氯氣的制備與性質一體化微型實驗

湖北省赤壁市第一中學(437300) 胡嵐莉

1 問題的提出

氯氣是典型的非金屬單質，氯氣的制備與性質實驗是高中階段重要的氣體實驗之一，做好此實驗可為非金屬性質的學習奠定基礎，完善學生實驗室制取氣體及檢驗氣體性質的思路和方法。在人教版教材中給出的氯氣制備與性質實驗是分開進行的，裝置復雜，安裝繁瑣，不好操作，所需藥品用量大，而且由于氯氣是有毒氣體，在制備和儲存過程中容易泄漏污染空氣，危害師生的身體健康，所以在講授氯氣的性質時，個別教師往往采用直接口述實驗現象，或者播放實驗視頻的方式進行教學，導致學生對氯氣性質的直觀感受不強，對實驗理解不夠透徹。在2017版新課標中建議盡可能多地為學生提供動手做實驗的機會，鼓勵實驗的綠色化設計，開展微型實驗。

通過查閱知網數據庫中氯氣的制備與性質實驗，有如下幾種代表性的改進實驗：①采用輸液袋、注射器等將氯氣先收集起來，再進行氯氣的性質檢驗實驗，在實驗中盡可能地防止氯氣的泄漏，但實驗時仍將氯氣的制備和性質實驗分開進行，實驗儀器過多且操作繁瑣，所需氯氣的用量也較大；②設計了氯氣的制備與性質一體化實驗，但是裝置搭建復雜，且需要用到非常規儀器，實驗室難以配備齊全；③設計了氯氣的制備與性質一體化微型實驗，但沒有對制備出的氯氣中含有的雜質氣體進行處理，科學性不嚴謹。針對以上問題，根據高效環保、便捷安全、現象明顯等特點，筆者對該實驗進行了如下改進。

2 實驗再改進

2.1 實驗原理

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

氯氣的氧化性：Cl2+2KI=2KCl+I2。

氯氣的尾氣吸收：Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O。

2.2 實驗用品

圓底燒瓶1個、雙球干燥管1個、玻璃管1支、注射器(20 mL)2支、氣球1個、棉花適量、細塑料管1根、橡膠塞2個、高錳酸鉀固體、濃鹽酸、飽和食鹽水、無水氯化鈣、藍色石蕊試紙、淀粉-碘化鉀試紙、紅色紙條、蒸餾水等。

2.3 實驗裝置及制作要點

如圖1所示，圓底燒瓶上方連接1個雙球干燥管，連接處的橡膠塞打孔時偏向一側，方便注射器的針頭插入；雙球干燥管下球中放浸有飽和食鹽水的棉花，上球放無水氯化鈣顆粒；雙球干燥管上方接空心玻璃管，玻璃管上套1個氣球；將塑料管剪開，套在玻璃管上，夾住濕潤的藍色石蕊試紙、濕潤的淀粉-碘化鉀試紙、濕潤的紅色紙條、干燥的紅色紙條。

圖1 氯氣的制備與性質實驗裝置圖

2.4 實驗步驟

(1)按圖1組裝好實驗儀器，檢查裝置氣密性。

(2)在圓底燒瓶中加入約2 g高錳酸鉀固體。

(3)用塑料管將濕潤的藍色石蕊試紙、濕潤的淀粉-碘化鉀試紙、濕潤的紅色紙條、干燥的紅色紙條依次夾在玻璃管上。

(4)在套有橡膠塞的雙球干燥管的下球塞適量棉花，用膠頭滴管向棉花上滴加飽和氯化鈉溶液，在雙球干燥管的上球先墊一層棉花，再加入無水氯化鈣顆粒。

(5)連接好圓底燒瓶、雙球干燥管與玻璃管。

(6)一支注射器吸取10 mL濃鹽酸，另一支注射器吸取20 mL濃氫氧化鈉溶液，將兩支注射器插入連接圓底燒瓶與雙球干燥管的橡膠塞中，確保針尖已穿過橡膠塞。

(7)將濃鹽酸推入圓底燒瓶中，觀察現象。

(8)實驗結束后，將氫氧化鈉溶液推入裝置中吸收氯氣。

2.5 實驗現象與結論

將濃鹽酸推進圓底燒瓶后，濃鹽酸迅速與高錳酸鉀固體反應，發出“滋滋”聲，產生黃綠色氣體。如圖2所示，濕潤的淀粉-碘化鉀試紙先變藍后褪色，說明氯氣具有氧化性，可以將碘化鉀氧化成碘單質，淀粉遇碘變藍，而后氯氣又進一步氧化碘單質，碘單質消失后試紙褪色。濕潤的紅色紙條褪成了淡紅色，而干燥紅色紙條幾乎沒有變化，說明干燥氯氣沒有漂白性，而氯氣溶于水后的水溶液具有漂白性。濕潤的藍色石蕊試紙微微變紅后褪色，說明氯氣的水溶液呈酸性，使得藍色石蕊試紙變紅，而后試紙被漂白。向裝置內注入氫氧化鈉溶液后，黃綠色逐漸消失。

圖2 實驗前后試紙顏色變化

3 實驗改進特點

(1)一體化：改進實驗將氯氣的制備與性質檢驗融合在一起進行，實現了實驗一體化，節省了實驗時間，方便課堂教學。

(2)微型化：改進實驗裝置較常規實驗裝置更簡單，組裝方便。

(3)綜合性：能同時檢驗氯氣及其水溶液氧化性、漂白性、酸性，實驗綜合性強，省時省力，能有效提高課堂效率。

(4)節約性：改進實驗微型化設計，所需氯氣較少，實驗藥品的用量大大減少。

(5)靈活性：實驗中的試紙可以更換成蘸有溴化鈉溶液的試紙等，也可進行其他實驗，具有靈活性。

(6)無污染：整個實驗在密閉裝置中進行，實驗過程中氯氣不會溢出，且用氫氧化鈉溶液進行了尾氣處理，對環境無污染。