氯氣系列實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)及其在教學(xué)中的應(yīng)用

屈春蕓

摘要：以“威猛先生”和“84”消毒液為原料，利用常見(jiàn)的儀器、試劑和用品，設(shè)計(jì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，完成氯氣的制備與儲(chǔ)存、氯氣性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、氯水性質(zhì)實(shí)驗(yàn)等3個(gè)系列實(shí)驗(yàn)，并探索改進(jìn)實(shí)驗(yàn)在元素化合物復(fù)習(xí)課中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：氯氣;改進(jìn)實(shí)驗(yàn);教學(xué)應(yīng)用

文章編號(hào)：1008-0546（2018）12-0090-03中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.030

一、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的緣起

氯作為非金屬元素的典型代表，需要掌握的知識(shí)點(diǎn)多，與化學(xué)原理以及工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際關(guān)聯(lián)度廣，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)其它元素化合物的興趣、方法有重要的影響。但是氯氣是有毒氣體，氯氣的實(shí)驗(yàn)往往涉及制備、儲(chǔ)存、性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、尾氣處理等，裝置比較復(fù)雜;不少改進(jìn)實(shí)驗(yàn)也存在裝置復(fù)雜或集成度過(guò)高的問(wèn)題。所謂集成度過(guò)高指的是產(chǎn)生氯氣的同時(shí)，氯氣的各種性質(zhì)實(shí)驗(yàn)幾乎一次性同時(shí)完成，不利于學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)，理解知識(shí)。這些因素都在一定程度上降低了在教學(xué)中實(shí)施實(shí)驗(yàn)的可能性。

實(shí)際上，正是因?yàn)榕c生活和生產(chǎn)實(shí)際關(guān)聯(lián)度高，元素化合物部分有大量的實(shí)驗(yàn)資源可供開(kāi)發(fā)。篩選一些具有探究性的問(wèn)題，利用常見(jiàn)試劑、器材或生活用品，將一些低成本、高效益、深探究的簡(jiǎn)易微型實(shí)驗(yàn)融入復(fù)習(xí)課還是具有可行性的，而且理論探究與實(shí)驗(yàn)探究相配合的課堂形式也符合高三學(xué)生的知識(shí)水平和思維水平，能調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)的熱情，也有利于改善高三復(fù)習(xí)課“羅列知識(shí)點(diǎn)、講題、做題”的套路，提升學(xué)生的思維能力和科學(xué)素養(yǎng)，提高復(fù)習(xí)課的效益。

因此，本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的目標(biāo)為：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行、安全無(wú)污染、可控制度高、富有探究性和思辨性的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生深入理解氯氣的制備原理，掌握氯氣的主要化學(xué)性質(zhì)，并培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注生活現(xiàn)象，用化學(xué)的視角去看待生活的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決問(wèn)題，并最終形成認(rèn)識(shí)和表達(dá)觀點(diǎn)的能力。

具體而言，我們將以常見(jiàn)生活用品“威猛先生”和“84”消毒液為原料，通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置，完成氯氣的制備和儲(chǔ)存、氯氣的性質(zhì)系列實(shí)驗(yàn)、氯水的性質(zhì)系列實(shí)驗(yàn)這三方面內(nèi)容，開(kāi)發(fā)出適合高三一輪復(fù)習(xí)課使用的微型探究實(shí)驗(yàn)。

二、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)儀器

鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、塑料飲料瓶（1個(gè)）、單孔塞（1個(gè)）、玻璃導(dǎo)管（1支）、尖嘴玻璃管（1支）、乳膠管（帶玻璃珠）、注射器（20mL，2支）、點(diǎn)滴板（2個(gè)）、玻璃片（1個(gè)）。

2.實(shí)驗(yàn)藥品

“威猛先生”、“84”消毒液、碘水、淀粉溶液、溴水、氯化亞鐵溶液、硫氰化鉀溶液、亞硫酸鈉溶液、氯化鋇溶液、稀鹽酸、氫氧化鈉溶液、淀粉碘化鉀試紙、紫色石蕊試紙、pH試紙。

3.實(shí)驗(yàn)裝置

4.關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象

（1）組裝儀器：按照?qǐng)D1組裝實(shí)驗(yàn)儀器，注意塑料瓶要稍微擠壓變扁一些，并檢驗(yàn)裝置氣密性。

（2）制備并存儲(chǔ)氯氣：在塑料瓶中加入30mL“威猛先生”，注射器中吸取15mL“84”消毒液，擠壓注射器，將“84”消毒液注入塑料瓶中。發(fā)現(xiàn)塑料瓶中立即產(chǎn)生大量氣泡，塑料瓶鼓起，完成氯氣的制備與儲(chǔ)存。

（3）氯氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)：取下裝置，手持塑料瓶，此時(shí)裝置化身為“氯氣噴槍”，一手?jǐn)D壓塑料瓶，一手?jǐn)D壓乳膠管中的玻璃珠，將產(chǎn)生的氯氣由尖嘴導(dǎo)管注入點(diǎn)滴板的溶液中（如圖2），點(diǎn)滴板上的溶液分布如圖5（1號(hào)孔：2滴Na2SO3溶液，2號(hào)孔：1滴KI溶液+1滴淀粉溶液，3號(hào)孔：2滴NaBr溶液，4號(hào)孔：1滴FeCl2+1滴KSCN溶液），觀察。

現(xiàn)象：1號(hào)孔加氯化鋇溶液產(chǎn)生白色沉淀，加入稀鹽酸沉淀不消失，2號(hào)孔溶液變藍(lán)，3號(hào)孔溶液變黃，4號(hào)孔溶液出現(xiàn)血紅色，若通氯氣的時(shí)間稍長(zhǎng)一些，可見(jiàn)血紅色消失，再滴加硫氰化鉀溶液，出現(xiàn)更深的血紅色。

（4）氯水的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)：倒置裝置（如圖3），將產(chǎn)生的氯水分別滴入點(diǎn)滴板上的溶液（同上一步）中，觀察。（現(xiàn)象：基本同上一步。）

（5）氯水性質(zhì)再探究：倒置裝置，將產(chǎn)生的氯水分別滴入3種不同的試紙上（如圖4），觀察。（現(xiàn)象：三種試紙上均形成色環(huán)，色環(huán)中間均被漂白。）

（6）尾氣處理：更換注射器，在塑料瓶中注入10mL氫氧化鈉溶液，除去多余的氯氣。（現(xiàn)象：瓶中氣體的淺黃綠色消失，瓶子變癟。）

三、實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新之處

1.現(xiàn)象明顯，可重現(xiàn)度高。原料來(lái)自生活中常見(jiàn)商品，廉價(jià)易得且性質(zhì)穩(wěn)定，故實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、穩(wěn)定。

2.簡(jiǎn)單易行。采用正向放置做氣體實(shí)驗(yàn)、倒置進(jìn)行溶液滴定操作的方式，一器兩用，裝置簡(jiǎn)單，操作方便。

3.微量簡(jiǎn)約。各種試劑每次只要1～2滴，既可演示，也可分組實(shí)驗(yàn)，大大減少了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作量，也大大增加了在高三課堂上引入實(shí)驗(yàn)的可行性。

4.可控性集成。涵蓋①氯氣的制備、儲(chǔ)存、尾氣處理;②氯氣的性質(zhì);③氯水的性質(zhì)。知識(shí)點(diǎn)集成度高。在教學(xué)過(guò)程中，可以隨意停留在三個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的任意一步展開(kāi)探究性學(xué)習(xí)。

5.可推廣度高?？梢酝茝V到兩種液體（濃氫氧化鈉和氯化銨溶液反應(yīng)）混合制取氣體或者固體和液體反應(yīng)產(chǎn)生氣體的反應(yīng)（如銅絲和硝酸的反應(yīng)）。

四、基于改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，復(fù)習(xí)氯及其化合物的教學(xué)設(shè)計(jì)

環(huán)節(jié)1：以“神秘禮物”引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)的角度看待生活。

[問(wèn)題情境]請(qǐng)學(xué)生觀察塑料瓶中的藍(lán)色溶液（如圖1），猜測(cè)其成分。

[探究實(shí)驗(yàn)]提供玻璃片，上面固定有三種試紙，淀粉碘化鉀試紙、pH試紙、紫色石蕊試紙，請(qǐng)學(xué)生用注射器抽取少量溶液，點(diǎn)在每種試紙上，觀察變化。

設(shè)計(jì)意圖：生活化的取材讓學(xué)生真切地感受到化學(xué)對(duì)生活的影響，有利于學(xué)生樹(shù)立正確的化學(xué)價(jià)值觀;引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)簡(jiǎn)單基本的原理，學(xué)會(huì)從科學(xué)的眼光看待生活中的物質(zhì)和現(xiàn)象，有利于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

[教師]實(shí)驗(yàn)顯示該溶液具有酸性，不具有氧化性，該藍(lán)色溶液就是生活中常見(jiàn)的“威猛先生”。展示“威猛先生”及瓶身上的說(shuō)明書(shū)（圖6）并設(shè)計(jì)問(wèn)題串。

環(huán)節(jié)2：以問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生從氧化還原反應(yīng)的角度認(rèn)識(shí)氯氣的產(chǎn)生原理。

[問(wèn)題1]“威猛先生”中的無(wú)機(jī)酸通常是鹽酸，使用注意事項(xiàng)特別說(shuō)明在使用的時(shí)候切勿與漂白劑一同使用，會(huì)產(chǎn)生有害氣體，是這樣嗎？

[探究實(shí)驗(yàn)]學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：抽取15mL“84”消毒液（主要成分NaClO溶液），注入塑料瓶中，觀察。

[問(wèn)題2]產(chǎn)生大量有害氣體的原理是什么？

[問(wèn)題3]請(qǐng)歸納：制取氯氣的原理是什么？

[師生歸納]氯氣的制備原理：①用強(qiáng)氧化劑如MnO2、KMnO4、K2Cr2O7、KClO3、NaClO等氧化Cl-;②通電氧化氯離子（即氯堿工業(yè)）。

設(shè)計(jì)意圖：由“威猛先生”拿出來(lái)的時(shí)候?qū)W生的興奮感就可以感受到來(lái)自于常見(jiàn)生活資源的實(shí)驗(yàn)的魅力。問(wèn)題串始于生活經(jīng)驗(yàn)（“威猛先生”使用注意事項(xiàng)），但經(jīng)過(guò)引申和歸納，學(xué)生從本質(zhì)上理解了氯氣的制備原理，而不僅僅囿于教材的方程式。從生活或生產(chǎn)現(xiàn)象追尋原理的過(guò)程，也正是學(xué)生信息處理能力和科學(xué)品質(zhì)形成的過(guò)程。

環(huán)節(jié)3：以預(yù)測(cè)與實(shí)證相結(jié)合的形式使學(xué)生認(rèn)識(shí)氯氣的性質(zhì)。

[探究實(shí)驗(yàn)]采用學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的形式。提供：FeCl2溶液、KSCN溶液、Na2SO3溶液、BaCl2溶液、KI溶液、CCl4、NaOH溶液、稀鹽酸溶液、淀粉溶液等，請(qǐng)選擇你認(rèn)為可以和氯氣發(fā)生反應(yīng)的試劑，預(yù)計(jì)該試劑與氯氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，合作完成實(shí)驗(yàn)。（提示：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中液體試劑只要取1-2滴滴加在點(diǎn)滴板孔穴中，然后將氯氣注入所選取的溶液中。）

請(qǐng)學(xué)生交流討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論，歸納氯氣的性質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖：針對(duì)問(wèn)題提出假設(shè)，設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)實(shí)踐完善方案最終形成認(rèn)識(shí)，然后以文字的形式把過(guò)程記錄下來(lái)，充分考驗(yàn)了學(xué)生思維的邏輯性和表達(dá)的嚴(yán)密性。在此過(guò)程中，氯氣的性質(zhì)、離子檢驗(yàn)、萃取等基本知識(shí)的應(yīng)用也都得以體現(xiàn)。

環(huán)節(jié)4：以同中有異的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行氯氣性質(zhì)的再認(rèn)識(shí)。

[探究實(shí)驗(yàn)]將氯水在三種試紙上各點(diǎn)一滴，觀察，思考。

[問(wèn)題]三種試紙的中間部分都褪色了（圖4），原理一樣嗎？

[討論歸納]石蕊試紙和pH試紙褪色體現(xiàn)了氯水的漂白性，但淀粉碘化鉀試紙褪色是因?yàn)槁葰獍训鈫钨|(zhì)氧化為更高的價(jià)態(tài)，是氯水強(qiáng)氧化性的體現(xiàn)。（5Cl2+I2+6H2O=10HCl+2HIO3）

設(shè)計(jì)意圖：三種試紙的褪色，同中有異，能辨識(shí)出這一點(diǎn)并從實(shí)驗(yàn)的角度進(jìn)行確證，對(duì)學(xué)生的思辨能力要求比較高，也讓學(xué)生對(duì)氯氣的性質(zhì)和氧化還原理論認(rèn)識(shí)更加深入。

環(huán)節(jié)5：尾氣處理

[問(wèn)題討論]氯氣尾氣如何處理？體現(xiàn)什么化學(xué)原理？

設(shè)計(jì)意圖：其一讓學(xué)生對(duì)氣體的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)（含氣體的產(chǎn)生、儲(chǔ)存、性質(zhì)、尾氣處理等）有一個(gè)整體性的認(rèn)識(shí)，并滲透綠色化學(xué)思想;其二通過(guò)對(duì)比ClO-+Cl-+2H+=Cl2↑+H2O和Cl2+2OH-=ClO-+Cl-+H2O，讓學(xué)生理解不同酸堿性下的離子共存問(wèn)題。

本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和教學(xué)最大的一個(gè)特點(diǎn)就是以“威猛先生”和“84”消毒液為中心，利用常見(jiàn)用品，將氯及其化合物通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)起來(lái)，貫穿整個(gè)課堂教學(xué)的始終，從而讓學(xué)生對(duì)氯及化合物的性質(zhì)有一個(gè)比較系統(tǒng)而全面的認(rèn)識(shí)，這是實(shí)驗(yàn)高度集成化的一個(gè)表現(xiàn)。另外，比較高的可控制度是該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一大特點(diǎn)，也為本節(jié)課可以設(shè)計(jì)為多個(gè)探究環(huán)節(jié)讓學(xué)生充分展開(kāi)學(xué)習(xí)提供了前提條件。

基于常見(jiàn)資源，開(kāi)發(fā)低成本、高探究的實(shí)驗(yàn)，在一定程度上改變?cè)鼗衔锊糠值膹?fù)習(xí)模式，彰顯學(xué)科特色，提高課堂效益，這也是本節(jié)課設(shè)計(jì)并實(shí)施之后的另一感悟。

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