H2在Cl2中燃燒及HCl噴泉實(shí)驗(yàn)的綠色化設(shè)計(jì)

錢(qián)剛　李娜

一、實(shí)驗(yàn)原理

穩(wěn)定的氫氣流可以在純凈的氯氣中安靜地燃燒， 生成極易溶于水的HCl氣體。

H2+Cl2 點(diǎn)燃2HCl

實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)后剩余的氯氣可以被氫氧化鈉溶液吸收。

C12+2NaOHNaCl+NaClO+H2O

二、實(shí)驗(yàn)試劑

鋅粒、3 mol·L-1硫酸、氯氣、蒸餾水、紫色石蕊溶液、2%氫氧化鈉溶液。

250 mL圓底燒瓶、氣球、玻璃尖嘴導(dǎo)氣管、止水夾、鐵架臺(tái)、鐵圈。

三、實(shí)驗(yàn)步驟

1.利用向上排空氣法在圓底燒瓶中收集滿氯氣，并用橡膠塞塞緊，然后倒置在鐵架臺(tái)的鐵圈上。

2.在盛有蒸餾水的燒杯中，滴入紫色石蕊溶液，觀察到水的顏色變?yōu)樽仙珵橐恕?/p>

3.現(xiàn)將橡膠塞上打兩個(gè)孔，其中一個(gè)孔插入短玻璃導(dǎo)管，另一個(gè)孔插入尖嘴玻璃導(dǎo)管，并安裝在燒瓶上，短導(dǎo)管伸出橡膠塞半厘米左右，尖嘴導(dǎo)管伸進(jìn)燒瓶至其容積的1/3處。使用膠頭滴管向?qū)Ч芩B氣球中滴入2 mL左右的水，同時(shí)用橡皮筋將氣球固定在短玻璃導(dǎo)管上。最后用乳膠管將圖1尖嘴導(dǎo)管與制氫氣的簡(jiǎn)易裝置相連在一起（如圖1所示）。

4.利用鋅與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣，驗(yàn)純氫氣以后點(diǎn)燃。用左手迅速取下裝氯氣燒瓶的橡膠塞，再用右手迅速將點(diǎn)燃的氫氣的尖嘴導(dǎo)管伸入充滿氯氣的燒瓶?jī)?nèi)，同時(shí)塞緊雙孔橡膠塞，以防漏氣。此時(shí)可以看到氫氣在氯氣中安靜地燃燒，燃燒火焰的顏色與氫氣在空氣中的燃燒火焰顏色明顯不同，為蒼白色。待燃燒持續(xù)一段時(shí)間后，由于燃燒是放熱的，產(chǎn)生的熱會(huì)使燒瓶?jī)?nèi)氣體膨脹，氣球逐漸脹大。待燒瓶?jī)?nèi)氯氣的黃綠色逐漸變淡乃至消失后，再用止水夾夾住乳膠管，停止通氫氣使燃燒反應(yīng)停止。

5.撤去制氫氣的發(fā)生裝置，取下燒瓶，并將燒瓶倒轉(zhuǎn)，使氣球內(nèi)少量的水進(jìn)入燒瓶中，由于氯化氫極易溶于水，此時(shí)可以看到燒瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生大量白霧（產(chǎn)生的白霧就是鹽酸小液滴）。

6.將燒瓶倒放在鐵圈上進(jìn)行固定，并將尖嘴導(dǎo)管與導(dǎo)氣管用膠管緊密連接起來(lái)，再將導(dǎo)氣管下口伸入燒杯液面以下接近燒杯底部，以有利于噴泉的長(zhǎng)久觀察，如圖2所示。迅速打開(kāi)止水夾，可看到燒瓶圖2內(nèi)形成美麗的噴泉，逐漸上升的液面上白霧茫茫（鹽酸小液滴），燒杯中紫色的水到達(dá)燒瓶后變?yōu)榧t色，為紅色噴泉。過(guò)一段時(shí)間后燒瓶?jī)?nèi)的水又變成了無(wú)色（這是由于未完全燃燒的氯氣溶于水產(chǎn)生的次氯酸具有漂白作用，使溶液的紅色被氧化漂白的緣故）。當(dāng)燒瓶中液面上升到燒瓶容積的一半左右，關(guān)閉導(dǎo)氣管的止水夾，停止實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)停止。再將導(dǎo)氣管插入盛有2% NaOH溶液的燒杯中（燒杯內(nèi)事先滴入1滴～2滴酚酞溶液），打開(kāi)止水夾，可以繼續(xù)形成噴泉實(shí)驗(yàn)，氣體溶解，噴泉不再產(chǎn)生。

四、注意事項(xiàng)

1.裝置的氣密性要好，將燃著的尖嘴插入氯氣中時(shí)動(dòng)作要快，否則不僅達(dá)不到環(huán)保和綠色的要求，還影響噴泉實(shí)驗(yàn)的效果。

2.產(chǎn)生的氫氣氣流要平穩(wěn)，點(diǎn)燃時(shí)火焰高度以1 cm～1.5 cm為宜。

3.在氫氣燃燒的過(guò)程中要特別注意，當(dāng)火焰快要熄滅時(shí)應(yīng)立即停止通入氫氣，確保氯氣過(guò)量。

4.連接燒瓶和制氫氣裝置的乳膠管的長(zhǎng)度，以點(diǎn)燃?xì)錃馍爝M(jìn)燒瓶時(shí)乳膠管彎曲后不堵為宜。

五、實(shí)驗(yàn)分析

1.本實(shí)驗(yàn)方案可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)氯氣的主要性質(zhì)進(jìn)行一系列的探究，涉及氯氣的氧化性、與氫氧化鈉的反應(yīng)以及氯化氫的溶解性等。

2.通常做氫氣在氯氣中的燃燒實(shí)驗(yàn)是用帶尖嘴的彎導(dǎo)管通入氫氣點(diǎn)燃，再將彎導(dǎo)管伸入到盛有氯氣的敞口集氣瓶中觀察，操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，但在燃燒過(guò)程中有大量的氯氣和氯化氫氣體外逸，容易造成環(huán)境污染。

3.本實(shí)驗(yàn)在密閉的條件下進(jìn)行，大大減少了氯氣和氯化氫氣體的逸出。缺點(diǎn)是操作比較復(fù)雜，對(duì)教師的操作能力有較高的要求。

（收稿日期：2017-04-10）endprint