淺談氯氣制備實驗裝置的改進

林育寶 傅興春

摘 要：針對實驗中氯氣有毒、性質檢驗實驗步驟多、容易泄漏等問題，可以設計氯氣的綠色化制備及全封閉儲存、使用裝置。其中，在注射器中制備氯氣，實現了藥品的微量化；用注射器滴加濃鹽酸增強了實驗的可控性。反應過程中現象明顯，操作簡單，收集方便。用注射器儲存氯氣在使用以及尾氣處理時方便便捷，只需將注射器中的氯氣注射到相應的試劑中就可以檢驗氯氣的有關性質，使用完畢后只需將剩余的氯氣注入氫氧化鈉溶液中就可以進行尾氣吸收。

關鍵詞：氯氣；制備；裝置改進

氯氣等有毒氣體的制備及性質實驗是高中化學的重要演示實驗。教材中用高錳酸鉀與濃鹽酸混合制取氯氣，用廣口瓶收集氯氣并逐一進行氯氣的性質檢驗實驗。如圖1所示：

圖1 氯氣的制備實驗裝置

該實驗存在藥品用量大、需收集的氯氣多和氯氣易泄漏等缺陷。這不僅污染空氣，還會對師生的身體造成傷害，不符合“綠色化學”的核心價值觀。因此，在實際教學中不少教師上課時便采用觀看視頻或預測實驗現象的方法，盡量不做有關氯氣的制備和性質實驗。為解決上述問題，不同學者提出了不同的實驗裝置進行氯氣的制備以及相關的性質檢驗，如：羅兵的“氯氣制備及性質實驗裝置的組合化與微型化設計”，見圖2。李猛的“氯氣制備及性質實驗的一體化設計”，見圖3。

圖2 氯氣制備及性質實驗裝置

圖3 氯氣制備及性質實驗的一體化實驗裝置

這些裝置從組合化、微型化、一體化等方面對實驗裝置進行了改進，通過簡單的操作一次性檢驗氯氣的多個性質，但是所需的儀器較多，課堂搭建較為復雜，而且進行重復實驗的難度過大，同時學生在初步學習氯氣的性質時容易產生混亂。

筆者受到于永民的“氯氣的制備及其性質實驗的微量化設計”的啟發，見圖4，嘗試巧用注射器和小型塑料單向閥對氯氣的制備實驗裝置進行了創新設計，現介紹如下。

圖4 氯氣的制備微量化裝置

一、 實驗用品與儀器改進

（一） 實驗儀器

注射器（一個）、小型塑料單向閥（兩個）、止水夾（兩個）、Y形管（一個）、導管（若干）。

（二） 實驗藥品

高錳酸鉀、濃鹽酸。

（三） 實驗裝置

如下圖5所示：

二、 實驗步驟及現象

（一） 檢查裝置氣密性

按圖5所示，將注射器推入到底，關閉K2，拉開注射器至一定程度，30秒后松開，觀察注射器活塞是否回到原處。打開K2，將注射器拉開到一定位置記住讀數，關閉K1，往里推動活塞，30秒后松開，觀察注射器活塞是否回到原處。

（二） 裝藥品

取少量的高錳酸鉀裝入注射器底部，將注射器活塞推至底部，另取少量濃鹽酸于燒杯中。

（三） 制備氯氣

關閉K1打開K2，將K2導管插入濃鹽酸中，拉開活塞，吸入適量的濃鹽酸，可以觀察到注射器中有黃綠色的氣體生成。

（四） 氯氣的使用

打開K1，緩慢推動注射器可將氯氣注入需要反應的藥品中發生反應（注意推動注射器時要緩慢，防止氯氣溢出），氯氣用完后可以再次吸入適量的鹽酸，進行制備，直到二氧化錳完全反應。

（五） 尾氣吸收和處理

將注射器中的氣體注入氫氧化鈉溶液中，進行吸收。

三、 實驗改進的優點

（一） 材料簡單易得

主要器材是醫用注射器、Y形管、橡膠管、止水夾、單向閥，都是生活中比較常見和易獲取的材料，即使是條件稍差的農村中學仍可用此裝置開展演示實驗，甚至學生實驗。

（二） 微型節約

反應儀器體積小，藥品用量少；一次實驗只需1～2mL試劑，也可以連續添加液體反應物，不會造成不必要的浪費。

（三） 多用高效

將氣體的制取、收集、使用和尾氣處理進行了有效的整合。在注射器中制取并儲存氣體，同時在進行氯氣的相關性質實驗時，與其他的方案相比可以自由選擇進行一個或多個性質實驗而且重復進行，過程不受限制。另外，也可以連接其他儀器進行氯氣的除雜和干燥。

（四） 實驗簡單安全

實驗裝置的搭建與實驗操作都簡單安全，便于教師進行演示實驗和學生進行小組實驗。

（五） 綠色環保

整個裝置處于密閉狀態，實驗過程中無氯氣泄漏，可將殘余氣體進行吸收，真正做到零排放和實現綠色環保的科學理念。

（六） 應用廣泛

此裝置適合中學的Cl2、SO2、NO、NO2、H2S和NH3等重要氣體的制取和性質檢驗實驗。

參考文獻：

[1]化學課程教材研究開發中心化學必修1教師用書[M].北京：人民教育出版社，2007：68-69.

[2]李猛，王世存.氯氣制備及性質實驗的一體化設計[J].化學教學，2016（8）：60-63.

[3]于永民，朱建兵，孫海龍.氯氣的制備及其性質實驗的微量化設計[J].化學教學，2013（5）：40-43.

[4]羅兵.氯氣制備及性質實驗裝置的組合化與微型化設計[J].化學教學，2012（5）：50-52.

作者簡介：

林育寶，福建省福州市，福建師范大學化學與材料學院；

傅興春，福建省廈門市，廈門市教育科學研究院。