铜在氯气中燃烧实验一体化绿色化设计

孙志君

摘要：铜在氯气中燃烧实验在实际教学过程中存在一些不足，文章分析介绍了已有改进方法并提出创新设计思路，详细介绍改进后的实验装置及实验方法，实验可操作性强、现象明显、安全性高，简化了氯气制备及其实验过程，实现氯气制备实验与性质实验的一体化绿色化设计。

关键词：铜;氯气;燃烧;一体化;绿色化

文章编号：1008-0546（ 2019） 07-0094-02

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.07.029

一、问题的提出

在现行教材中，铜与氯气反应实验是一个重要的演示实验。教材中介绍的实验方法虽然现象明显，能达到实验目的，但在实际操作过程中存在一些不足：1.需要先组装一套复杂的氯气制备装置，提前制备氯气，在氯气制备及收集过程容易造成氯气外逸，污染环境;2.事先在集气瓶中收集氯气并加盖玻璃片储存仍易造成氯气外泄致使集气瓶中氯气的量不足造成实验现象不明显;3.实验过程中需要先加热铜丝再伸入集气瓶中，易造成刺激性气味的氯气逸出污染空气，且铜丝加热温度不够高也易造成实验失败;4.实验结束后清洗仪器时仍存在未反应的氯气扩散。这些不足使学生教师对氯气实验产生畏惧感，特别是实验教师，实验结束经常身体不适。为实现较好的实验效果且不污染环境影响师生健康，笔者对铜在氯气中的燃烧实验进行了一体化绿色化改进，既可克服教材中实验的缺点，又能收到较好的实验效果。

二、实验研究

1.研究现状

通过查阅相关文献，笔者发现该实验已有研究者进行过改进。

刘涛老师[1]使用抽滤瓶作为一体化实验装置，如图l所示，用注射器添加液体药品，对实验进行了改进，实验装置大大简化，但铁丝先加热再伸入抽滤瓶中存在一定局限，铁丝无法长时间保持红热状态，影响实验效果。

王培明老师[2]在蒸馏瓶内对本实验进行较好改进，整个实验在封闭空间内进行，避免了氯气的外泄，装置如图2所示，但该实验需将小试管固定于蒸馏瓶内部，组装时存在一定难度;且将铜丝置于蒸馏瓶底部用酒精灯直接加热，易造成烧瓶破裂。

李耀军老师[3]再次改进铜丝加热方式，装置如图3所示，通过通电加热铜丝，加热方式环保无潜在风险，装置简易，操作易行，但整体实验在封闭的青霉素瓶中进行，空间较小，不利于观察实验现象。

2.实验改进思路

纵观上述改进实验，一线教师们做了许多创新又实用的研究，为后续实验改进提供了宝贵的学习思路和借鉴方向。但笔者发现有些改进后的实验装置仍然较复杂，操作并不简单，且存在一定潜在危险;有些改进后的装置空间太小，不利于演示时学生清楚的观察实验现象。笔者希望经过改进后的装置可以清楚地让学生观察到实验现象，达到教学效果;同时又要装置简单，能集氯气制备、储存、反应和产物验证于一体，便于教师操作。

三、实验探究

1.实验用品

球形分液漏斗（50mL）I個，集气瓶（250mL）1个，橡胶塞1个，XH- RB3825小型高温加热棒（3.8×25mm）l根，铜丝1根，橡胶管2根，直角玻璃导管2根，普通漏斗（60mL）1个，烧杯（250mL）1个，J1202高中学生电源1个，电线2根，鳄鱼夹2个。

浓盐酸，氯酸钾，Imol/L氢氧化钠溶液。

2.实验装置

如图4、图5所示。

3.组装装置

（1）固定铜丝

加热棒结构如图6所示，取铜丝用砂纸稍作打磨后弯曲成螺旋状缠绕在加热棒发热区。

（2）组装橡胶塞

在橡胶塞上打三个小孔，将加热棒支撑区固定于橡胶塞中央，缠绕的铜丝置于橡胶塞下方位置，引线置于橡胶塞上方便于连接电源的位置，两边再分别装上直角玻璃导管及球形分液漏斗（如图7所示）。

4.操作方法及现象

（1）在集气瓶底部加入1药匙（约1.2g）氯酸钾，固定好组装后的橡胶塞。

（2）两根电线的一端分别连接鳄鱼夹，另一端连接加热棒引线;高中学生电源开关关闭，输出电压调至交流16V，正负极分别连接鳄鱼夹。

（3）大烧杯中加入少量Imol/L氢氧化钠溶液，用橡胶管连接直角玻璃导管与普通漏斗，使普通漏斗倒置于氢氧化钠溶液上方。

（4）分液漏斗中加入2滴管（约2mL）浓盐酸。打开分液漏斗开关，浓盐酸立即与氯酸钾反应生成氯气（KCl03+6HCl= KCl+3Cl2↑+3H2O），集气瓶中可观察到黄绿色氯气产生，浓盐酸加完后关闭分液漏斗开关。

（5）待黄绿色气体充满集气瓶后，打开学生电源开关，加热棒发热区加热铜丝，2-5秒后可观察到铜在氯气中剧烈燃烧（Cu+CI2 点燃 uCl2），

（6）产生棕黄色的烟，此时断开学生电源开关。

（7）反应结束后往分液漏斗中加入约20mL氢氧化钠溶液，打开分液漏斗开关，氢氧化钠与燃烧产物反应生成蓝色沉淀。

5.本实验优点

（1）整个实验在封闭环境中进行，倒置的漏斗可防倒吸并调节集气瓶内外压，烧杯中的氢氧化钠溶液可吸收未反应完的氯气，多余的氯气不外逸，对周围环境无污染，符合绿色化学理念。

（2）装置简单，无需提前制备氯气，实现氯气制备实验与性质实验一体化，操作方便。

（3）实验利用小型高温加热棒快速加热，加热区位于集气瓶内部，不会误碰烫伤，并且加热效果好，很快观察到棕黄色烟生成，不会出现原实验中用酒精灯加热铜丝再转移至集气瓶中，温度降低难以点燃的情况，有利于提高课堂演示实验成功率，节约教学时间，提高教学效果。

（4）实验现象明显，能清楚地观察到氯气的黄绿色，清楚地看到加热后的铜丝在氯气中剧烈燃烧产生棕黄色浓烟的现象，将铜丝换成铁丝也可完成铁与氯气反应的拓展实验。

（5）实验药品用量少、可操作性强、重复性高、安全可靠，适用于课堂演示，有条件的学校也可人手一套进行学生实验。

（6）反应产物检验方便，可以通过分液漏斗添加药品检验产物，增加了实验现象和结论的说服力。

6.注意事项

（1）使用氯酸钾粉末效果更佳。

（2）组装橡胶塞时加热棒加热区尽量远离橡胶塞。

（3）浓盐酸加完后立即关闭分液漏斗开关，避免氯气逸出。

（4）待氯气充满集气瓶后再打开电源开关，实验效果更佳。

参考文献

[1]刘涛，铁与铜在氯气中燃烧实验的改进[J]实验教学与仪器，2014（6）：27

[2]王培明，齐俊林.铜在氯气中燃烧实验的新设计[J].化学教学，2013（10）：50-51

[3]李耀军，铜在氯气中燃烧实验的创新设计[J].化学教与学，2017（6）：93