氯气系列实验的改进及其在教学中的应用

屈春芸

摘要：以“威猛先生”和“84”消毒液为原料，利用常见的仪器、试剂和用品，设计改进实验，完成氯气的制备与储存、氯气性质实验、氯水性质实验等3个系列实验，并探索改进实验在元素化合物复习课中的应用。

关键词：氯气;改进实验;教学应用

文章编号：1008-0546（2018）12-0090-03中图分类号：G633.8文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.030

一、改进实验的缘起

氯作为非金属元素的典型代表，需要掌握的知识点多，与化学原理以及工业生产实际关联度广，对学生学习其它元素化合物的兴趣、方法有重要的影响。但是氯气是有毒气体，氯气的实验往往涉及制备、储存、性质实验、尾气处理等，装置比较复杂;不少改进实验也存在装置复杂或集成度过高的问题。所谓集成度过高指的是产生氯气的同时，氯气的各种性质实验几乎一次性同时完成，不利于学生认识实验，理解知识。这些因素都在一定程度上降低了在教学中实施实验的可能性。

实际上，正是因为与生活和生产实际关联度高，元素化合物部分有大量的实验资源可供开发。筛选一些具有探究性的问题，利用常见试剂、器材或生活用品，将一些低成本、高效益、深探究的简易微型实验融入复习课还是具有可行性的，而且理论探究与实验探究相配合的课堂形式也符合高三学生的知识水平和思维水平，能调动学生积极参与学习的热情，也有利于改善高三复习课“罗列知识点、讲题、做题”的套路，提升学生的思维能力和科学素养，提高复习课的效益。

因此，本实验改进的目标为：设计简单易行、安全无污染、可控制度高、富有探究性和思辨性的實验，使学生深入理解氯气的制备原理，掌握氯气的主要化学性质，并培养学生关注生活现象，用化学的视角去看待生活的科学素养，培养学生发现问题，设计实验解决问题，并最终形成认识和表达观点的能力。

具体而言，我们将以常见生活用品“威猛先生”和“84”消毒液为原料，通过简单的实验装置，完成氯气的制备和储存、氯气的性质系列实验、氯水的性质系列实验这三方面内容，开发出适合高三一轮复习课使用的微型探究实验。

二、实验方案设计

1.实验仪器

铁架台（带铁夹）、塑料饮料瓶（1个）、单孔塞（1个）、玻璃导管（1支）、尖嘴玻璃管（1支）、乳胶管（带玻璃珠）、注射器（20mL，2支）、点滴板（2个）、玻璃片（1个）。

2.实验药品

“威猛先生”、“84”消毒液、碘水、淀粉溶液、溴水、氯化亚铁溶液、硫氰化钾溶液、亚硫酸钠溶液、氯化钡溶液、稀盐酸、氢氧化钠溶液、淀粉碘化钾试纸、紫色石蕊试纸、pH试纸。

3.实验装置

4.关键实验步骤和现象

（1）组装仪器：按照图1组装实验仪器，注意塑料瓶要稍微挤压变扁一些，并检验装置气密性。

（2）制备并存储氯气：在塑料瓶中加入30mL“威猛先生”，注射器中吸取15mL“84”消毒液，挤压注射器，将“84”消毒液注入塑料瓶中。发现塑料瓶中立即产生大量气泡，塑料瓶鼓起，完成氯气的制备与储存。

（3）氯气的性质实验：取下装置，手持塑料瓶，此时装置化身为“氯气喷枪”，一手挤压塑料瓶，一手挤压乳胶管中的玻璃珠，将产生的氯气由尖嘴导管注入点滴板的溶液中（如图2），点滴板上的溶液分布如图5（1号孔：2滴Na2SO3溶液，2号孔：1滴KI溶液+1滴淀粉溶液，3号孔：2滴NaBr溶液，4号孔：1滴FeCl2+1滴KSCN溶液），观察。

现象：1号孔加氯化钡溶液产生白色沉淀，加入稀盐酸沉淀不消失，2号孔溶液变蓝，3号孔溶液变黄，4号孔溶液出现血红色，若通氯气的时间稍长一些，可见血红色消失，再滴加硫氰化钾溶液，出现更深的血红色。

（4）氯水的性质实验：倒置装置（如图3），将产生的氯水分别滴入点滴板上的溶液（同上一步）中，观察。（现象：基本同上一步。）

（5）氯水性质再探究：倒置装置，将产生的氯水分别滴入3种不同的试纸上（如图4），观察。（现象：三种试纸上均形成色环，色环中间均被漂白。）

（6）尾气处理：更换注射器，在塑料瓶中注入10mL氢氧化钠溶液，除去多余的氯气。（现象：瓶中气体的浅黄绿色消失，瓶子变瘪。）

三、实验的创新之处

1.现象明显，可重现度高。原料来自生活中常见商品，廉价易得且性质稳定，故实验现象明显、稳定。

2.简单易行。采用正向放置做气体实验、倒置进行溶液滴定操作的方式，一器两用，装置简单，操作方便。

3.微量简约。各种试剂每次只要1～2滴，既可演示，也可分组实验，大大减少了实验准备工作量，也大大增加了在高三课堂上引入实验的可行性。

4.可控性集成。涵盖①氯气的制备、储存、尾气处理;②氯气的性质;③氯水的性质。知识点集成度高。在教学过程中，可以随意停留在三个实验环节中的任意一步展开探究性学习。

5.可推广度高。可以推广到两种液体（浓氢氧化钠和氯化铵溶液反应）混合制取气体或者固体和液体反应产生气体的反应（如铜丝和硝酸的反应）。

四、基于改进实验，复习氯及其化合物的教学设计

环节1：以“神秘礼物”引导学生从科学的角度看待生活。

[问题情境]请学生观察塑料瓶中的蓝色溶液（如图1），猜测其成分。

[探究实验]提供玻璃片，上面固定有三种试纸，淀粉碘化钾试纸、pH试纸、紫色石蕊试纸，请学生用注射器抽取少量溶液，点在每种试纸上，观察变化。

设计意图：生活化的取材让学生真切地感受到化学对生活的影响，有利于学生树立正确的化学价值观;引导学生根据简单基本的原理，学会从科学的眼光看待生活中的物质和现象，有利于提高学生的科学素养。

[教师]实验显示该溶液具有酸性，不具有氧化性，该蓝色溶液就是生活中常见的“威猛先生”。展示“威猛先生”及瓶身上的说明书（图6）并设计问题串。

环节2：以问题串引导学生从氧化还原反应的角度认识氯气的产生原理。

[问题1]“威猛先生”中的无机酸通常是盐酸，使用注意事项特别说明在使用的时候切勿与漂白剂一同使用，会产生有害气体，是这样吗？

[探究实验]学生分组实验：抽取15mL“84”消毒液（主要成分NaClO溶液），注入塑料瓶中，观察。

[问题2]产生大量有害气体的原理是什么？

[问题3]请归纳：制取氯气的原理是什么？

[师生归纳]氯气的制备原理：①用强氧化剂如MnO2、KMnO4、K2Cr2O7、KClO3、NaClO等氧化Cl-;②通电氧化氯离子（即氯碱工业）。

设计意图：由“威猛先生”拿出来的时候学生的兴奋感就可以感受到来自于常见生活资源的实验的魅力。问题串始于生活经验（“威猛先生”使用注意事项），但经过引申和归纳，学生从本质上理解了氯气的制备原理，而不仅仅囿于教材的方程式。从生活或生产现象追寻原理的过程，也正是学生信息处理能力和科学品质形成的过程。

环节3：以预测与实证相结合的形式使学生认识氯气的性质。

[探究实验]采用学生分组实验的形式。提供：FeCl2溶液、KSCN溶液、Na2SO3溶液、BaCl2溶液、KI溶液、CCl4、NaOH溶液、稀盐酸溶液、淀粉溶液等，请选择你认为可以和氯气发生反应的试剂，预计该试剂与氯气反应的实验现象，设计实验步骤，合作完成实验。（提示：实验过程中液体试剂只要取1-2滴滴加在点滴板孔穴中，然后将氯气注入所选取的溶液中。）

请学生交流讨论实验现象和结论，归纳氯气的性质。

设计意图：针对问题提出假设，设计方案，并通过实践完善方案最终形成认识，然后以文字的形式把过程记录下来，充分考验了学生思维的逻辑性和表达的严密性。在此过程中，氯气的性质、离子检验、萃取等基本知识的应用也都得以体现。

环节4：以同中有异的实验现象引导学生进行氯气性质的再认识。

[探究实验]将氯水在三种试纸上各点一滴，观察，思考。

[问题]三种试纸的中间部分都褪色了（图4），原理一样吗？

[讨论归纳]石蕊试纸和pH试纸褪色体现了氯水的漂白性，但淀粉碘化钾试纸褪色是因为氯气把碘单质氧化为更高的价态，是氯水强氧化性的体现。（5Cl2+I2+6H2O=10HCl+2HIO3）

设计意图：三种试纸的褪色，同中有异，能辨识出这一点并从实验的角度进行确证，对学生的思辨能力要求比较高，也让学生对氯气的性质和氧化还原理论认识更加深入。

环节5：尾气处理

[问题讨论]氯气尾气如何处理？体现什么化学原理？

設计意图：其一让学生对气体的性质实验（含气体的产生、储存、性质、尾气处理等）有一个整体性的认识，并渗透绿色化学思想;其二通过对比ClO-+Cl-+2H+=Cl2↑+H2O和Cl2+2OH-=ClO-+Cl-+H2O，让学生理解不同酸碱性下的离子共存问题。

本实验改进和教学最大的一个特点就是以“威猛先生”和“84”消毒液为中心，利用常见用品，将氯及其化合物通过一系列的实验关联起来，贯穿整个课堂教学的始终，从而让学生对氯及化合物的性质有一个比较系统而全面的认识，这是实验高度集成化的一个表现。另外，比较高的可控制度是该实验设计的一大特点，也为本节课可以设计为多个探究环节让学生充分展开学习提供了前提条件。

基于常见资源，开发低成本、高探究的实验，在一定程度上改变元素化合物部分的复习模式，彰显学科特色，提高课堂效益，这也是本节课设计并实施之后的另一感悟。

参考文献

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