氯氣與水反應實驗裝置的改進

文章編號：1005-6629（2025）08-0062-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

人教版必修第一冊“氯及其化合物\"引入了高中化學階段學生所接觸到的第一種非金屬元素一氯，同時也為后續(xù)學習硫、氮等多價態(tài)非金屬元素奠定了基礎，提供了必要的理論支撐和方法指導。

其中，氯氣與水的反應以及漂白性物質(zhì)的探究是教學的重難點。教材中的實驗步驟為：（1取干燥的和濕潤的有色紙條（或布條）各一條，分別放入兩個盛有干燥氯氣的集氣瓶中，蓋上玻璃片，觀察現(xiàn)象；（2）將有色鮮花放入盛有干燥氯氣的集氣瓶中，蓋上玻璃片，觀察現(xiàn)象。該實驗分別在兩個集氣瓶中分步進行，能觀察到濕潤的有色紙條和有色鮮花褪色，能證明生成物次氯酸的強氧化性，但不能證明有 H⁺ 、CI的存在。在實際教學中，還發(fā)現(xiàn)其不便于同時觀察現(xiàn)象、不能同時驗證產(chǎn)物的多種性質(zhì)，存在一定的安全風險等。鑒于氯氣的毒性，許多教師更傾向于通過播放視頻的形式代替這一實驗。

要。通過一套裝置既可同時檢驗多種離子，又可降低實驗成本，便于學生更好地掌握相關知識。

為了克服以上不足，將氣體制備、性質(zhì)檢驗及尾氣處理進行整合，形成“一體化”的實驗裝置顯得尤為重

查閱有關文獻，多位研究者對氯氣與水的反應實驗進行了改進設計。李振雯等利用三頸燒瓶設計密閉的實驗裝置，提升了實驗安全性，但采用針筒收集氯氣的方式，未實現(xiàn)制備、性質(zhì)檢驗及尾氣處理的一體化，且實驗藥品的用量較大；黃翠玉等2設計的制取氯水及驗證性質(zhì)的實驗裝置，實現(xiàn)了現(xiàn)場制備氯氣，但氯氣制備和性質(zhì)檢驗仍要分開進行；李玲麗等[3設計的實驗，氯氣制備與性質(zhì)檢驗分開進行，存在氯氣泄漏風險，將pH試紙放入含有紫色石蕊和石油醚的溶液中，很容易導致試紙落人溶液中，影響了實驗效果。綜上，本研究設計了一款便攜、密封的一體化實驗裝置，旨在增強學生動手實驗的能力，提升科學探究的創(chuàng)新意識。

2 實驗裝置及實驗

2.1 實驗目的

通過觀察紫色石蕊試紙的變色和溶液中沉淀的生成情況，探究氯氣與水反應產(chǎn)物的酸性（ H⁺ ）、漂白性（CIO）以及產(chǎn)物中的 cl^- 。引導學生從宏觀視角觀察現(xiàn)象到從微觀視角剖析反應微粒，培養(yǎng)學生的微粒觀和變化觀。在整個探究過程中鼓勵學生敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新，引導他們從實驗現(xiàn)象中提取有效信息，進行邏輯推理和判斷，以培養(yǎng)科學探究與創(chuàng)新意識素養(yǎng)。

2.2 實驗儀器及試劑

實驗儀器及用品：氣球1個 ，5mL 注射器2支（無金屬針頭） 注射器1支（無金屬針頭）定制Y型管1支（管口外徑 30mm ，左右兩邊管長各 8cm ，上單管長 5cm ）、吸管1根、透明膠、紗布、橡皮筋、脫脂棉、珍珠棉方塊、圓柱型容器、鐵架臺（帶有鐵夾）

實驗試劑及用量 ：2mL6mol/L 的濃鹽酸 、2.5mL 0.6molL 高錳酸鉀溶液 ?2mL 飽和食鹽水 ?⁴amp; 無水氯化鈣 5mL 蒸餾水 Ω.2mL 稀硝酸酸化后的硝酸銀溶液、7.5mL1mol/L 氫氧化鈉溶液

2.3 實驗裝置

新設計的實驗裝置如圖1所示，長短吸管的走向已標出。其中，Y型管的使用旨在實現(xiàn)干燥與濕潤石蕊試紙的有效隔離；Y型管左下角放置無水氯化鈣，確保石蕊試紙的干燥狀態(tài)；右下角的蒸餾水則促進氯氣與水的充分反應，便于后續(xù)CI的檢驗；濕潤的石蕊試紙用于檢測反應產(chǎn)物的酸性和漂白性。此外，珍珠棉方塊不僅支撐了圓柱型容器與脫脂棉，還有效減緩了水分子的擴散，并通過切開的小孔為吸管提供了通道；由于氯化氫在飽和食鹽水中的溶解度比氯氣大，因此浸潤了飽和食鹽水的脫脂棉能夠選擇性吸收揮發(fā)出來的氯化氫氣體；圓柱型容器內(nèi)的高錳酸鉀溶液與濃鹽酸反應，用于制備氯氣；酸化后的硝酸銀溶液則用于檢驗反應產(chǎn)物中的 cl^- 。另外，注射器去除金屬針頭是為了防止?jié)恹}酸和 AgNO₃ 溶液與針頭的鐵發(fā)生反應，對實驗現(xiàn)象產(chǎn)生干擾；而小氣球的設置起到了平衡內(nèi)外氣壓、防止氯氣泄露的作用。

圖1實驗裝置示意圖

2.4實驗步驟、現(xiàn)象及結(jié)論

實驗開始前，首先檢查裝置的氣密性。具體操作為：使用注射器經(jīng)由Y型管中央的小孔注入約 50mL 空氣，隨后持續(xù)按壓注射器并保持不放。此時，應觀察到氣球逐漸膨脹。若該氣球在接下來的2～3分鐘內(nèi)能保持鼓起狀態(tài)，則表明該裝置的氣密性良好。

后續(xù)實驗步驟、現(xiàn)象及結(jié)論詳見表1，以注入濃鹽酸即刻開始計時。

表1實驗步驟、現(xiàn)象及結(jié)論

按上述步驟進行實驗，可觀察到干燥的石蕊試紙始終不變色，濕潤的石蕊試紙先變紅后褪色，Y型管右端溶液中產(chǎn)生白色沉淀，氣球逐漸變大后不變。

反應結(jié)束后，加入 7.5mL1mol/L 的氫氧化鈉溶液對尾氣進行處理。

3 實驗裝置的優(yōu)點

（1）現(xiàn)象明顯—使用紫色石蕊試紙代替教材實驗中的有色布條和鮮花，可通過石蕊試紙的變色情況證明 H⁺"、 ClO^-"的存在；使用長吸管導流稀硝酸酸化的 AgNO₃"溶液，可通過沉淀的生成情況證明CI的存在。

（2）封閉防泄漏一全程實驗用品均在裝置中，注射即發(fā)生反應，并有氣球平衡氣壓，全程密封，避免了氯氣泄露造成的風險。

（3）操作簡便一從氣體制備到性質(zhì)檢驗，再到尾氣收集，均在同一個Y型管裝置內(nèi)完成，僅需將注射器內(nèi)的藥品溶液注入即可觀察到反應現(xiàn)象，操作簡便，方便快捷，突出教學重點。

（4）實驗藥品微量—較環(huán)保、節(jié)約、安全，實驗裝置主體僅需借助鐵架臺支撐起Y型管即可，組裝過程十分簡便，相比于教材和現(xiàn)有文獻，試劑用量較少，符合綠色化學理念。

（5）具有良好的普適性一除了氯氣，該裝置還可以推廣至二氧化硫、氨氣等有毒氣體的實驗。

參考文獻：

[1］李振雯，秦浩正.氯氣與水反應實驗的設計及相關教學探討[J].化學教學，2018，（4）：69～72.

［2」黃翠玉，張賢金．“氯水的成分探究”實驗裝置改進及教學模式探究[J].化學教學，2019，（4）：54～57.

[3］李玲麗，李忠恒，周麗梅.氯氣與水反應產(chǎn)物的探究[J].實驗教學與儀器，2021，38（4）：37～38.