化鉀，水和氯氣，在這個(gè)反應(yīng)體系中加入蒸餾水制氯水，這種氯水中除了含有氯分子，還含有未反應(yīng)但溶入的氯酸鉀和未反應(yīng)的鹽酸以及另一種產(chǎn)物氯化鉀。這種含雜質(zhì)的氯水中就含有水分子，氯分子，次氯酸分子，氯離子，次氯酸根離子，氫離子，鉀離子和氯酸根離子，其中前六種是無(wú)雜質(zhì)的氯水所含的微粒，但含雜質(zhì)的氯水所含氯離子和氫離子比同濃度無(wú)雜質(zhì)氯水所含的氯離子和氫離子多，這樣，多出的氯離子和氫離子使氯分子和水反應(yīng)的可逆反應(yīng)向生成氯分子的方向移動(dòng)，所以同濃度的含雜質(zhì)的氯水比無(wú)雜質(zhì)的氯水所含氯分子多，顏色也就深一些。有雜質(zhì)的氯水所含雜質(zhì)是鉀離子和氯酸根離子。

用含雜質(zhì)的氯水做中學(xué)化學(xué)教材所涉及的實(shí)驗(yàn)，可行性怎樣呢？首先是觀察氯水顏色的實(shí)驗(yàn)。這種含雜質(zhì)的氯水和無(wú)雜質(zhì)的氯水一樣其中含有氯分子，并且雜質(zhì)離子是無(wú)色的，所以含雜質(zhì)氯水和無(wú)雜質(zhì)氯水都呈黃綠色。第二，氯水的漂白性。含雜質(zhì)的氯水和無(wú)雜質(zhì)的氯水一樣含有漂白作用的次氯酸，都可以使有色有機(jī)物褪色。而雜質(zhì)離子無(wú)漂白作用，即使在氯水的酸性條件下雜質(zhì)離子氯酸根離子有較強(qiáng)氧化性，但無(wú)漂白性。第三，氯水中氯離子的檢驗(yàn)。因?yàn)楹s質(zhì)的氯水和無(wú)雜質(zhì)的氯水都含有氯離子，都能和硝酸銀反應(yīng)生成白色沉淀，雜質(zhì)離子不影響沉淀反應(yīng)，只是同濃度含雜質(zhì)的氯水比無(wú)雜質(zhì)的氯水和硝酸銀反應(yīng)產(chǎn)生的雜質(zhì)多一些，這只是定性實(shí)驗(yàn)并非定量實(shí)驗(yàn)，況且實(shí)驗(yàn)用的氯水濃度可以不確定。所以具有可行性。第四，氯水酸性的檢驗(yàn)。紫色石蕊試液和有雜質(zhì)的氯水反應(yīng)，紫色石蕊先褪色，這和無(wú)雜質(zhì)氯水和紫色石蕊反應(yīng)的現(xiàn)象是相同的。第三，氯水與溴化物和碘化物的反應(yīng)。氯水中因含氯分子，可以置換出溴單質(zhì)和碘單質(zhì)。雖然含雜質(zhì)的氯水中有氯酸根離子，并且在氯水的酸性環(huán)境下有氧化性，可以與溴化物和碘化物反應(yīng)生成溴單質(zhì)和碘單質(zhì)，但氯酸根離子在有雜質(zhì)氯水中的含量遠(yuǎn)低于氯分子的含量，因?yàn)檫@種氯水的制取速度極快并且未參加反應(yīng)的固體氯酸鉀及時(shí)和氯水分開(kāi)，在短短的過(guò)程中只有少量的氯酸鉀溶入氯水中，用塊狀而不是粉末狀的氯酸鉀制氯水，其中的氯酸根離子能減到最少。所以含雜質(zhì)的氯水與溴化物和碘化物反應(yīng)，起主要作用的是氯分子，而無(wú)雜質(zhì)的氯水與溴化物和碘化物反應(yīng)，起氧化作用的也是氯分子。第四，氯水氧化氯化亞鐵。無(wú)雜質(zhì)氯水中起氧化作用的是氯分子，有雜質(zhì)氯水中起氧化作用的主要是氯分子，而不是氯酸根離子?？傊@種有雜質(zhì)的氯水在中學(xué)階段的實(shí)驗(yàn)中有可行性。

溴水的快捷制法

液溴具有強(qiáng)烈的刺激性，取液溴配溴水是件非常不容易的操作。我想出辦法不取液溴就能制溴水。其具體過(guò)程如下，取適量固體氯酸鉀和溴化鉀，再加適量的濃鹽酸或硫酸，目的是氯酸鉀中的氯酸根離子在酸性條件下有強(qiáng)氧化性，從而氧化溴化鉀生成溴分子。待反應(yīng)進(jìn)行幾秒鐘后，加入適量的蒸餾水，蒸餾水立即變成橙黃色液體，接著迅速棄去底部未反應(yīng)的固體氯酸鉀和溴化鉀，剩下的橙黃色液體就是溴水，控制加水量可制得飽和溴水（溶液底部沉有液溴）。

然而這種方法制得的溴水是有雜質(zhì)的。如果用濃鹽酸制，所含雜質(zhì)離子是氯離子，鉀離子和氯酸根離子，還含有比無(wú)雜質(zhì)溴水多的氫離子和溴離子；如果用硫酸制，所含雜質(zhì)離子是硫酸根離子，鉀離子和氯酸根離子，還含有比無(wú)雜質(zhì)溴水多的氫離子和溴離子。用這種方法制得的溴水在中學(xué)階段的實(shí)驗(yàn)中的可行性怎樣呢？第一，有雜質(zhì)溴水所含雜質(zhì)離子都是無(wú)色的，不影響溴水的顏色，所以用這樣含雜質(zhì)的溴水做萃取實(shí)驗(yàn)，不影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。第二，和無(wú)雜質(zhì)的飽和溴水一樣，有雜質(zhì)的飽和溴水和苯酚反應(yīng)也生成白色沉淀，并且所含雜質(zhì)離子不影響溴分子和苯酚的反應(yīng)。第三，含雜質(zhì)的溴水和碘化物反應(yīng)現(xiàn)象與無(wú)雜質(zhì)溴水和碘化物反應(yīng)現(xiàn)象相同，在本質(zhì)上都是溴水中的溴分子置換出碘，雖然有雜質(zhì)的溴水所含的氯酸根離子在酸性環(huán)境下有氧化性，也可以氧化碘化物，但這種雜質(zhì)離子含量很少，起氧化作用的主要還是溴分子。第四，把乙烯或乙炔通入有雜質(zhì)的溴水中，溴水退色，這和把乙烯或乙炔通入無(wú)雜質(zhì)的溴水中的現(xiàn)象是一致的，并且退色原因也是一致的，因?yàn)橛须s質(zhì)溴水所含雜質(zhì)不和乙烯或乙炔反應(yīng)，總之，這種有雜質(zhì)的溴水在中學(xué)階段的實(shí)驗(yàn)中有可行性。