1 设计缘由
氯气的性质是高中化学中极其重要的一部分, 在苏教版化学必修一[1]专题二第一单元就涉及到了氯气的制备和性质学习。然而课文所提供的实验方法存在以下缺点:演示氯气的性质实验时, 使用集气瓶 (容积150mL) 作反应容器[2], 氯气极易泄漏, 导致氯气溢出, 污染环境和影响师生的身体健康。笔者设计一套适合教师课堂演示氯气制备、收集及氯气部份性质的实验装置。
2 设计方案
(1) 实验仪器:125mL分液漏斗一支, 硬质玻璃管一支, 干燥管一支, 250mL上嘴抽滤瓶两个, 250mL上下嘴抽滤瓶两个, 带活塞直形玻璃管一个, T形三通活塞连接管一个, 单孔塞四个、双孔塞一个, 直角玻璃管两个, 胶塞两个, 铁架台一个, 镊子两把、玻璃片一片、小刀一把、酒精灯、火柴 (或打火机) 、止水夹一个。实验药品:高锰酸钾固体、浓盐酸、金属钠、红纸、铁丝、铜丝、氢氧化钠溶液、玻璃棉、棉花、蒸馏水
(2) 实验仪器装置图及仪器的组装说明。在硬质玻璃管中从右往左依次放入玻璃棉、金属钠、湿润的红纸、干燥的红纸, 在硬质玻璃管两端管口处放上一团棉花, 在第一个抽滤瓶中加适量的高锰酸钾固体, 在末尾的抽滤瓶中倒入氢氧化钠溶液, 然后如图所示连接好装置。
2.1 实验操作
首先往分液漏斗中加入适量的浓盐酸, 打开活塞, 缓慢注入浓盐酸, 待两个抽滤瓶内充满了氯气后, 关闭三通活塞, 停止加入浓盐酸;然后点燃酒精灯, 将铁丝上的火柴点燃, 打开抽滤瓶的胶塞, 迅速放入, 立刻盖紧胶塞, 若要检验产物, 可待反应结束后, 打开胶塞, 迅速倒入少许蒸馏水, 盖紧胶塞, 振摇;最后点燃酒精灯, 将铜丝烧红后, 打开另一个抽滤瓶的胶塞, 迅速放入, 立刻盖紧胶塞, 若要检验产物, 可待反应结束后, 打开胶塞, 迅速倒入少许蒸馏水, 盖紧胶塞, 振摇。
2.2 实验注意事项
(1) 本实验采用高锰酸钾与浓盐酸反应来制备氯气。该实验方法与课本中提及的用二氧化锰与浓盐酸制备氯气的方法相比, 存在以下优点:制备装置简便, 无需加热, 反应速度快, 大大缩短实验时间, 提高课堂效率。在药品浓度及用量上, 盐酸要为浓盐酸, 质量分数约36%~38%为宜, 高锰酸钾用药匙舀取两勺即可, 金属钠取用量, 约绿豆大小, 不宜太大以免反应过剧烈, 破坏硬质玻璃管。玻璃棉要垫在金属钠下方, 与硬质玻璃管之间, 垫厚些才能有效保护硬质玻璃管不被破坏, 但要保证从侧面可观察到金属钠;铁丝及铜丝一端需弄成螺旋状, 尾气吸收所用的氢氧化钠溶液浓度可选择高浓度溶液, 保证多余氯气能够被完全吸收。且组装好整套仪器后, 为防止氯气从装置中的各连接处逸出, 在各连接处涂上少许凡士林, 可有效增强装置的气密性。硬质玻璃管两端放入的两团棉花可适当弄厚些, 以能有效阻挡金属钠与氯气反应产生的白烟进入抽滤瓶内为准;
(2) 实验过程中, 若出现后端两个上下嘴抽滤瓶中, 有一个未能收集到较多氯气时, 可通过三通活塞玻璃管, 关闭连通已收集满氯气的抽滤瓶的一端, 让氯气只进入未收集满氯气的抽滤瓶内, 待全部收集满后, 可完全关闭三通活塞。实验结束后, 为防止装置内残余氯气在拆解装置时仍对人体及环境造成影响, 可进行如此处理:先关闭止水夹和直管活塞, 打开三通活塞, 拆开乳胶管, 对于气体制备装置部份可通过分液漏斗将氢氧化钠溶液加入抽滤瓶内, 除去多余的氯气。
2.3 实验现象
当加入浓盐酸后, 反应开始, 即可观察到装置内出现黄绿色气体, 随气体量增加, 硬质玻璃管内可观察到湿润的红纸褪色, 干燥的红纸无明显变化, 金属钠剧烈燃烧, 产生白烟。将红热的铁丝放入充满氯气的抽滤瓶内, 铁丝在瓶内剧烈燃烧, 产生棕褐色的烟, 反应结束后, 加入蒸馏水, 振摇后, 水为棕黄色。将红热的铜丝放入充满氯气的抽滤瓶内, 铜丝在瓶内剧烈反应, 产生棕黄色的烟, 反应结束后, 加入蒸馏水, 振摇后, 水为淡蓝色。
3 设计优点 (本实验装置集制备、收集、性质实验于一体, 具有以下显著优点)
(1) 从装置的仪器和使用, 使用的仪器均为常用仪器, 组装这样一套装置不存在难度。利用该套装置进行实验, 无需提前制备收集氯气, 在进行氯气与干、湿红纸的漂白实验及氯气与钠反应的燃烧实验, 已集好与铁丝、铜丝反应所需的氯气, 氯气随制随用, 操作方便。
(2) 从学生与教师角度, 直观感受氯气的性质, 学习氯气制备、收集方法, 增强学生学习化学的兴趣, 最大限度减少氯气的泄漏。操作方便, 实验时间短, 现象明显, 一套装置蕴含多个知识点, 尤其是三种金属与氯气反应的现象对比鲜明, 大大增加课堂容量。
摘要：本文在现行高中化学教材里介绍氯气的制取和性质两个实验的基础上, 设计一种把氯气的制取、收集、性质实验于一体的实验演示装置, 同时最大限度地减少尾气排放。
关键词：氯气性质,演示实验,氯气制备
参考文献
[1] 王祖浩.普通高中课程标准实验教科书·化学1[M].南京:江苏教育出版社, 2012:41~47.
[2] 于永民, 朱建兵, 孙海龙.氯气的制备及其性质实验的微量化设计[J]化学教学, 2013, (5) :40~43.