氫氣在氯氣中燃燒演示實驗的創(chuàng)新設(shè)計

張志明

摘要：以實驗安全、清潔為化學(xué)實驗教學(xué)的核心理念，對現(xiàn)行教材中氫氣在氯氣中燃燒的演示實驗存在的問題進(jìn)行了實驗探究和改進(jìn)。改進(jìn)后氫氣在氯氣中燃燒實驗在全封閉的實驗裝置中進(jìn)行，克服了教材上存在的實驗缺陷，取得了良好的實驗效果。

關(guān)鍵詞：氫氣在氯氣中燃燒；演示實驗；創(chuàng)新設(shè)計；實驗改進(jìn)

文章編號：1005–6629（2017）6–0071–02 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 教材上的實驗及其存在的問題

在高中、職業(yè)高中、中專的化學(xué)教科書中，通常有氫氣在氯氣中燃燒實驗的課堂演示實驗，該實驗反映了工業(yè)上制?。ê铣桑}酸的原理。

人民教育出版社新課程標(biāo)準(zhǔn)高中《化學(xué)必修1》第四章第二節(jié)——富集在海水中的元素——氯實驗4-3中，對該實驗的描述如圖1所示：

在做該實驗的具體過程中，發(fā)現(xiàn)雖然具有實驗裝置簡單、燃燒現(xiàn)象明顯、實驗操作方便等優(yōu)點，但也存在明顯的缺陷：氫氣在氯氣中燃燒實驗是在敞開的實驗裝置中進(jìn)行，當(dāng)點燃的氫氣（H2）伸入到盛有氯氣（Cl2）的集氣瓶中時，因氣體受熱膨脹造成一部分氯氣（Cl2）彌散到空氣中，形成氯氣濃度的下降，致使發(fā)生燃燒的時間比較短，燃燒現(xiàn)象也不夠穩(wěn)定，燃燒時產(chǎn)生的蒼白色火焰較難持續(xù)不利于學(xué)生觀察。每次做完演示實驗后，有毒、具有強(qiáng)烈刺激氣味的氯氣（Cl2）和產(chǎn)生的氯化氫（HCl）氣體都會伴隨大量煙霧彌散在空氣中，造成教室環(huán)境污染，不僅不利于學(xué)生環(huán)保意識的養(yǎng)成，還存在一定的安全隱患。這就是很多教師不愿意做這個實驗的真正原因。

2 氫氣在氯氣中燃燒演示實驗的改進(jìn)

2.1 實驗改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計

針對教材上該實驗存在的缺陷，筆者結(jié)合多年的經(jīng)驗，以及查閱了有關(guān)氫氣在氯氣中燃燒實驗改進(jìn)方法的文獻(xiàn)[1～3]，對該實驗裝置進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后的實驗與教材（如圖1所示）相比較，克服了教材上氫氣在氯氣中燃燒實驗存在的缺陷，具有操作安全，燃燒現(xiàn)象明顯、實驗裝置基本符合綠色化學(xué)觀念等優(yōu)點。本實驗探究從改進(jìn)教科書上的演示實驗著手，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，同時，促使學(xué)生樹立綠色化學(xué)思想，形成學(xué)生的環(huán)保意識及創(chuàng)新思維[4，5]。

2.2 改進(jìn)后的實驗裝置

實驗改進(jìn)后，裝置形成一個全封閉的系統(tǒng)，演示實驗在全封閉的系統(tǒng)中進(jìn)行。實驗裝置如圖2所示，A是氫氣和氯氣的燃燒室（即氯化氫的合成室）；B是用水吸收氯化氫氣體形成鹽酸溶液的裝置，用水吸收氯化氫氣體產(chǎn)生的鹽酸，可以回收利用；C是處理酸霧的尾氣吸收裝置，用10%的氫氧化鈉溶液吸收B中氯化氫氣體溶解于水時逸出的酸霧。

2.3 實驗儀器和藥品

儀器：雙向硬質(zhì)玻璃管、玻璃導(dǎo)管、單孔塞、雙孔塞、酒精燈、集氣瓶、500mL燒杯、漏斗、鐵架臺、內(nèi)外雙套尖嘴導(dǎo)管

試劑：稀硫酸溶液、鋅粒、二氧化錳、濃鹽酸、10%的氫氧化鈉溶液、藍(lán)色石蕊試紙（石蕊試液）、硝酸銀溶液、稀硝酸

2.4 實驗操作步驟及實驗現(xiàn)象

（1）按圖2連接好儀器裝置，檢查裝置的氣密性。

（5）實驗終止時，先停止通入氯氣，促使氯氣盡量耗盡，避免對空氣造成污染，再停止通入氫氣。

3 實驗改進(jìn)后的優(yōu)點

（1）改進(jìn)后的實驗裝置，實驗自開始到完成的整個過程，都是在封閉的實驗裝置系統(tǒng)中進(jìn)行，避免了有毒、具有強(qiáng)烈刺激氣味的氯氣和燃燒產(chǎn)生的氯化氫氣體造成的教室環(huán)境污染。

（2）改進(jìn)后的實驗裝置與教材中氫氣在氯氣中燃燒的實驗相比較，更近似于化學(xué)工業(yè)合成鹽酸的模擬實驗。通過實驗過程與生產(chǎn)實際相聯(lián)系，為學(xué)生搭建解決工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際問題的思路和方法。

（3）改進(jìn)后的實驗裝置，提高了課堂演示實驗的安全性，使氫氣在氯氣中燃燒時產(chǎn)生蒼白色的火焰現(xiàn)象更加清晰、明顯，燃燒的持續(xù)時間更長。

（4）改進(jìn)后的實驗裝置，也可以用于其它氣體的燃燒實驗，如做氨氣在氧氣中的燃燒實驗、乙炔在氧氣中的燃燒實驗、硫化氫在氧氣中的燃燒實驗等。也可以用作二氧化硫氣體與硫化氫氣體發(fā)生反應(yīng)、氨氣與氯化氫氣體發(fā)生反應(yīng)等的實驗裝置。

（5）改進(jìn)后的實驗裝置，從儀器的組裝、檢查氣密性、可燃?xì)怏w的純度檢驗及其點燃到吸收尾氣的處理裝置設(shè)計，都啟發(fā)學(xué)生如何分散、分解實驗任務(wù)的重點和難點、協(xié)調(diào)實驗操作，進(jìn)而打破原有的習(xí)慣性思維框架，逐步學(xué)會應(yīng)用化學(xué)學(xué)科的觀念來思考問題。

氫氣在氯氣中燃燒演示實驗的創(chuàng)新設(shè)計和改進(jìn)，使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)格遵守實驗操作規(guī)程進(jìn)行實驗的良好習(xí)慣，增強(qiáng)了學(xué)生的安全意識。同時，促使學(xué)生在實驗過程中體驗到化學(xué)實驗的清潔化[6]，也是實現(xiàn)化學(xué)學(xué)科與化學(xué)工業(yè)發(fā)展的基本途徑[7]。它體現(xiàn)了由現(xiàn)實生活向化學(xué)學(xué)科知識回歸的教學(xué)理念，初步形成對應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理來制造某種化工產(chǎn)品的認(rèn)識，為學(xué)生搭建一個知識的遷移聯(lián)想、判斷思維、應(yīng)用能力養(yǎng)成的訓(xùn)練平臺，從而開拓學(xué)生的視野，為今后學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)原理、化學(xué)反應(yīng)與能量的關(guān)系以及合成鹽酸工藝學(xué)做了鋪墊。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建芬，齊俊林.氫氣在氯氣中燃燒實驗的新設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2015，（9）：52～54.

[2]侯立平，王培明，齊俊林.氫氣在氯氣中燃燒實驗的封閉式裝置[J].化學(xué)教學(xué)，2012，（11）：48～49.

[3]唐旭梅，鮑正榮，黃治香，張娟.氫氣在氯氣中燃燒實驗綠色改進(jìn)[J].科技信息，2010，（32）：119.