選擇生活素材 巧做氯氣實驗

葛蕊干

摘要：氯氣的制備和性質實驗是高中化學課程中的重要部分。然而，氯氣的毒性和危害是學生親自進行氯氣制備和性質實驗的最大障礙。教學中選擇生活常見的素材進行實驗，同時根據氯氣的發現和應用化學史，開發出一套適合氯氣研究的實驗裝置，大大降低了氯氣的危害程度。該裝置取材方便，現象明顯，安全環保，適合學生親自研究。

關鍵詞：氯氣;生活素材;化學史;實驗

文章編號：1008-0546（ 2019） 07-0096-02

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2019.07.030

《普通高中化學課程標準（實驗）》提出“化學實驗有助于激發學生學習化學的興趣，創設生動活潑的教學情景，幫助學生理解和掌握化學知識與技能，啟迪學生的科學思維，訓練學生的科學方法，培養學生的科學態度和價值觀[1]”。教學實踐表明，在化學教學中可以多方面多角度引入實驗教學，常見方法有：一可以借鑒化學實驗史，通過重現化學的某一段發展史，來幫助學生認識實驗在學科發展中的重要作用;二可以讓學生進行自主實驗探究，尤其在教學重難點處，通過學生自主探究可以學習知識、深化認識;三還可以聯系與化學相關的社會實際問題，引導學生通過化學實驗，嘗試解決這些實際問題。真實的問題情境會讓學生的研究欲望更強烈，實驗過程既能夠解決一些問題，還可以服務于教學。

應該說，在化學教學實踐中，廣大中學教師一直很關注實驗教學的研究，特別是在對某些有毒氣體的教學中（氯氣、一氧化氮、二氧化氮等），希望能開發出在實驗裝置、實驗條件等方面都適合中學生親自操作的裝置。雖然，氯氣的制備及其化學性質實驗使用教材實驗就可以很好地進行演示，但是教材中氯氣的實驗室制備裝置比較龐大，氯氣的性質實驗密閉性不好，都不利于學生親自操作。筆者經過思考和實踐，選擇生活中的常見物品，結合氯氣的發現和應用化學史，開發出一套實驗裝置，該裝置取材方便，實驗現象明顯，密閉性良好，適合學生親自研究。因此，筆者認為該套裝置極具推廣價值。

一、實驗用品

儀器：兩個空礦泉水瓶標號分別為1、2（有蓋子）;一個礦泉水瓶蓋;一個長條紅紙;兩個50mL針筒;酒精燈。

藥品：威猛先生潔廁靈（約含5%鹽酸）;“84消毒液”（約含5%次氯酸鈉）;下端卷成螺旋狀的銅絲;一瓶收集在礦泉水瓶2中的干燥氯氣;10%氫氧化鈉。

二、實驗裝置

如圖1-5所示。

三、實驗步驟

1.化學史話l：1774年，由于冶金工業的需要，瑞士著名化學家舍勒（ Carl Wilhelm Scheele）開始致力于研究軟錳礦（主要成分是Mn02）。舍勒在研究過程中驚奇地發現，當Mn02和濃鹽酸混合加熱時，很快就產生了一種黃綠色的氣體。但是受當時研究條件和理論的影響，舍勒并不認為自己發現了一種新物質，由于這種氣體是從鹽酸中產生的，舍勒把它命名為“脫燃素鹽酸”。

學生實驗1：如圖1，向一個空的礦泉水瓶l中加入適量的潔廁靈（威猛先生，藍色），將其盡量捏扁，然后向其中加入適量84消毒液，及時擰緊瓶蓋觀察實驗現象。

設計意圖：歷史上，氯氣的發現是比較偶然的，生活中如果操作不當，也有可能會偶然遇到氯氣。通過學生實驗1，可以清楚地看到氯氣的產生過程和氯氣的顏色，稍稍擰開一點瓶蓋，還可以聞到氯氣的氣味。

學生實驗2：拿出剛才的礦泉水瓶1，里面有現場制備的氯氣。如圖2，拿出一根銅絲，上端戳過另一個礦泉水瓶的蓋子，下端卷成螺旋狀，在酒精燈上燒成紅熱，迅速換掉原來的瓶蓋。明顯看到礦泉水瓶中產生棕黃色的煙，反應結束后搖晃瓶子，溶液變成藍色。

設計意圖：蘇教版必修1中的氯氣和鐵絲、銅絲的反應都是在集氣瓶中完成的，不夠安全環保。通過學生實驗2，在密封環境下完成該實驗，現象非常明顯，實驗重現率很高，而且，該實驗可以把剛才產生的氯氣反應完，避免向環境中排放。

2.化學史話2：1784年，化學家貝托萊（Berthollet，ClaudeLouis，Comte）擔任政府染料廠的主管，當時染料廠的傳統漂白辦法是暴曬，生產效率比較低。當貝托萊聽說舍勒發現一種新的氣體，它的水溶液能使花朵、紙張等有色物質褪色，就積極著手對其進行研究。1785年貝托萊發現了該氣體的漂白作用，而且貝托萊發現真正具有漂白作用的物質不是這種純凈的氣體，而是它的水溶液。

學生實驗3：如圖3，課前收集好一瓶干燥的氯氣（空的礦泉水瓶2），剪一條紅紙，擰緊瓶蓋。觀察有無褪色現象。如圖4，用一根帶針頭的針筒（50mL），從瓶蓋上向其中直接注射20mL蒸餾水，發現水流到的地方，紅紙褪色了。

設計意圖：干燥的氯氣沒有漂白作用，不能使紅紙褪色，但是針管注入水的紅紙的部分就能褪色，說明了次氯酸的漂白作用而不是氯氣的漂白作用，學生視覺對比強烈。

3.化學史話3：貝托萊提出把漂白作用應用于生產。最初使用氯水來進行染料漂白，但是由于該溶液會釋放出氯氣，因此，他改成用氯氣的堿溶液，這種溶液就被稱之為“貝托萊水”。1789年，英國化學家臺奈特（ Smithson Tennant）通過研究.用石灰乳代替氫氧化鉀，制備出漂白粉。漂白粉便宜而又有效，進一步降低漂白成本。1810年，英國化學家戴維（ H.Davy）詳細研究了這種黃綠色氣體的性質之后確認：這種氣體是由一種元素組成的，他將其命名為“氯氣”。

學生實驗4：如圖5，拿出剛才使用過的礦泉水瓶2，再用一根帶針頭的針筒向其中注入較濃氫氧化鈉，發現瓶子繼續變癟，說明氫氧化鈉可以與氯氣反應。

設計意圖：學生實驗3和4都是通過針筒注射的方式進行實驗，解決了密封性的問題，這種方法也可以推廣到其他有毒氣體實驗中。另外，通過氫氧化鈉與氯氣的反應，將本節課用到的氯氣都處理掉，綠色環保。

四、注意事項

潔廁靈和“84消毒液”有一定的腐蝕性，取用時需小心;氯氣是有毒氣體，盡量少吸人。建議本實驗在通風櫥內完成。

五、結論與討論

1.蘇教版必修1中，實驗室制備氯氣是使用二氧化錳和濃鹽酸在加熱條件下反應，生成的氯氣通過排空氣法收集，用氫氧化鈉溶液吸收尾氣，實驗裝置比較龐大。筆者設計的氯氣系列實驗，制備氯氣不需要加熱，實驗原理是：pH<4時，次氯酸鹽和鹽酸（這里用“84消毒液”和潔廁靈代替）生成氯氣：ClO-+C1+2H+=Cl2↑+H20。

2.教材中的氯氣的性質實驗在集氣瓶中和試管中進行，密閉性不好，不利于學生親自操作。筆者設計的氯氣系列實驗中，在礦泉水瓶中完成了氯氣的性質實驗，密閉性良好。同時產生的氯氣可以在本系列實驗中反應完，體現了綠色化學的思想。

3.本系列實驗中制備得到的氯氣還可以用來做與其他金屬反應的性質實驗，將金屬加熱到紅熱，插入其中并密封，現象非常明顯，可以根據需要選擇實驗方案。

總之，本系列實驗選擇了生活中的素材做反應裝置和反應藥品，進行氯氣的制備和性質研究，學生反饋非常好，它的最大優點是反應裝置的密封性。以往老師上課帶大量的裝置進教室，處理不當氯氣會大量彌漫，結果導致學生對某些化學實驗的恐懼，正由于這樣的擔心，很多老師不會讓學生親自動手做氯氣的實驗，甚至不進行演示實驗?，F在有了這套裝置，不但操作簡單，取材容易，現象明顯，而且所有的氯氣全部使用完，大大降低了氯氣對實驗室的污染程度。此外，該裝置透明，教師也可以選擇做演示實驗進行投屏，增強實驗效果[2]。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[M].北京：人民教育出版社，2010：19

[2]劉強，王磊，張小平.適合學生探究氯氣性質的微型實驗裝置[J].化學教育，2004（5）：54-56