高中化學(xué)氯氣相關(guān)實(shí)驗(yàn)的綠色化改進(jìn)

糜蘭

摘要：“綠色化學(xué)”理念，倡導(dǎo)用化學(xué)的技術(shù)和方法減少或停止那些對(duì)人類健康、社會(huì)安全、生態(tài)環(huán)境有害的試劑的使用與產(chǎn)生。而綠色化改進(jìn)，是指基于“綠色化學(xué)”理念，對(duì)常規(guī)的教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)氯氣相關(guān)實(shí)驗(yàn)加以綠色化改進(jìn)，以體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)有之義，彰顯實(shí)驗(yàn)的育人價(jià)值，幫助學(xué)生綜合理解學(xué)科知識(shí)，鍛煉動(dòng)手操作和實(shí)驗(yàn)探究能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)氯氣的性質(zhì)

“綠色化學(xué)”理念，倡導(dǎo)用化學(xué)的技術(shù)和方法減少或停止那些對(duì)人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的使用與產(chǎn)生。而綠色化改進(jìn)，是指基于“綠色化學(xué)”理念，對(duì)常規(guī)的教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

氯氣是高中化學(xué)常見且重要的氣體，具有較強(qiáng)的毒性。因此，部分教師會(huì)選擇播放視頻替代動(dòng)手實(shí)驗(yàn)進(jìn)行氯氣相關(guān)知識(shí)的教學(xué)。這顯然失去了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)有之義。因此，筆者嘗試對(duì)氯氣相關(guān)實(shí)驗(yàn)加以綠色化改進(jìn)，以下為具體的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)、制作和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)施。

一、實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

（一）整體示意圖

改進(jìn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置前視圖、后視圖分別如下頁圖1、圖2所示。

（二）各部分功能

1.總支架：整合、固定裝置的各個(gè)部分。

2.藥劑盒：藥劑盒A用偏心軸固定，在盒子的側(cè)面開一小口，以便藥品倒出;反應(yīng)前，藥劑盒A用可活動(dòng)的鉤架A托住，保持水平位置;需要反應(yīng)時(shí)，在瓶外用磁鐵吸引瓶內(nèi)的磁鐵，使鉤架A受磁鐵吸力作用移動(dòng)偏離，藥劑盒A受重力作用繞偏心軸向下轉(zhuǎn)動(dòng)翻倒，將其中的藥品傾倒入藥劑盒B中，反應(yīng)由此開始。

3.前、后托盤：在總支架面板的正面和背面分別裝有前、后托盤，用于放置試紙、花瓣等與氯氣作用的物質(zhì);托盤底部開孔，便于氯氣流通。

4.吸收盒：氣體吸收盒內(nèi)裝入吸收尾氣的試劑，反應(yīng)前，盒蓋處于關(guān)閉狀態(tài);實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用磁鐵吸引壓住盒蓋的鉤架B，使鉤架B偏離，盒蓋在橡皮筋的拉力作用下被打開，開始吸收尾氣。

二、實(shí)驗(yàn)裝置制作

（一）制作材料和工具

透明廣口塑料或玻璃瓶一只（大一點(diǎn)的較好），2 mm厚亞克力板一塊，直徑25 mm、30 mm藥瓶蓋各一個(gè)，直徑約4 mm吸管一根，3 mm×50 mm鍍鋅螺絲4根，3 mm螺帽10個(gè)，磁鐵2塊，截面積1 mm2的塑料銅芯線50 cm，膠水，直尺，鋸子，手槍鉆，3.2 mm鉆頭，銼刀，砂紙等。

（二）制作過程

1.制作總支架：根據(jù)透明廣口瓶的直徑和深度確定總支架的寬和高，然后用亞克力板裁剪一塊長方形平板，在板上恰當(dāng)位置鉆孔（如圖3），再裁剪一塊圓形平板，作為底板，與總支架垂直放置并用膠水黏合。

2.制作藥劑盒及偏心軸：在25 mm藥瓶蓋側(cè)面開一小口制成藥劑盒A;截取約2.5 cm的吸管，用膠水粘在藥劑盒底部偏離圓心約12半徑的位置，制成偏心軸（如圖4）。

3.制作吸收盒：用亞克力板制作一個(gè)有蓋、可開合的長方形盒子，盒蓋后端用橡皮筋拉緊（如圖5），使之平時(shí)為打開狀態(tài)。

4.用亞克力板裁剪、鉆孔制成前、后托盤，固定在總支架上（如下頁圖6）。

5.將4根長螺絲用螺帽緊固（其中2根螺絲分別穿過吸管與吸收盒）于總支架上（如下頁圖6）。

6.將兩個(gè)鉤架用塑料電線纏繞在螺絲上（注意不要太緊，螺圈要可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)），根據(jù)藥劑盒和吸收盒的實(shí)際位置彎曲鉤架（如下頁圖6）。

7.將兩塊磁鐵用膠水粘在鉤架上（注意磁鐵極性的相對(duì)位置）。

8.將整個(gè)裝置裝于透廣口瓶中，蓋上瓶蓋。

9.在瓶外用磁鐵吸引瓶內(nèi)的磁鐵，觀察藥劑盒A能否按照要求翻轉(zhuǎn)，吸收盒能否順暢打開、關(guān)閉，調(diào)試完善。

制作好的實(shí)驗(yàn)裝置正面和背面分別如圖7、圖8所示。需要說明的是，這一裝置還可以用于其他氣體（如氨氣、二氧化硫等）的制取和性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)。

三、實(shí)驗(yàn)實(shí)施

（一）實(shí)驗(yàn)用品

由于實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了封閉式一體化改進(jìn)，不適宜直接加熱，因此，選擇其他試劑（高錳酸鉀固體、1 mol/L稀鹽酸）來代替教材實(shí)驗(yàn)試劑（二氧化錳固體、濃鹽酸）。其他需要準(zhǔn)備的用品有濃氧氧化鈉溶液、棉花、淀粉碘化鉀試紙、藍(lán)色石蕊試紙、干燥的花瓣等。

（二）實(shí)驗(yàn)步驟

1.將蘸有濃氫氧化鈉溶液的棉花放置在吸收盒內(nèi)，蓋上盒蓋后用鉤架B壓住頂部。

2.將一張淀粉碘化鉀試紙、一張藍(lán)色石蕊試紙、一片花瓣用蒸餾水蘸濕;將干燥的試紙、花瓣放置于同一托盤上，濕潤的試紙、花瓣放置于另一托盤上，要適度分開，不能接觸。

3.在藥劑盒A中加入約2 g的高錳酸鉀固體，在藥劑盒B中注入約2 mL的1 mol/L稀鹽酸;用鉤架A鉤住藥劑盒A，使之保持水平位置。

4.把總支架豎直放入透明廣口瓶中，調(diào)整好位置，擰緊瓶蓋，保持反應(yīng)容器密閉。

5.在瓶外用磁鐵靠近、吸引鉤架A上的磁鐵，使高錳酸鉀固體進(jìn)入藥劑盒B中，開始反應(yīng)。

6.觀察瓶內(nèi)氯氣的顏色，比較花瓣顏色和試紙顏色的變化，記錄觀察到的現(xiàn)象。

7.在瓶外用磁鐵靠近、吸引鉤架B上的磁鐵，打開吸收盒，吸收尾氣。

上述綠色化實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，融合了氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法、氯氣的吸收（即氯氣與氫氧化鈉溶液反應(yīng)）、氯氣的漂白性和氧化性等諸多知識(shí)，彰顯了實(shí)驗(yàn)的育人價(jià)值，有助于學(xué)生綜合理解學(xué)科知識(shí)，鍛煉動(dòng)手操作和實(shí)驗(yàn)探究能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

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