氯氣的制備與性質微型環保一體化實驗設計

許冰婷

摘 要：基于化學學科核心素養，筆者對傳統氯氣的制備和性質研究實驗裝置進行改進，設計了一套方案可行、操作方便、微型環保一體化的實驗裝置，提高了實驗的安全性，激發學生學習化學的興趣，培養了學生科學探究與創新意識。

關鍵詞：化學核心;素養微型;實驗氯氣;制備性質;一體化

提升中學生化學學科核心素養，已成為我們教育者共同研究的課題。而受傳統教學和應試教育的影響，多數教師在教學過程中依然只是圍繞著“知識與技能”一維目標，并沒有落實化學核心素養下的教學[1]。著名教育家陶行知先生說過：“教師的職務是‘千教萬教，教人求真’;學生的職務是‘千學萬學，學做真人’。”核心素養的要求不再是單純的從化學學科的角度來教學，而是從提升學生科研探究、創新意識、科學態度和社會責任等品質進行滲透教學，這對教師是一個機遇，也是巨大的挑戰。

化學是一門以實驗為基礎的科學，實驗教學是化學教師在課堂教學中重要有效的法寶。實驗能夠激發學生的學習化學興趣，更有效的幫助學生對新知識的理解，提高學生實驗操作能力，培養同學協助合作精神。但中學教材中一些實驗存在裝置復雜、操作繁瑣、實驗現象不夠明顯、產物對環境有污染等問題，與STSE理論所倡導的科學、技術、社會和環境協同發展的理念不符[2]。因此實驗裝置的優化，設計一套操作簡單、便于觀察、綠色環保的裝置尤為重要。

傳統的Cl2的制備和性質的演示實驗：反應時間長，操作繁瑣;藥品用量多，不符合節約要求;大多在敞口瓶中進行，尾氣殘留玻璃管，污染空氣，不符合環保要求;學生無法親身體驗，不符合化學學科核心素養的要求[3]。與本文對傳統Cl2的制備和性質研究實驗裝置進行改進、創新，設計了一套方案可行、操作方便、微型環保一體化的實驗裝置，提高了實驗的安全性，增強了實驗的趣味性，讓學生親自體驗[4-5]。

1.主要實驗原理

1.1氯氣的制備：2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑

KClO3+6HCl=KCl+3H2O+3Cl2↑

NaClO+2HCl=NaCl+2H2O+Cl2↑

1.2氯氣的性質：Cl2+2KI=2KCl+I22Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-

1.3尾氣的吸收：Cl2+2NaOH=NaClO+NaCl+H2O

2.氯氣的制取及性質實驗

2.1學生分組實驗：

裝置A：蓋上蓋子，擠壓注射器中少量濃鹽酸于KMnO4中，觀察現象，結束后，換下裝有NaOH的注射器，用來吸收多余的尾氣。

裝置B：傾斜Y型試管，使濃鹽酸與KMnO4混合，看到黃綠色氣體，片刻，濕潤的pH試紙先變紅后褪色，濕潤的淀粉KI試紙變藍，浸有FeSO4和KSCN混合液的濾紙變紅，氣球變大。實驗完畢，擠入NaOH溶液處理尾氣。

2.2教師演示實驗（裝置C）

氯氣的制備與性質一體化裝置C

a.如上圖所示安裝儀器并檢驗其氣密性;

b.裝上藥品;

c.所有活塞均為關閉狀態，打開K1，擠壓注射器A中的稀鹽酸，產生大量氣泡，點燃尖嘴驗純。擠壓注射器B中的濃鹽酸與錐形瓶中，立刻產生黃綠色氣體，打開K2，點燃玻璃尖嘴，看到蒼白色火焰。

d.關閉K2，打開K3，加熱銅絲和鐵絲，分別產生棕黃色的煙和棕紅色的煙，冷卻后分別擠壓注射器C、D中的水，分別看到藍色溶液和棕色溶液;U型管左側濕潤色紅紙變紅，右側干燥紅紙無現象。直型試管中浸有FeSO4和KSCN混合液的濾紙變紅，濕潤的淀粉KI試紙變藍。最后用空的注射劑換下注射劑B，擠壓排出裝置中殘留的Cl2，可被濃NaOH的棉花吸收。

3.實驗優點

3.1氯氣的制備

教材上采用MnO2與濃鹽酸加熱條件下制取Cl2，原料用量多，操作不便，且加快濃鹽酸揮發。用KMnO4或者KClO3不加熱下與濃鹽酸反應，使用注射器投料，更好地控制反應的用量和反應過程?；瘜W課外興趣小組的同學設計了自制裝置A和B，通過課堂上學習氧化還原知識和次氯酸的性質。

3.2性質的探究

傳統氯氣的性質實驗需提前收集Cl2，用量大且易泄露，本文中Cl2的制取與性質一體化全封閉設計，不僅解決了提前收集造成泄露的問題，還可以控制Cl2的用量。學生自制裝置A和B探究了Cl2的強氧化性，氯水的酸性和漂白性，但對于干燥的Cl2是否具有漂白性卻無從證明。在老師的指導下，設計了Cl2的制備與性質一體化裝置C，該裝置分別融合了H2和Cl2的制備，Cl2與H2、Fe、Cu的反應，氯水的酸性和漂白性，同時還通過比較U型管左側濕潤的紅紙褪色和右側干燥的紅紙不褪色現象的不同，得出干燥的Cl2沒有漂白性。該裝置實用性強，操作簡便，現象明顯，直觀性強，反應過程中試劑用量少，減少污染，綜合性強，富有啟發性，并為其他性質實驗的改進提供了思路，尤其適合于Cl2或SO2等氣體的制備和性質一體化實驗的研究，具有一定的推廣性。

3.3尾氣的處理

傳統的裝置中導管殘留的Cl2在拆卸過程中危害老師的健康，以上設計裝置B和C采擠壓空注射器排出導管中殘留的尾氣，用氣球收集，并用濃NaOH溶液的吸收未反應的鹽酸，符合綠色化學的要求。

3.4學生的體驗

學生參與實驗裝置的改進，培養了分析問題的能力，實驗操作的能力，思維創新的能力，團隊合作的精神，從價值取向和情感態度教學方面，滲透和加強STSE理論，感知于外、悟之于心，提高了學生嚴謹科學態度與強烈的社會責任，符合化學學科核心素養下的教學要求。

參考文獻

[1] 喻平.發展學生學科核心素養的教學目標與策略[J].課程·教材·教法，2017（1）：48-53.

[2]陳廷俊 .彰顯STSE理念的高中化學教學實踐與思考--以蘇教版《化學1》“氯氣”的教學為例[J].化學教與學，2016（8）：44-47

[3]周卓娜，高中化學實驗改進的探究與實踐[D].湖南師范大學碩士學位論文.2013.12：6-10

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

[5]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.

課題名稱：基于核心素養培養的高中化學實驗教學研究。立項批準號：FJJKXB19-433