氯氣性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

◆黃啟榮 王發(fā)應(yīng)

氯氣性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

◆黃啟榮 王發(fā)應(yīng)

為了解決氯氣的制取及漂白性和氧化性實(shí)驗(yàn)的污染問題，利用實(shí)驗(yàn)室常備物品和生活廢棄物進(jìn)行設(shè)計，在不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果和觀察效果的前提下對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)，從而避免教材實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物污染問題的同時，簡化實(shí)驗(yàn)操作，縮短實(shí)驗(yàn)時間，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果，降低實(shí)驗(yàn)成本。

氯氣；微型實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)裝置

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.01.129

1 研究背景

氯氣的漂白性實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一，但卻因氯氣有毒，教師每每接觸到氯氣就心生畏懼。再者，若按教材方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，需事先制備兩瓶干燥的氯氣備用，不僅操作復(fù)雜，浪費(fèi)藥品，而且在這一過程中不可避免地有大量氯氣外泄，污染環(huán)境的同時，危害了師生健康。所以，在教授這節(jié)內(nèi)容時，有很多教師就直接放棄實(shí)驗(yàn)，改為黑板實(shí)驗(yàn)或視頻實(shí)驗(yàn)。這就使原本是“感性認(rèn)識—理性認(rèn)識”的“實(shí)踐—理論”的教學(xué)過程，變?yōu)榧兝硇缘恼J(rèn)識過程，不僅沒有達(dá)到教材編寫的目的，還違背了人的認(rèn)知規(guī)律。為此，在參考有關(guān)文獻(xiàn)[1-4]的基礎(chǔ)上，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和不斷改進(jìn)，很好地解決了上述問題?，F(xiàn)撰文介紹如下，供同行參考。

2 改進(jìn)方案

裝置的組裝

1）將圓珠筆芯管的一端在火焰上烤熱軟化后，先用鐵釘擴(kuò)大，用膠水粘接在5 mL注射器1的針頭柱上，作加液器。

2）取一支20 mL注射器，取出活塞，在其側(cè)壁上鉆一適當(dāng)大小的孔，用膠水封閉針頭柱，并將其插入與廣口瓶瓶口配套的單孔塞的孔中，作為氯氣發(fā)生器的反應(yīng)室兼干燥室。

3）將活塞密封圈從活塞桿上取下，用燒熱的鐵釘或電烙鐵在其中央打一個與圓珠筆芯管外徑大小相當(dāng)?shù)目?，再在周圍打幾個細(xì)小的孔，作為承載干燥劑的隔板。

4）先將加液器（注射器1）管插入一個與20 mL注射器管內(nèi)徑匹配的單孔橡皮塞中央的孔中，再將加液器（注射器1）管插入多微孔隔板中央的孔中，使單孔塞和多微孔隔板之間隔一定距離，然后用膠水將單孔橡皮塞和多微孔隔板粘接在圓珠筆芯管（加液器管）上。

5）在氯氣發(fā)生器的反應(yīng)室中加入少量的高錳酸鉀或氯酸鉀固體，用加液器（注射器1）吸入一定量濃鹽酸后放入氯氣發(fā)生器的反應(yīng)室中，在塞緊單孔橡皮塞前加入適量無水氯化鈣固體作氯氣干燥劑，組合成氯氣發(fā)生器。

6）將一條濕潤的有色紙條和淀粉碘化鉀試紙用水浸濕后隔一定距離貼在集氣瓶內(nèi)壁上，再將一條干燥的有色紙條用棉線栓住后懸掛在集氣瓶內(nèi)，作為氯氣性質(zhì)的驗(yàn)證裝置。

7）將氯氣發(fā)生器放入氯氣性質(zhì)的驗(yàn)證裝置中，用另一支5 mL注射器2吸滿濃氫氧化鈉溶液，將針頭插入并刺穿大號橡皮塞，然后將大橡皮塞塞緊在集氣瓶口，并保證裝置的氣密性良好，即制成氯氣漂白性和氧化性的環(huán)保實(shí)驗(yàn)裝置。

實(shí)驗(yàn)過程

1）推動注射器1活塞加入幾滴濃鹽酸，集氣瓶中很快就會有黃綠色氣體生成；貼在集氣瓶內(nèi)壁上的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)；濕潤的有色紙條迅速褪色；干燥的有色紙條不褪色（如果現(xiàn)象不明顯，可再滴加幾滴濃鹽酸，以增加氯氣的產(chǎn)量，可增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果）。

2）實(shí)驗(yàn)完畢，推動另一注射器2活塞向集氣瓶中加入適量濃氫氧化鈉溶液，振蕩以除去多余的氯氣。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

結(jié)論一：加入濃鹽酸后觀察到集氣瓶中有黃綠色氣體生成，說明氯氣為黃綠色氣體。

結(jié)論二：貼在集氣瓶內(nèi)壁上的淀粉碘化鉀試紙先變藍(lán)，說明氯氣具有氧化性。

結(jié)論三：濕潤的有色紙條迅速褪色，干燥的有色紙條不褪色，說明干燥氯氣不具有漂白性，濕潤的氯氣才有漂白性。

3 改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

綠色化實(shí)驗(yàn)在全封閉體系中進(jìn)行，避免了氯氣對環(huán)境造成的污染，從而避免了對師生健康的傷害。

微型化本實(shí)驗(yàn)在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將實(shí)驗(yàn)裝置改為微型實(shí)驗(yàn)，大大節(jié)約了實(shí)驗(yàn)藥品用量，減少了污染，降低了實(shí)驗(yàn)成本。對于像氯氣這種毒性大、實(shí)驗(yàn)耗量大、污染大的氣體來說，本實(shí)驗(yàn)對此做出的改進(jìn)無疑將危害降到了最低，符合“綠色化學(xué)”的理念。

一體化將氯氣的發(fā)生裝置、干燥裝置和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置合為一體，與教材實(shí)驗(yàn)相比，裝置更加簡單、操作更加簡便，大大縮短了實(shí)驗(yàn)所需時間。教師在上課的時候可以直接把裝置拿到學(xué)生面前，讓學(xué)生進(jìn)行觀察，從而讓后排學(xué)生也能清楚地看見實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，大大提高了學(xué)生的參與度，教學(xué)效果更好。

可控性強(qiáng)實(shí)驗(yàn)中所有藥品可在達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果和實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡幕A(chǔ)上隨意控制，能保證以最少的藥品用量達(dá)到最佳的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)效果，大大減少了常規(guī)實(shí)驗(yàn)造成的浪費(fèi)。

教育功能強(qiáng)大通過這一實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，不僅能對學(xué)生進(jìn)行保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源的教育，同時還能對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)。

降低實(shí)驗(yàn)成本通過創(chuàng)新設(shè)計，減少了實(shí)驗(yàn)藥品的使用量，降低了實(shí)驗(yàn)成本。

操作簡單與教材實(shí)驗(yàn)相比，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，儀器使用量極大減少，因而組裝和操作更加簡單，使用更加方便。

4 拓展應(yīng)用

本裝置還可用來完成中學(xué)化學(xué)中很多固液不加熱制取少量氣體及其性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)。

改進(jìn)二氧化硫的漂白性實(shí)驗(yàn)取下集氣瓶口上的大橡皮塞，然后在集氣瓶中下部的內(nèi)壁上貼一張用品紅溶液濕潤的濾紙條，將大橡皮塞塞緊在集氣瓶口。去掉氯氣發(fā)生器的內(nèi)部構(gòu)件，在反應(yīng)室內(nèi)加入適量亞硫酸鈉，反應(yīng)室口用一無孔橡皮塞塞緊，另取一注射器吸取適量稀硫酸后，將其針頭插入并穿過橡皮塞，伸入反應(yīng)室中。用注射器2吸取適量氫氧化鈉溶液，一并插入無孔橡皮塞。組裝好裝置后，推動注射器1的活塞，向反應(yīng)室中注入稀硫酸，與亞硫酸鈉反應(yīng)生成二氧化硫氣體。過一會兒，紅色的品紅試紙逐漸褪為白色，現(xiàn)象非常明顯，說明二氧化硫氣體具有漂白性。觀察完畢，推動注射器2活塞，注入氫氧化鈉溶液，振蕩除去多余的二氧化硫氣體和稀硫酸，以避免污染環(huán)境。

改進(jìn)驗(yàn)證硫化氫氣體還原性的實(shí)驗(yàn)取下集氣瓶口上的大橡皮塞，然后在集氣瓶中下部的內(nèi)壁上貼一張用酸性高錳酸鉀溶液濕潤的濾紙條，將大橡皮塞塞緊在集氣瓶口。去掉氯氣發(fā)生器的內(nèi)部構(gòu)件，在反應(yīng)室內(nèi)加入適量硫酸亞鐵，反應(yīng)室口用一無孔橡皮塞塞緊。另取一注射器吸取適量稀硫酸后，將其針頭插入并穿過橡皮塞，伸入反應(yīng)室中。用注射器2吸取適量氫氧化鈉溶液，一并插入無孔橡皮塞。組裝好裝置后，推動注射器1的活塞，向反應(yīng)室中注入稀硫酸，與硫酸亞鐵反應(yīng)生成硫化氫氣體。過一會兒，紫紅色的高錳酸鉀試紙逐漸褪色，現(xiàn)象非常明顯，說明硫化氫氣體具有還原性。觀察完畢，推動注射器2活塞，注入氫氧化鈉溶液，振蕩除去多余的硫化氫氣體和稀硫酸，以避免污染環(huán)境。

[1]夏凱.利用針管進(jìn)行氯氣有關(guān)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的研究[J].化學(xué)教育,2008(2):64.

[2]游建軍,王方舟,曾慶兵,涂鍵柏.氯氣性質(zhì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué),2009(10):15-16.

[3]羅兵.氯氣制備及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置的組合化與微型化設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué),2012(5):50-52.

[4]羅瑪,丁偉.氯氣性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中的漂白作用解析與探究[J].化學(xué)教學(xué),2013(2):45-46.

G633.8

B

1671-489X(2016)01-0129-02

作者：黃啟榮、王發(fā)應(yīng)，貴州金沙中學(xué)（551800）。