綠色微型一體化實驗設計
——以“氯水的成分和性質探究實驗”為例

董雅男

(陜西師大附中渭北中學 710600)

一、問題的提出

氯氣的制備和性質實驗是高中階段重要的實驗，因此氯氣的性質研究成了近年來中學化學教師的研究熱點.氯氣的性質可以通過氯水的性質實驗體現出來，氯水的成分和性質是高中化學必修內容，也是高考熱門的考點.但是由于氯氣有毒，必修一課本上沒有設置氯氣的制備及系列性質探究的演示實驗，所以很多教師采用播放實驗視頻的方式代替課堂動手實驗探究的教學方式，學生不能真切地感受實驗過程.為切實讓學生體驗和感受知識的生成過程，同時培養學生的思維能力和探究精神，筆者設計了一種操作簡單，現象直觀的微型實驗.

二、研究現狀

近年來很多教師做了氯氣制備與性質實驗的相關研究，并且取得了一定的成果.如，劉江老師的“氣體制備及性質驗證綜合一體化創新設計”，采用注射器、輸液軟管、三通旋塞等器材在封閉環境中完成實驗探究，綠色環保，但是裝置稍復雜，實驗不具連續性；王秀榮老師的“氯氣的制備與性質綜合實驗設計”，采用注射器、U形管、干燥管等器材完成了氯氣的制備及性質實驗，性質實驗較為全面，但是未能在封閉的環境中進行尾氣處理；羅兵老師的“氯氣的制備與性質實驗的組合化與微型化設計”，采用試管完成了氯氣的制備與性質實驗，性質實驗較為全面，但所用儀器較多，操作稍復雜.

三、氯水的制備與性質實驗的改進

1.實驗原理

(1)氯氣的制備：

2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O

(2)氯水的制備：

(3)氯水性質檢驗：

(4)氯氣尾氣的吸收：

2.實驗儀器與試劑

實驗儀器：注射器、四通、兩通閥.

實驗試劑：高錳酸鉀、濃鹽酸、蒸餾水、稀硝酸、硝酸銀、紫色石蕊、紙條、氫氧化鈉.

3.實驗改進裝置(如圖1所示)

4.實驗步驟、現象和結論

(1)實驗步驟

①組裝儀器.組成實驗裝置，見圖1，并檢驗裝置氣密性.

②添加試劑.向1號注射器中裝入高錳酸鉀固體，2號注射器中裝入蒸餾水，3號注射器中裝入濃鹽酸，4、5號注射器中分別裝入硝酸酸化的硝酸銀溶液和紫色石蕊溶液，通過一個魯爾外旋四通接頭和4個兩通閥將這4支注射器連通.其次向6號注射器中裝入制備的氯氣，7、8號注射器中分別裝入濕潤的紅色紙條和干燥的紅色紙條，9號注射器中裝入氫氧化鈉溶液，通過一個魯爾外旋四通接頭和4個兩通閥將這4支注射器連通.

③制備氯氣.將3號注射器中的濃鹽酸擠入到1號注射器中.

④制備氯水.將1號注射器中收集到的氯氣擠入到2號注射器中.

⑤氯水成分的檢驗.Cl2的檢驗：觀察制備的氯水的顏色.氯離子的檢驗：將2號注射器中的氯水擠入到4號注射器中.H+的檢驗：將2號注射器中的氯水擠入到5號注射器中.漂白性物質的檢驗：將6號注射器中的氯氣同時擠入到7、8號注射器中.

⑥尾氣吸收.

(2)實驗現象

步驟③中，1號注射器不斷向外被推動，說明1號注射器中產生了氯氣，見圖2.步驟④中，2號注射器中形成的氯水未達到飽和狀態，不容易觀察到氯水的顏色，圖3是將大量氯氣溶解于水中形成的飽和氯水，可觀察到溶液為黃綠色說明氯水中存在氯氣分子.步驟⑤中，4號注射器中溶液變渾濁，產生了白色沉淀，見圖2，說明氯水中含有氯離子；5號注射器中紫色石蕊溶液先變紅，見圖5，隨后紅色變淺，見圖6，說明氯水中含有氫離子和具有漂白性的物質；7號注射器中濕潤的紅色紙條褪色，見圖7，8號注射器中干燥的紅色紙條沒有褪色，見圖8，說明氯氣沒有漂白性，氯氣與水反應生成的新物質(次氯酸)具有漂白性.

(3)實驗結論

氯氣能溶于水，新制氯水中含有Cl2、H2O、HClO、H+、Cl-、ClO-、OH-；新制氯水具有酸性、氧化性和漂白性，且漂白后的產物穩定，具有不可逆性.

四、實驗評價

1.教育改革和社會發展都呼喚著綠色化學，因此提高學生的環保意識和能力是所有化學教師都需要關注的問題，這就要求教師要意識到在教學中滲透綠色化學教育的重要性.本實驗的設計以綠色化學為主，利用成本低廉、操作簡單、可循環使用的密閉微型實驗裝置完成氯水的成分和性質實驗探究.

2.微型化學實驗體現了綠色化學的理念，是化學實驗改革的新突破.本論文設計的就是微型化實驗，耗時短、實驗現象明顯、節能環保、方便安全，也可用于其他氣體的制備及性質探究，如SO2、CO2、C2H4等.

3.化學實驗有助于激發學生學習興趣，幫助學生理解和掌握化學知識和技能，培養學生的創新精神和實踐能力.截至目前為止，涉及到有毒氣體的實驗大多只能做演示實驗，無法進行學生分組實驗.本實驗是在封閉的微型裝置中進行，試劑用量少、安全無污染，因此不僅可以開設演示實驗，還可應用于學生分組實驗.