“H2在Cl2里燃烧”实验的创新设计

王建芬+齐俊林

摘要：针对现行高中化学教材中“H2在Cl2里燃烧”实验的不足，利用集气瓶、注射器、干燥管、漏斗、微型吸气泵等简单仪器的巧妙组合，对该实验进行了创新设计。很好地解决了教材中毒气污染、氢气和氯气制备复杂，以及该实验存在的火焰被酸雾遮罩等问题，使实验现象明显，教学效果好。

关键词：H2在Cl2里燃烧；创新设计；实验改进；酸雾；电动微型吸气泵

文章编号：1005–6629（2017）7–0058–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 提出问题

“H2在Cl2里燃烧”实验是现行高中化学教材的一个经典实验（如图1所示）[1]。通过多年的教学实践发现，该实验设计存在一定的不足：其一，由于该实验设计受到当时设计思想和材料的限制，只重视效果，不重视污染，致使生成的氯化氢气体和剩余的氯气大量外逸，污染室内空气；其二，没有给出简单易行的氢气和氯气发生装置，只能用传统的制备方法制取氢气（如图2所示）和氯气（如图3所示），在制备、收集过程中不仅使氯气容易外逸污染环境，而且增加了教师的工作强度，影响了教学效率。由于这些不足，教师对该实验极易形成不想做、不愿做、不敢做的“三不”观念，采取消极的“纸上谈兵”法进行课堂教学，用讲解实验的手段来完成课堂实验教学任务，其结果必然挫伤学生的学习积极性，影响学生的学习兴趣和效果。为此，我们对该实验进行了创新设计，很好地解决了原有实验的不足。

2 研究現状简述

针对教材中“H2在Cl2里燃烧”实验存在的不足，一些教师对该实验曾进行过探究，但仍然存在着一定的缺陷，有待于进一步的研究和改进。例如：有的实验方法[2，3]虽然解决了污染问题以及制备氢气和氯气的复杂装置问题，但难于观察火焰的颜色，其主要原因是，氢气燃烧时生成的氯化氢遇到少量的水蒸气就会产生明显的酸雾，若不及时除去将逐渐使苍白色火焰被酸雾所遮挡，严重影响学生的观察效果；有的实验方法[4]不仅火焰因酸雾干扰难以观察，而且仍然需要复杂的氢气和氯气的制备系统，给课堂实验教学带来极大的不便；还有的实验方法[5]虽然对点燃气体的方法作了改进，可以看到苍白色火焰，但制气及储气装置复杂，况且依然会对空气造成污染；也有的实验[6]虽然解决了氯气制备系统复杂问题，但没有解决好制取氢气的复杂问题以及空气的污染问题。综合目前研究现状和教材中实验方法，我们认为有必要对该实验开展进一步的研究工作，尽可能改进并完善“H2在Cl2里燃烧”实验的方法。

3 设计理念

我们对“H2在Cl2里燃烧”实验方法的创新设计，其目的主要解决以下几个问题：其一，实验过程中逸出的氯化氢和氯气污染教学环境问题；其二，氢气在氯气中燃烧时火焰难于观察且容易被白色酸雾遮盖问题；其三，制备氢气、氯气的设备复杂、不实用问题。通过对实验巧妙创新设计，使其充分体现装置简单、安全环保、现象明显、便于操作、重复性好等诸多特点。

4 设计方案

在两个集气瓶内分别装入高锰酸钾晶体和锌粒，通过两支注射器分别注入浓盐酸和稀硫酸制得氯气和氢气。氢气在氯气中燃烧产生的氯化氢气体以及剩余的氯气，通过干燥管内浸有氢氧化钠溶液的脱脂棉吸收掉，用微型吸气泵将多余的气体排放到烧杯内的氢氧化钠溶液中进行二次吸收，从而解决污染、酸雾对苍白色火焰的遮盖等问题。

5 实验材料和药品

单球干燥管3支、集气瓶（250mL）2个、玻璃漏斗1个、电动微型吸气泵1个、一次性注射器（20mL）2支、橡胶塞（5号）2个、单孔橡胶塞（2号）3个、弯玻璃尖嘴2支、注射针头2支、烧杯1只、火柴1盒，铁架台、十字夹、铁夹各1个、脱脂棉、胶管若干

高锰酸钾晶体5g、锌粒5g、浓盐酸（37%）20mL、稀硫酸20mL、10%氢氧化钠溶液200mL，碱石灰颗粒、无水氯化钙颗粒若干

6 实验装置及说明

实验装置如图4所示。

实验装置主要由三部分组成：氢气发生器、氯气发生器和毒气吸收系统。

氢气发生器由集气瓶、橡胶塞、一次性注射器和干燥管组成。制取氢气时，将注射器内的稀硫酸注入到盛有锌粒的集气瓶内，反应立即进行，产生的氢气通过干燥管内的碱石灰颗粒得到干燥的氢气，经检验后点燃氢气。

氯气发生器也是由集气瓶、橡胶塞、一次性注射器和干燥管组成。制取氯气时，将注射器内的浓盐酸注入到盛有高锰酸钾晶体的集气瓶内，反应立即进行，产生的氯气通过干燥管内的无水氯化钙颗粒得到干燥的氯气，然后将干燥的氯气通入到燃烧的氢气火焰中。

毒气吸收系统主要是由玻璃漏斗、干燥管和微型吸气泵组成。打开微型吸气泵后，有毒气体通过玻璃漏斗和干燥管内的蘸有氢氧化钠的脱脂棉团，然后被排到烧杯内的氢氧化钠溶液中，最终被全部吸收。

在整个实验过程中，氢气在氯气中燃烧的火焰自始至终暴露在空气中，由于酸雾被吸到毒气吸收系统内，不妨碍对火焰的观察。

7 实验方法

首先将仪器、药品按图装接好，如图4所示。

7.1 制取氢气

8 几点说明

（1）直流电动微型吸气泵的型号：kvp真空泵，可网购。

（2）微型吸气泵也可用两用打气筒代替。

（3）若要观察氢气在氯气中燃烧生成的氯化氢气体，停止抽气片刻就可观察到火焰周围有白雾产生，说明氢气在氯气中燃烧生成了氯化氢气体。

（4）为了便于观察火焰的颜色，还可以在火焰的后面放上一块黑色的纸板作为背景。

（5）为了让每个学生都能一饱眼福，观察到苍白色火焰，可以借助摄像头、电脑、大屏幕以及手机摄像头、QQ、微信等对火焰进行放大处理。

（6）该实验装置取材容易，制作简单，便于操作，现象明显，且无空气污染。

参考文献：

[1]人民教育出版社化学室编著.全日制普通高级中学教科书（必修）·化学（第一册）[M].北京：人民教育出版社，2003：65.

[2]侯立平，齐俊林，王培明.氢气在氯气中燃烧实验的封闭式装置[J].化学教学，2012，（11）：48～49.

[3]王建芬，齐俊林.氢气在氯气中燃烧实验的巧妙设计[J].化学教学，2016，（11）：63.

[4]刘洪运.氢气在氯气中燃烧实验的改进[J].教学仪器与实验，2006，（10）：44～45.

[5]罗功举，卞国州，樊玉田.氢气与氯气反应的封闭式实验装置设计[J].化学教育，2010，（11）：70，78.

[6]王伟友.氢气在氯气中燃烧实验改进[J].化学教学，2003，（5）：6.