“氯气制备及性质检验”微型实验装置的改进

费小蓉 卢一卉 李远蓉

摘 要：鉴于教材中氯气的制备及其性质实验存在药品用量较大、氯气易泄漏、尾气难处理等不足，本实验根据绿色化学和微型实验的要求，利用无色透明生活废品作为实验装置材料，将氯气制备与多个性质实验及尾气吸收进行一体化创新设计。该实验具有一体化、微型化、绿色化、可控化等特点，既节约试剂，现象明显，又可控速率，绿色环保，非常适合课堂演示。

关键词：氯气制备;性质检验;微型实验

一、 问题提出

氯气的制备及性质实验是高中化学课程中重要的实验之一。在人教版高中教材《化学1》（必修）第84页中，通过两个实验得出干燥的氯气不具漂白作用而湿润的氯气才有漂白作用。对于氯气的性质检验主要存在着几处不足：第一，只验证了氯气的漂白性与是否未干燥有关，对于其他的一些性质未检验;第二，对其漂白性的检验设置了两组实验，药品浪费大，且操作复杂;第三，实验时需将有色纸条或布条放入集气瓶内，操作过程中易造成氯气泄漏;第四，需事先制备氯水和干燥的氯气，且氯气的制备及性质检验非一体化，操作烦琐。如何改进该实验装置已成为一个较为突出的问题。

二、 研究现状

笔者通过对氯气制备及性质检验相关文献的梳理，发现已有许多研究者对氯气的制备及性质实验装置进行了组合化与微型化设计，但仍存在如下问题：第一，验证氯气的漂白性时未干燥氯气;第二，检验氯气遇水呈酸性时，未排除体系中HCl气体的干扰;第三，尾气处理时会产生倒吸;第四，收集氯气验满时，有气体泄漏。

针对教材和已有研究中该实验的不足，本研究采用微型仪器对实验进行改进，并且将氯气制备与多个性质实验及尾气吸收一体化创新设计，整个装置密闭，操作简单。

三、 氯气的制备与性质检验微型实验改进

（一） 实验原理

1. 氯气制备

2KMnO4+16HCl2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O

2. 性质检验

氯气具有氧化性、遇水显漂白性、遇水呈酸性的性质。因此选用淀粉碘化钾溶液检验其氧化性，用干燥和湿润的有色纸条检验氯气的漂白性，用常见的紫色石蕊溶液检验其遇水呈酸性的性质。

①漂白性：Cl2+H2OHCl+HClO，HClO具有漂白性，可以使有色纸条褪色。

②氧化性：氯气具有氧化性，可将具有还原性的物质或离子氧化。可将淀粉碘化钾试纸中的I-氧化为I2，即发生2I-+Cl2I2+2Cl-，从而使淀粉碘化钾试纸变蓝。

③酸性：氯气在有水的条件下发生Cl2+H2OHCl+HClO，溶液中电离出H+，可使紫色石蕊试纸变红。

3. 尾气吸收

氯气溶于水呈酸性，可用氢氧化钠溶液进行尾气的处理，即发生：

Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O

（二） 实验设计及改进思路

1. 实验试剂及仪器

实验试剂：高锰酸钾固体、浓盐酸（12mol/L）、氢氧化钠溶液、淀粉KI试纸、紫色石蕊试纸、棉花、有色纸条、无水氯化钙。

实验仪器：5mL注射器3支、输液管1根、15mL玻璃瓶2个、气球1个。

2. 药品用量

仪器体积约为42mL，换算成氯气的气体体积，需要的氯气的物质的量大约为1.88×10-3mol，根据反应2KMnO4+16HCl2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O计算得出KMnO4质量约为0.12g，浓盐酸体积约为0.5mL。由于浓盐酸具有挥发性，洗气时氯气的损耗，因此该实验药品的用量为高锰酸钾0.2g，浓盐酸1mL。

3. 反应流程设计及改进

（1）本实验是利用浓盐酸与KMnO4固体反应制取Cl2，产生的气体中还含有HCl、水蒸气等杂质气体，会影响对其酸性和漂白性的检验，所以需将混合气体依次通过饱和食盐水和无水氯化钙除去HCl和水蒸气。

（2）考虑到微型实验产生的氯气量太少，并且氯气通过饱和食盐水的时候会消耗一部分，所以除了药品用量应大于理论值之外，还应在利用饱和食盐水除去HCl之前检验未干燥氯气的氧化性和漂白性。

（3）由于高浓度的氯气会使紫色石蕊试纸直接褪色，并不会观察到先变红后褪色，所以对于其酸性的检验是在利用饱和食盐水除去HCl之后。

（4）对干燥的氯气漂白性的检验，需将气体用无水氯化钙进行干燥。

（5）为保证氯气完全不泄漏，在装置末端套上一个气球。实验结束后，用注射器往反应装置中注入NaOH溶液，通过推拉注射器，将体系中残余的氯气全部除尽。

反应流程如图1所示：

改进后的实验装置见图2（固定底座略）。

（三） 实验步骤

1. 按照装置图1组装实验装置，并检查装置气密性。

注意事项：为保证美观和装置的固定，中间的两支注射器可用胶带固定;为确保气密性良好，在打孔和连接处涂上热熔胶。

2. 加入药品和试剂，将浓盐酸逐滴加至盛有高锰酸钾固体的玻璃瓶中。

注意事项：控制药品用量及盐酸的滴加速度，若滴加速度过快，氯气产生过快过多，石蕊迅速褪色，难以观察到石蕊变红的现象。

3. 观察并记录实验现象。

4. 实验结束后，用注射器往反应装置中注入NaOH溶液，通过推拉注射器，将体系中残余的氯气全部除尽。

（四） 实验现象

反应装置有黄绿色气体产生，气球变大;①号注射器中有色纸条很快褪色，淀粉KI试纸很快变蓝;②号注射器中紫色石蕊试纸先变红后颜色变浅（并未完全褪色），干燥有色纸条无明显变化。

四、 装置改进后的优点

（一） 一体化

氯气的制备和性质检验融于一体，有利于学生对氯气性质的理解和掌握。

（二） 微型化

与教材中的演示实验相比，很大程度上节约了药品用量，且实验现象明显。

（三） 绿色化

实验装置选用生活废弃品，废物利用;装置全封闭，不存在氯气泄漏的隐患，培养了学生环保理念、绿色化学思想。

（四） 可控化

使用注射器滴加浓盐酸，操作简单且可以控制反应速率。也适用于SO2等气体的制备及性质实验。

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作者簡介：

费小蓉，卢一卉，李远蓉，重庆市，西南大学化学化工学院。