H2在Cl2中燃烧及HCl喷泉实验的绿色化设计

钱刚　李娜

一、实验原理

稳定的氢气流可以在纯净的氯气中安静地燃烧， 生成极易溶于水的HCl气体。

H2+Cl2 点燃2HCl

实验中反应后剩余的氯气可以被氢氧化钠溶液吸收。

C12+2NaOHNaCl+NaClO+H2O

二、实验试剂

锌粒、3 mol·L-1硫酸、氯气、蒸馏水、紫色石蕊溶液、2%氢氧化钠溶液。

250 mL圆底烧瓶、气球、玻璃尖嘴导气管、止水夹、铁架台、铁圈。

三、实验步骤

1.利用向上排空气法在圆底烧瓶中收集满氯气，并用橡胶塞塞紧，然后倒置在铁架台的铁圈上。

2.在盛有蒸馏水的烧杯中，滴入紫色石蕊溶液，观察到水的颜色变为紫色为宜。

3.现将橡胶塞上打两个孔，其中一个孔插入短玻璃导管，另一个孔插入尖嘴玻璃导管，并安装在烧瓶上，短导管伸出橡胶塞半厘米左右，尖嘴导管伸进烧瓶至其容积的1/3处。使用胶头滴管向导管所连气球中滴入2 mL左右的水，同时用橡皮筋将气球固定在短玻璃导管上。最后用乳胶管将图1尖嘴导管与制氢气的简易装置相连在一起（如图1所示）。

4.利用锌与稀硫酸反应制取氢气，验纯氢气以后点燃。用左手迅速取下装氯气烧瓶的橡胶塞，再用右手迅速将点燃的氢气的尖嘴导管伸入充满氯气的烧瓶内，同时塞紧双孔橡胶塞，以防漏气。此时可以看到氢气在氯气中安静地燃烧，燃烧火焰的颜色与氢气在空气中的燃烧火焰颜色明显不同，为苍白色。待燃烧持续一段时间后，由于燃烧是放热的，产生的热会使烧瓶内气体膨胀，气球逐渐胀大。待烧瓶内氯气的黄绿色逐渐变淡乃至消失后，再用止水夹夹住乳胶管，停止通氢气使燃烧反应停止。

5.撤去制氢气的发生装置，取下烧瓶，并将烧瓶倒转，使气球内少量的水进入烧瓶中，由于氯化氢极易溶于水，此时可以看到烧瓶内产生大量白雾（产生的白雾就是盐酸小液滴）。

6.将烧瓶倒放在铁圈上进行固定，并将尖嘴导管与导气管用胶管紧密连接起来，再将导气管下口伸入烧杯液面以下接近烧杯底部，以有利于喷泉的长久观察，如图2所示。迅速打开止水夹，可看到烧瓶图2内形成美丽的喷泉，逐渐上升的液面上白雾茫茫（盐酸小液滴），烧杯中紫色的水到达烧瓶后变为红色，为红色喷泉。过一段时间后烧瓶内的水又变成了无色（这是由于未完全燃烧的氯气溶于水产生的次氯酸具有漂白作用，使溶液的紅色被氧化漂白的缘故）。当烧瓶中液面上升到烧瓶容积的一半左右，关闭导气管的止水夹，停止实验，反应停止。再将导气管插入盛有2% NaOH溶液的烧杯中（烧杯内事先滴入1滴～2滴酚酞溶液），打开止水夹，可以继续形成喷泉实验，气体溶解，喷泉不再产生。

四、注意事项

1.装置的气密性要好，将燃着的尖嘴插入氯气中时动作要快，否则不仅达不到环保和绿色的要求，还影响喷泉实验的效果。

2.产生的氢气气流要平稳，点燃时火焰高度以1 cm～1.5 cm为宜。

3.在氢气燃烧的过程中要特别注意，当火焰快要熄灭时应立即停止通入氢气，确保氯气过量。

4.连接烧瓶和制氢气装置的乳胶管的长度，以点燃氢气伸进烧瓶时乳胶管弯曲后不堵为宜。

五、实验分析

1.本实验方案可以引导学生对氯气的主要性质进行一系列的探究，涉及氯气的氧化性、与氢氧化钠的反应以及氯化氢的溶解性等。

2.通常做氢气在氯气中的燃烧实验是用带尖嘴的弯导管通入氢气点燃，再将弯导管伸入到盛有氯气的敞口集气瓶中观察，操作简单，现象明显，但在燃烧过程中有大量的氯气和氯化氢气体外逸，容易造成环境污染。

3.本实验在密闭的条件下进行，大大减少了氯气和氯化氢气体的逸出。缺点是操作比较复杂，对教师的操作能力有较高的要求。

（收稿日期：2017-04-10）endprint