氯氣制備及其性質實驗的改進

李 蕓，劉 梅，顧運瓊，屈干萍

（1.玉林師范學院化學與食品科學學院，廣西 玉林 537000；2.南寧師范大學環境與生命科學學院，廣西 南寧 530001，3.仁懷市第五中學高中化學，貴州 仁懷 564500）

有關氯氣的制備和性質是高中化學中的經典實驗之一，也是學習非金屬性質的重要內容，但是在學習過程中，關于氯氣的漂白性、氧化性和還原性等性質的實驗是通過氯水的性質實驗體現出來，學生沒有直觀的觀察到氯氣性質的實驗現象，氯氣收集所使用的集氣裝置易泄露污染空氣，且制備大量的氯氣不僅對師生的健康造成傷害，還對環境造成污染。所以，在講授這部分內容時，很多老師可能直接放棄演示實驗，改成口述實驗或視頻實驗，導致學生對實驗理解不透徹，教學效果大打折扣。因此，設計簡潔易操作、現象明顯、高效環保的氯氣性質實驗非常有必要。通過查閱文獻資料［1-5］，發現氯氣的創新實驗裝置主要有以下三種（如圖1所示）。

通過對比分析這些裝置的特點，發現它們雖然能夠把氯氣的性質集中在一個裝置中完成，并且具有環保、易操作、現象明顯等優點，但是這些實驗如果作為演示實驗，學生不易觀察，知識點太多，跟課堂教學進度脫節等缺陷。為增強本實驗的可操作性和可觀察性，本文對該實驗裝置進行了改進，通過巧妙設計后的實驗裝置，更適合課堂演示，更能有效地把知識點相互結合，層層推進，顯著提高教學質量。

圖1 文獻中創新裝置

1 實驗原理

1）氯氣的制備 2KMnO4+16HCl（濃）＝2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O

2）氯氣與金屬單質反應Cl2+Fe＝FeCl3；Cl2+Cu＝CuCl2

3）氯氣的氧化性Cl2+KI＝2KCl+I2

4）氯水的制備Cl2+H2O＝HCl+HClO

5）氯氣尾氣的吸收Cl2+NaOH＝NaCl+NaClO+H2O

2 實驗改進裝置

改進后的實驗裝置如圖2。

圖2 實驗改進裝置

3 實驗儀器

大試管、輸液袋、具支U形管、橡膠管、注射器、球形分液漏斗、鐵架臺及固定夾、橡膠塞、止水夾、玻璃棒、酒精燈、小燒杯。

4 實驗藥品

濃鹽酸、高錳酸鉀固體、pH試紙、淀粉碘化鉀試紙、無水氯化鈣固體、氫氧化鈉溶液、打磨光亮的細鐵絲和銅絲、蒸餾水。

5 實驗步驟及現象

1）制備和收集氯氣。按照圖2中a裝置組裝好實驗儀器并檢查裝置的氣密性。利用注射器往外抽氣，形成液柱檢查氣密性，如液柱高度不變，說明氣密性良好。制備氯氣之前，先用注射器把輸液袋抽真空，然后加入一定量高錳酸鉀和濃鹽酸，緩慢滴入濃鹽酸，待瓶中充滿黃綠色氣體，連接好輸液袋，開始收集氯氣，直至輸液袋鼓起并收集滿，停止反應。

2）氯氣與銅絲或鐵絲的燃燒反應。在試管底部加入打磨光亮的細銅絲或鐵絲，按圖2中b圖連接好裝置，用酒精燈加熱，觀察銅絲或鐵絲在氯氣中燃燒的現象。加熱銅絲，銅絲紅熱后，通入氯氣，產生大量黃色的煙，待裝置冷卻至室溫后往試管中加入少量水，黃色的煙溶于水，溶液呈藍色。把銅絲換成鐵絲，重復操作，實驗現象同樣明顯。這個實驗說明氯氣能跟金屬單質發生劇烈的燃燒反應，是一種化學性質比較活潑的非金屬單質。

3）驗證氯氣的氧化性和漂白性。把無水氯化鈣填充入U形管中，用細鐵絲分別勾住濕潤的pH試紙和干燥的pH試紙最后將產生多余的氣體通入到氫氧化鈉溶液中進行尾氣處理，防止污染空氣。如圖2中c圖連接好裝置。輕輕擠壓輸液袋，使氯氣開始充滿試管至U形管中，注意觀察濕潤的pH試紙和干燥的pH試紙的顏色變化。在實驗中可以觀察到，濕潤的pH試紙先變成紅色后褪色（說明氯氣與水反應生成的物質顯酸性且具有漂白性），而干燥的pH試紙沒有明顯變化。在本實驗中，也可以把pH試紙換成淀粉碘化鉀試紙，再重復做一次，觀察淀粉碘化鉀試紙的顏色變化。可以觀察到，濕潤的淀粉碘化鉀試紙先由白色變藍色后褪色（說明氯氣具有氧化性和漂白性），而干燥的淀粉碘化鉀試紙沒有明顯變化。通過實驗現象，進一步探究實驗原理，并鞏固對教材中氧化還原反應等理論知識的學習。同時，注重尾氣被氫氧化鈉溶液吸收，培養了學生環保理念和綠色化學思想。

4）制備氯水和漂白液。完成2、3步驟后，用注射器抽取20 mL蒸餾水注入輸液袋中，有少量氯氣溶解在蒸餾水中，用注射器抽出氯水，再注入10 mL氫氧化鈉溶液，將該溶液與注入蒸餾水的對比，分析變化的原因。制取的氯水和漂白液可以繼續做后續的探究實驗，充分利用了制備的氯氣，沒有造成污染。通過這個實驗，再次說明了“性質決定用途”的化學思想以及化學源自生活并服務于生活的理念，學以致用，有效提高學生對化學的學習興趣與熱情。

6 實驗改進說明

本實驗的改進優點：裝置簡單，現象明顯，易于觀察，輸液袋密封性強，防止氯氣污染，只需收集滿一個輸液袋的氯氣，就可以充分利用制備的氯氣，逐一對氯氣的性質（氧化性、漂白性等）進行探究，并能觀察到明顯的現象，在展現氯氣的性質同時用氫氧化鈉進行尾氣處理，有效減小氯氣對身體的傷害和環境的污染，充分體現了經濟環保的綠色化學理念。改進后的實驗更適合課堂演示，更能有效地把知識點相互結合，層層推進，顯著提高教學質量。