費(fèi)小蓉 盧一卉 李遠(yuǎn)蓉

摘 要：鑒于教材中氯氣的制備及其性質(zhì)實(shí)驗(yàn)存在藥品用量較大、氯氣易泄漏、尾氣難處理等不足，本實(shí)驗(yàn)根據(jù)綠色化學(xué)和微型實(shí)驗(yàn)的要求，利用無色透明生活廢品作為實(shí)驗(yàn)裝置材料，將氯氣制備與多個(gè)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)及尾氣吸收進(jìn)行一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)。該實(shí)驗(yàn)具有一體化、微型化、綠色化、可控化等特點(diǎn)，既節(jié)約試劑，現(xiàn)象明顯，又可控速率，綠色環(huán)保，非常適合課堂演示。

關(guān)鍵詞：氯氣制備;性質(zhì)檢驗(yàn);微型實(shí)驗(yàn)

一、 問題提出

氯氣的制備及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)課程中重要的實(shí)驗(yàn)之一。在人教版高中教材《化學(xué)1》（必修）第84頁中，通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)得出干燥的氯氣不具漂白作用而濕潤的氯氣才有漂白作用。對(duì)于氯氣的性質(zhì)檢驗(yàn)主要存在著幾處不足：第一，只驗(yàn)證了氯氣的漂白性與是否未干燥有關(guān)，對(duì)于其他的一些性質(zhì)未檢驗(yàn);第二，對(duì)其漂白性的檢驗(yàn)設(shè)置了兩組實(shí)驗(yàn)，藥品浪費(fèi)大，且操作復(fù)雜;第三，實(shí)驗(yàn)時(shí)需將有色紙條或布條放入集氣瓶內(nèi)，操作過程中易造成氯氣泄漏;第四，需事先制備氯水和干燥的氯氣，且氯氣的制備及性質(zhì)檢驗(yàn)非一體化，操作煩瑣。如何改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)裝置已成為一個(gè)較為突出的問題。

二、 研究現(xiàn)狀

筆者通過對(duì)氯氣制備及性質(zhì)檢驗(yàn)相關(guān)文獻(xiàn)的梳理，發(fā)現(xiàn)已有許多研究者對(duì)氯氣的制備及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了組合化與微型化設(shè)計(jì)，但仍存在如下問題：第一，驗(yàn)證氯氣的漂白性時(shí)未干燥氯氣;第二，檢驗(yàn)氯氣遇水呈酸性時(shí)，未排除體系中HCl氣體的干擾;第三，尾氣處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生倒吸;第四，收集氯氣驗(yàn)滿時(shí)，有氣體泄漏。

針對(duì)教材和已有研究中該實(shí)驗(yàn)的不足，本研究采用微型儀器對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，并且將氯氣制備與多個(gè)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)及尾氣吸收一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)，整個(gè)裝置密閉，操作簡單。

三、 氯氣的制備與性質(zhì)檢驗(yàn)微型實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

（一） 實(shí)驗(yàn)原理

1. 氯氣制備

2KMnO4+16HCl2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O

2. 性質(zhì)檢驗(yàn)

氯氣具有氧化性、遇水顯漂白性、遇水呈酸性的性質(zhì)。因此選用淀粉碘化鉀溶液檢驗(yàn)其氧化性，用干燥和濕潤的有色紙條檢驗(yàn)氯氣的漂白性，用常見的紫色石蕊溶液檢驗(yàn)其遇水呈酸性的性質(zhì)。

①漂白性：Cl2+H2OHCl+HClO，HClO具有漂白性，可以使有色紙條褪色。

②氧化性：氯氣具有氧化性，可將具有還原性的物質(zhì)或離子氧化?？蓪⒌矸鄣饣浽嚰堉械腎-氧化為I2，即發(fā)生2I-+Cl2I2+2Cl-，從而使淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)。

③酸性：氯氣在有水的條件下發(fā)生Cl2+H2OHCl+HClO，溶液中電離出H+，可使紫色石蕊試紙變紅。

3. 尾氣吸收

氯氣溶于水呈酸性，可用氫氧化鈉溶液進(jìn)行尾氣的處理，即發(fā)生：

Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O

（二） 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及改進(jìn)思路

1. 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

實(shí)驗(yàn)試劑：高錳酸鉀固體、濃鹽酸（12mol/L）、氫氧化鈉溶液、淀粉KI試紙、紫色石蕊試紙、棉花、有色紙條、無水氯化鈣。

實(shí)驗(yàn)儀器：5mL注射器3支、輸液管1根、15mL玻璃瓶2個(gè)、氣球1個(gè)。

2. 藥品用量

儀器體積約為42mL，換算成氯氣的氣體體積，需要的氯氣的物質(zhì)的量大約為1.88×10-3mol，根據(jù)反應(yīng)2KMnO4+16HCl2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O計(jì)算得出KMnO4質(zhì)量約為0.12g，濃鹽酸體積約為0.5mL。由于濃鹽酸具有揮發(fā)性，洗氣時(shí)氯氣的損耗，因此該實(shí)驗(yàn)藥品的用量為高錳酸鉀0.2g，濃鹽酸1mL。

3. 反應(yīng)流程設(shè)計(jì)及改進(jìn)

（1）本實(shí)驗(yàn)是利用濃鹽酸與KMnO4固體反應(yīng)制取Cl2，產(chǎn)生的氣體中還含有HCl、水蒸氣等雜質(zhì)氣體，會(huì)影響對(duì)其酸性和漂白性的檢驗(yàn)，所以需將混合氣體依次通過飽和食鹽水和無水氯化鈣除去HCl和水蒸氣。

（2）考慮到微型實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的氯氣量太少，并且氯氣通過飽和食鹽水的時(shí)候會(huì)消耗一部分，所以除了藥品用量應(yīng)大于理論值之外，還應(yīng)在利用飽和食鹽水除去HCl之前檢驗(yàn)未干燥氯氣的氧化性和漂白性。

（3）由于高濃度的氯氣會(huì)使紫色石蕊試紙直接褪色，并不會(huì)觀察到先變紅后褪色，所以對(duì)于其酸性的檢驗(yàn)是在利用飽和食鹽水除去HCl之后。

（4）對(duì)干燥的氯氣漂白性的檢驗(yàn)，需將氣體用無水氯化鈣進(jìn)行干燥。

（5）為保證氯氣完全不泄漏，在裝置末端套上一個(gè)氣球。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用注射器往反應(yīng)裝置中注入NaOH溶液，通過推拉注射器，將體系中殘余的氯氣全部除盡。

反應(yīng)流程如圖1所示：

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置見圖2（固定底座略）。

（三） 實(shí)驗(yàn)步驟

1. 按照裝置圖1組裝實(shí)驗(yàn)裝置，并檢查裝置氣密性。

注意事項(xiàng)：為保證美觀和裝置的固定，中間的兩支注射器可用膠帶固定;為確保氣密性良好，在打孔和連接處涂上熱熔膠。

2. 加入藥品和試劑，將濃鹽酸逐滴加至盛有高錳酸鉀固體的玻璃瓶中。

注意事項(xiàng)：控制藥品用量及鹽酸的滴加速度，若滴加速度過快，氯氣產(chǎn)生過快過多，石蕊迅速褪色，難以觀察到石蕊變紅的現(xiàn)象。

3. 觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用注射器往反應(yīng)裝置中注入NaOH溶液，通過推拉注射器，將體系中殘余的氯氣全部除盡。

（四） 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

反應(yīng)裝置有黃綠色氣體產(chǎn)生，氣球變大;①號(hào)注射器中有色紙條很快褪色，淀粉KI試紙很快變藍(lán);②號(hào)注射器中紫色石蕊試紙先變紅后顏色變淺（并未完全褪色），干燥有色紙條無明顯變化。

四、 裝置改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

（一） 一體化

氯氣的制備和性質(zhì)檢驗(yàn)融于一體，有利于學(xué)生對(duì)氯氣性質(zhì)的理解和掌握。

（二） 微型化

與教材中的演示實(shí)驗(yàn)相比，很大程度上節(jié)約了藥品用量，且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。

（三） 綠色化

實(shí)驗(yàn)裝置選用生活廢棄品，廢物利用;裝置全封閉，不存在氯氣泄漏的隱患，培養(yǎng)了學(xué)生環(huán)保理念、綠色化學(xué)思想。

（四） 可控化

使用注射器滴加濃鹽酸，操作簡單且可以控制反應(yīng)速率。也適用于SO2等氣體的制備及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所.中學(xué)化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.化學(xué)1必修（第三版）[M].北京：人民教育出版社，2003.

[2]劉予生.自制微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置——氯氣的制備及性質(zhì)[J].民族高等教育研究，2009，15（4）：175-176.

[3]董倩倩.氯氣的制備與主要性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2015，32（10）：27.

[4]劉芳.氯氣微型實(shí)驗(yàn)裝置的研究[J].湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，26（11）：130.

[5]馬瓊勉，衷明華.氯氣制備及其性質(zhì)微型實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)[J].中學(xué)教學(xué)參考，2013（23）：105.

[6]許曉柳，涂丹丹.氯氣制取及性質(zhì)的微型實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[C]∥第七屆全國微型實(shí)驗(yàn)研討會(huì)暨第五屆中學(xué)微型實(shí)驗(yàn)研討會(huì)論文集，2007.

[7]朱麗娜.“氯氣制取及驗(yàn)證性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2017（10）：31-32.

[8]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(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2012（5）：50.

[9]趙東洋.氯氣的制備和性質(zhì)的微型實(shí)驗(yàn)[J].中學(xué)生數(shù)理化（高一數(shù)學(xué)），2017（1）：51-52.

[10]于永民，朱建兵，孫海龍.氯氣的制備及其性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的微量化設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2013（5）：40-43.

作者簡介：

費(fèi)小蓉，盧一卉，李遠(yuǎn)蓉，重慶市，西南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院。