氯氣制備及其性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

李 蕓，劉 梅，顧運(yùn)瓊，屈干萍

（1.玉林師范學(xué)院化學(xué)與食品科學(xué)學(xué)院，廣西 玉林 537000；2.南寧師范大學(xué)環(huán)境與生命科學(xué)學(xué)院，廣西 南寧 530001，3.仁懷市第五中學(xué)高中化學(xué)，貴州 仁懷 564500）

有關(guān)氯氣的制備和性質(zhì)是高中化學(xué)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一，也是學(xué)習(xí)非金屬性質(zhì)的重要內(nèi)容，但是在學(xué)習(xí)過程中，關(guān)于氯氣的漂白性、氧化性和還原性等性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)是通過氯水的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)出來，學(xué)生沒有直觀的觀察到氯氣性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，氯氣收集所使用的集氣裝置易泄露污染空氣，且制備大量的氯氣不僅對師生的健康造成傷害，還對環(huán)境造成污染。所以，在講授這部分內(nèi)容時，很多老師可能直接放棄演示實(shí)驗(yàn)，改成口述實(shí)驗(yàn)或視頻實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生對實(shí)驗(yàn)理解不透徹，教學(xué)效果大打折扣。因此，設(shè)計簡潔易操作、現(xiàn)象明顯、高效環(huán)保的氯氣性質(zhì)實(shí)驗(yàn)非常有必要。通過查閱文獻(xiàn)資料［1-5］，發(fā)現(xiàn)氯氣的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置主要有以下三種（如圖1所示）。

通過對比分析這些裝置的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)它們雖然能夠把氯氣的性質(zhì)集中在一個裝置中完成，并且具有環(huán)保、易操作、現(xiàn)象明顯等優(yōu)點(diǎn)，但是這些實(shí)驗(yàn)如果作為演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不易觀察，知識點(diǎn)太多，跟課堂教學(xué)進(jìn)度脫節(jié)等缺陷。為增強(qiáng)本實(shí)驗(yàn)的可操作性和可觀察性，本文對該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，通過巧妙設(shè)計后的實(shí)驗(yàn)裝置，更適合課堂演示，更能有效地把知識點(diǎn)相互結(jié)合，層層推進(jìn)，顯著提高教學(xué)質(zhì)量。

圖1 文獻(xiàn)中創(chuàng)新裝置

1 實(shí)驗(yàn)原理

1）氯氣的制備 2KMnO4+16HCl（濃）＝2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O

2）氯氣與金屬單質(zhì)反應(yīng)Cl2+Fe＝FeCl3；Cl2+Cu＝CuCl2

3）氯氣的氧化性Cl2+KI＝2KCl+I2

4）氯水的制備Cl2+H2O＝HCl+HClO

5）氯氣尾氣的吸收Cl2+NaOH＝NaCl+NaClO+H2O

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2。

圖2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置

3 實(shí)驗(yàn)儀器

大試管、輸液袋、具支U形管、橡膠管、注射器、球形分液漏斗、鐵架臺及固定夾、橡膠塞、止水夾、玻璃棒、酒精燈、小燒杯。

4 實(shí)驗(yàn)藥品

濃鹽酸、高錳酸鉀固體、pH試紙、淀粉碘化鉀試紙、無水氯化鈣固體、氫氧化鈉溶液、打磨光亮的細(xì)鐵絲和銅絲、蒸餾水。

5 實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

1）制備和收集氯氣。按照圖2中a裝置組裝好實(shí)驗(yàn)儀器并檢查裝置的氣密性。利用注射器往外抽氣，形成液柱檢查氣密性，如液柱高度不變，說明氣密性良好。制備氯氣之前，先用注射器把輸液袋抽真空，然后加入一定量高錳酸鉀和濃鹽酸，緩慢滴入濃鹽酸，待瓶中充滿黃綠色氣體，連接好輸液袋，開始收集氯氣，直至輸液袋鼓起并收集滿，停止反應(yīng)。

2）氯氣與銅絲或鐵絲的燃燒反應(yīng)。在試管底部加入打磨光亮的細(xì)銅絲或鐵絲，按圖2中b圖連接好裝置，用酒精燈加熱，觀察銅絲或鐵絲在氯氣中燃燒的現(xiàn)象。加熱銅絲，銅絲紅熱后，通入氯氣，產(chǎn)生大量黃色的煙，待裝置冷卻至室溫后往試管中加入少量水，黃色的煙溶于水，溶液呈藍(lán)色。把銅絲換成鐵絲，重復(fù)操作，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象同樣明顯。這個實(shí)驗(yàn)說明氯氣能跟金屬單質(zhì)發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)，是一種化學(xué)性質(zhì)比較活潑的非金屬單質(zhì)。

3）驗(yàn)證氯氣的氧化性和漂白性。把無水氯化鈣填充入U形管中，用細(xì)鐵絲分別勾住濕潤的pH試紙和干燥的pH試紙最后將產(chǎn)生多余的氣體通入到氫氧化鈉溶液中進(jìn)行尾氣處理，防止污染空氣。如圖2中c圖連接好裝置。輕輕擠壓輸液袋，使氯氣開始充滿試管至U形管中，注意觀察濕潤的pH試紙和干燥的pH試紙的顏色變化。在實(shí)驗(yàn)中可以觀察到，濕潤的pH試紙先變成紅色后褪色（說明氯氣與水反應(yīng)生成的物質(zhì)顯酸性且具有漂白性），而干燥的pH試紙沒有明顯變化。在本實(shí)驗(yàn)中，也可以把pH試紙換成淀粉碘化鉀試紙，再重復(fù)做一次，觀察淀粉碘化鉀試紙的顏色變化?？梢杂^察到，濕潤的淀粉碘化鉀試紙先由白色變藍(lán)色后褪色（說明氯氣具有氧化性和漂白性），而干燥的淀粉碘化鉀試紙沒有明顯變化。通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)一步探究實(shí)驗(yàn)原理，并鞏固對教材中氧化還原反應(yīng)等理論知識的學(xué)習(xí)。同時，注重尾氣被氫氧化鈉溶液吸收，培養(yǎng)了學(xué)生環(huán)保理念和綠色化學(xué)思想。

4）制備氯水和漂白液。完成2、3步驟后，用注射器抽取20 mL蒸餾水注入輸液袋中，有少量氯氣溶解在蒸餾水中，用注射器抽出氯水，再注入10 mL氫氧化鈉溶液，將該溶液與注入蒸餾水的對比，分析變化的原因。制取的氯水和漂白液可以繼續(xù)做后續(xù)的探究實(shí)驗(yàn)，充分利用了制備的氯氣，沒有造成污染。通過這個實(shí)驗(yàn)，再次說明了“性質(zhì)決定用途”的化學(xué)思想以及化學(xué)源自生活并服務(wù)于生活的理念，學(xué)以致用，有效提高學(xué)生對化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣與熱情。

6 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)說明

本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)：裝置簡單，現(xiàn)象明顯，易于觀察，輸液袋密封性強(qiáng)，防止氯氣污染，只需收集滿一個輸液袋的氯氣，就可以充分利用制備的氯氣，逐一對氯氣的性質(zhì)（氧化性、漂白性等）進(jìn)行探究，并能觀察到明顯的現(xiàn)象，在展現(xiàn)氯氣的性質(zhì)同時用氫氧化鈉進(jìn)行尾氣處理，有效減小氯氣對身體的傷害和環(huán)境的污染，充分體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)環(huán)保的綠色化學(xué)理念。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)更適合課堂演示，更能有效地把知識點(diǎn)相互結(jié)合，層層推進(jìn)，顯著提高教學(xué)質(zhì)量。