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。