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        “氯樹”實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與探究

        2020-08-13 07:01:40江西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院330022胡嘉欣張小亮
        關(guān)鍵詞:石蕊氯氣紫色

        江西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院(330022) 胡嘉欣 張小亮

        1 問題的提出

        氯氣的制備及性質(zhì)檢驗(yàn)是高中學(xué)習(xí)非金屬及其化合物中的重要內(nèi)容,也是高中化學(xué)教學(xué)的重要演示實(shí)驗(yàn)之一。但是,教材上對(duì)該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)存在一些問題,一是因?yàn)槁葰庵迫〔捎脗鹘y(tǒng)的經(jīng)典方法:使用濃鹽酸與二氧化錳加熱制取,其過程易有氯氣、氯化氫氣體的逸出,會(huì)對(duì)師生的身體健康造成危害;二是氯氣性質(zhì)檢驗(yàn)的過程中,操作步驟和檢驗(yàn)試劑較多,易造成實(shí)驗(yàn)繁瑣、藥品浪費(fèi)。針對(duì)上述問題,有很多教師提出了改進(jìn)方法,使實(shí)驗(yàn)更加簡(jiǎn)化、綠色、環(huán)保。如洪輝仙教師在裝有NaOH溶液的表面皿中心放置礦泉水瓶蓋,瓶蓋里放置反應(yīng)試劑,內(nèi)壁貼著蘸有檢驗(yàn)試劑試紙的漏斗倒扣在瓶蓋上方,用NaOH溶液浸泡過的脫脂棉塞住漏斗下端口的這樣一個(gè)改進(jìn),較好地解決了上述問題。但該實(shí)驗(yàn)過程中,需先用膠頭滴管往瓶蓋中滴加濃鹽酸,再蓋上倒置的漏斗,實(shí)驗(yàn)過程不是完全封閉的。劉玉榮等教師用保鮮膜、調(diào)色盤完成了氯氣的制取與性質(zhì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的一體化設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)材料生活化,簡(jiǎn)單易得。朱麗娜教師用一個(gè)錐形瓶與瓶?jī)?nèi)多個(gè)小型反應(yīng)容器也完成了氯氣的制取與多種性質(zhì)檢驗(yàn),簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作的同時(shí)減少了藥品的用量。但是,該實(shí)驗(yàn)過程中使紫色石蕊變紅試劑的不一定是反應(yīng)制取的氯氣,因?yàn)檠b置中揮發(fā)出的氯化氫氣體也可能會(huì)使紫色石蕊試劑變紅,因此“氯水能使紫色石蕊試劑變紅”的結(jié)論推導(dǎo)不夠嚴(yán)謹(jǐn)。筆者在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn),采用“氯樹”的形式來(lái)驗(yàn)證其化學(xué)性質(zhì),以加深學(xué)生對(duì)氯氣性質(zhì)的認(rèn)識(shí),實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單,安全性高,綠色環(huán)保。

        2 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)設(shè)計(jì)與探究

        2.1 儀器與試劑

        (1)儀器:藥匙、氣球、鐵架臺(tái)、具支試管、導(dǎo)管、錐形瓶、注射器、膠頭滴管、玻璃瓶、棉花、廢棄樹枝丫、鑷子。

        (2)試劑:KMnO4(2 g)、濃鹽酸(10 mL)、NaOH溶液(30 mL)、紫色石蕊溶液、飽和KCl溶液、2 mol/L的NaBr溶液、FeSO4溶液(含有少量的KSCN溶液)、2 mol/L碘化鉀-淀粉溶液、品紅溶液、CCl4溶液,無(wú)色酚酞。

        2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及說明

        如圖1所示,連接好實(shí)驗(yàn)裝置,在具支試管的底部加入2 g KMnO4粉末、注射器中裝入10 mL濃鹽酸,在氯氣制取裝置與性質(zhì)檢驗(yàn)裝置的中間放置飽和的KCl試劑,用于除去反應(yīng)后夾雜在氯氣中的HCl氣體。由于實(shí)驗(yàn)室中的錐形瓶瓶口比較小,不易把蘸取了檢驗(yàn)試劑的樹枝丫放進(jìn)去,換成生活中常見的瓶口大且透明的玻璃瓶,瓶蓋上用鉆孔器鉆1個(gè)與玻璃導(dǎo)管直徑一樣大的孔,將導(dǎo)管連接到玻璃瓶?jī)?nèi)。玻璃瓶底加入30 mL的NaOH溶液,用于吸收尾氣。如圖2所示,每一根樹枝丫的末端纏上棉花,棉花上分別蘸取少量的紫色石蕊溶液、2 mol/L的NaBr溶液(含有少量的CCl4溶液)、FeSO4溶液(含有少量的KSCN溶液)、碘化鉀-淀粉溶液、品紅溶液。把枝干固定在橡膠塞上,再放進(jìn)玻璃瓶中,反應(yīng)結(jié)束后,用NaOH溶液處理剩余的氯氣。

        2.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析

        連接好實(shí)驗(yàn)裝置后,先檢查裝置的氣密性,然后向具支試管中注射濃鹽酸,氣球慢慢鼓起來(lái),2 min左右可以看見有淡黃色的氣體生成,在玻璃瓶中①號(hào)蘸有FeSO4溶液(含少量KSCN溶液)的棉花變血紅色,②號(hào)蘸有碘化鉀-淀粉溶液的棉花變藍(lán),③號(hào)蘸有NaBr溶液(含少量CCl4溶液)的棉花變黃,④號(hào)蘸有紫色石蕊溶液的棉花變紅,⑤號(hào)蘸有品紅溶液的棉花褪色,⑥號(hào)紅色的干棉花無(wú)明顯現(xiàn)象。

        (1)裝置內(nèi)有淡黃色氣體生成,說明KMnO4與濃鹽酸反應(yīng)生成了氯氣。

        (2)①、②、③號(hào)棉花的變色,說明氯氣具有氧化性,①號(hào)棉花說明Cl2把Fe2+氧化成了Fe3+,F(xiàn)e3+與KSCN試劑顯色變紅;②號(hào)棉花說明Cl2把I-氧化成了I2,I2遇淀粉變藍(lán);③號(hào)棉花說明Cl2把Br-氧化成了Br2變橙黃色。

        (3)④號(hào)蘸有紫色石蕊溶液的棉花變紅、與NaOH溶液中變紅的酚酞褪色,說明氯氣溶于水顯酸性。

        (4)⑤號(hào)棉花褪色、⑥號(hào)棉花無(wú)明顯現(xiàn)象,說明氯水中的HClO具有漂白性。根據(jù)現(xiàn)象與已有知識(shí)推斷,干燥的Cl2、H2O和鹽酸都沒有漂白性,從而得出是氯水中HClO具有漂白性。

        3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

        (1)可操作性:實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、安全、藥品用量少、實(shí)驗(yàn)過程基本沒有氯氣的泄露,有利于讓學(xué)生動(dòng)手操作,感受實(shí)驗(yàn)的過程。

        (2)趣味性:通過氯氣性質(zhì)的檢驗(yàn)呈現(xiàn)出一顆“氯樹”,樹枝丫上不同顏色給予學(xué)生較強(qiáng)的視覺效果,增加實(shí)驗(yàn)的趣味性。

        (3)科學(xué)性:通過飽和氯化鉀除去濃鹽酸揮發(fā)的氯化氫的干擾,使“氯水能使紫色石蕊試劑變紅”的推導(dǎo)具有科學(xué)性。

        (4)可利用性:實(shí)驗(yàn)裝置可用于其他有毒有害氣體的制取與性質(zhì)檢驗(yàn),如SO2、H2S,裝置反復(fù)利用,符合綠色化學(xué)的理念。

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