次氯酸漂白作用实验的新设计

袁君亚

摘要： 分析次氯酸漂白作用实验的不足和研究现状，利用双翼试管设计次氯酸漂白作用实验的新装置。经多次试验和改进，新装置集氯气制备、干燥、漂白、尾气处理于一体，使实验具有试剂微量化、操作简便化、反应同步化以及密封可控、环保安全、易推广等优点。利用该装置还可推广应用于其他若干化学实验。

关键词： 双翼试管; 次氯酸漂白作用; 实验装置设计; 实验探究

文章编号： 10056629（2020）05006505

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

双翼试管是在普通试管两侧加上两个对称的小试管，形似飞机双翼的一种玻璃仪器。三个试管相互独立，气体相通，可进行单个反应，也可同时进行两个或三个反应，适用于固固反应、固液反应、液液反应，加热或不加热均可以，美观方便，适合教师演示实验、学生分组实验和探究实验，更方便设计对照实验。次氯酸漂白作用的探究是氯气性质中的一个经典实验，在课堂演示时需要制备干燥氯气，装置复杂，耗时比较长，同时氯气容易逸散。笔者尝试利用双翼试管进行实验改进，使试剂耗量少，反应时间短，无氯气逸散且操作简便，实验现象对比更加鲜明。

1 问题的提出

1.1 教材实验装置分析

苏教版《化學1》第43页实验1： 将干燥的有色布条和湿润的有色布条分别放入两瓶干燥的氯气中[1]，观察现象。首先，教材设计对照实验，能培养学生仔细观察、积极探究的实验能力，对二氧化硫漂白作用的学习有铺垫和对比作用;其次，能引导学生依据实验事实，分析证据和推理论证。

但在实际教学中，还存在一些需要改进的地方。

（1） 氯气准备： 实验需要事先准备干燥的氯气，而氯气的制备需要在通风橱内进行，我校是一所普通的农村高中，化学实验条件相对落后，通风设备陈旧，只能将该实验改成演示实验验证，或以视频来代替。为避免氯气制备的繁琐，也有教师在课前预先制得干燥氯气，带进化学实验室进行学生分组实验或探究实验。总之，该实验对通风要求较高，使学生的分组实验受到一定的限制。

（2） 仪器组装： 包括氯气的制备、氯气的干燥和收集、次氯酸的漂白和尾气的处理，装置复杂，组装时间过长，导致实验课时紧张。

（3） 尾气处理： 教材中明确用氢氧化钠溶液吸收多余的氯气，但实验结束后残留在装置和集气瓶中的氯气无法被氢氧化钠溶液完全吸收。

（4） 氯气浓度： 对照实验在两个集气瓶中进行，是两个独立的体系，不能保证氯气浓度完全相同，忽视了对照实验中氯气浓度对反应的影响。

1.2 研究现状及分析

近年来，一线教师不断对该实验进行改进和优化，取得了一定的成效。例如，有从简化装置、减少药品用量考虑的（见图1）[2];有从氯气制备到氯气漂白、吸收一体化，减少尾气释放考虑的（见图2）[3]，但两者均没有干燥氯气，忽视了水蒸气对实验的影响;有从解决装置的繁琐和环境污染问题着手，设计在密闭的装置里进行实验，但忽略了U型管一侧有海绵垫层干燥剂导致两侧氯气浓度不一致，且若使用鲜花花瓣，虽然左侧支管氯气是干燥的，但花瓣中含有水分，一段时间后花瓣仍会褪色，若使用干花花瓣，右侧支管花瓣褪色时间过长（见图3）[4];有从操作方便、现象明显、绿色环保、实验趣味性、干燥氯气等考虑，但步骤不算简便，装置不够简化，蘸水写字容易模糊，水蒸气蒸发对实验也有一定的干扰（见图4）[5]。上述实验虽然有不少缺陷，但其设计思路和发散性思维，为后续研究提供了学习资源和借鉴。

1.3 装置改进的设想

确定本次实验创新设计的原则是装置要密封、药品用量要少、对环境无污染、氯气要干燥且浓度相同、对照现象须明显、操作要更简便、反应时间要更短。

2 装置的改进

2.1 初次改进

为保证对比实验中氯气浓度相同，笔者对实验装置进行了初步改进（见图5）。

改进装置坚持药品少量的原则，由2个小药瓶、2个小试管和1个小注射器等组成。1个小药瓶底部为少量高锰酸钾固体，代替二氧化锰可以快速制取氯气，小注射器中有少量浓盐酸;另一个小药瓶盛有适量浓硫酸。两个小试管分别装有干燥的红色纸条和湿润的红色纸条（为缩短反应时间，用吸水性更好的红色皱纹纸代替红色纸条），小试管导管口塞上浸有1mol·L-1 NaOH溶液的棉花团。利用该装置进行多次试验，可以观察到小试管中湿润的红色纸条很快褪色，干燥的红色纸条无明显变化。

该装置取材方便，组装简单，能保证两个小试管的氯气浓度相同，但氯气制备、浓硫酸干燥、次氯酸漂白实验分别在不同装置中进行。尽管浓盐酸只使用了几滴，但装置中还是有残留的氯气，无法用NaOH溶液吸收干净。

2.2 查阅资料

查阅文献得知，实验室若要得到干燥氯气常常用浓硫酸作吸水剂。目前氯碱工业中氯气常用浓硫酸干燥，但干燥工艺比较复杂，需要严格控制进塔氯气冷却温度、出塔硫酸浓度、进塔硫酸浓度和温度以及出塔氯气温度等工艺参数，同时选用效率较高的除雾过滤技术[6]。

吕华等人在“干氯气中微量水分的分析方法探讨”一文中提出用分析纯五氧化二磷作水吸收剂[7];李海燕在“新课标下的氯气漂白性质的实验改进”一文中采用无水氯化钙作干燥剂[8]。

综上所述，浓硫酸、无水氯化钙、五氧化二磷等均可以干燥氯气。无水氯化钙为白色颗粒状固体，因其干燥能力强、干燥速度快、使用更方便而被广泛使用，一般用以填充干燥器、干燥塔以及干燥药品和多种气体。本实验中的少量氯气采用无水氯化钙来干燥。

2.3 再次改进

能否找到更简化的装置，将氯气的制备、干燥和次氯酸的漂白性实验在同一装置中完成？笔者受一线教师在化学改进实验中使用的特殊形状的仪器的启发，如W形管、V形管、Y形管等，在淘宝网站上定制了双翼试管（见图6）。中间大试管外径为25mm，长度为160mm，离大试管口50mm处的小试管外径为20mm，长度为60mm，与大试管夹角为45°。大试管用于制备氯气，两侧小试管用于盛放干燥红色纸条和湿润红色纸条，将氯气的制备和次氯酸漂白实验合二为一。若需要向两侧小试管滴加液体，可以使用一支配套的弯头滴管（见图7），十分方便。为进一步减少试剂的用量，用胶头滴管代替小注射器。考虑到氯气产生时装置内压强增大，橡皮塞容易弹开，在橡皮塞上插入一支带有针头的10mL注射器，既可以平衡气压，又可以收集多余的氯气。为确保进入小试管的是干燥氯气且氯气浓度相同，在大试管下部，高锰酸钾上方加一个多孔塑料片，上面放置用疏松棉花包裹的无水氯化钙干燥剂。

用再次改进的装置反复实验，效果明显，操作简单，滴入浓盐酸15秒左右，湿润的红色纸条开始褪色，干燥的红色纸条不褪色。1小时后，干燥的红色纸条仍然不褪色（使用前双翼试管须干燥，避免双翼试管中水蒸气干扰实验），实验现象对比十分明显。实验结束后，用注射器抽取装置中残留氯气，推入1mol·L-1氢氧化钠溶液中吸收，但最后拆除装置时，仍能闻到少量氯的气味，显然氯气处理仍没有彻底。

2.4 第三次改进

仅仅用注射器抽取还不能将残留的氯气全部从装置中完全除尽，能否将氢氧化钠溶液直接注入装置中吸收氯气？笔者利用针头和注射器连接的灵活性，在反应结束抽取余氯后，迅速换成盛有氢氧化钠溶液的注射器，可是大试管中的无水氯化钙干燥剂仍阻隔其中。经尝试，把无水氯化钙颗粒分成等质量的两份，用疏松棉花包裹成大小相同的形状，用弯头镊子慢慢塞到两侧小试管上部，不僅保证两个小试管中氯气干燥，浓度相等，也顺利将氢氧化钠溶液注入装置中吸收残留的氯气（见图8）。

3 实验仪器及操作步骤

3.1 实验仪器与试剂

实验仪器与试剂见表1。

3.2 操作步骤

（1） 检查装置气密性。

（2） 在干燥的双翼试管左右两侧小试管中分别加入大小合适的干燥的红色皱纹纸，将其中一个红色皱纹纸用水润湿。

（3） 两侧小试管上部各塞一小团包裹有质量相同的无水氯化钙的疏松棉花团。

（4） 用药匙取少量高锰酸钾晶体加入中间的试管中，将双翼试管固定在铁架台上，用胶头滴管吸取少量（约0.5mL）浓盐酸，塞紧橡皮塞，连接好注射器。

（5） 从胶头滴管中滴入浓盐酸。

3.3 尾气处理

反应结束后，用注射器抽取容器内残留氯气，拔下注射器，迅速接上装有5mL 1mol·L-1的NaOH溶液的注射器，将碱液全推入反应容器中，轻轻振荡，直至完全吸收残留氯气。拔下有氯气的注射器放入盛有1mol·L-1NaOH溶液的烧杯中，慢慢吸进碱液除去氯气。最后拆除装置，双翼试管中残留药品倒入指定容器中。

4 实验的优点

（1） 一体化。将氯气的制取、干燥、次氯酸漂白、尾气处理在同一装置中进行，一气呵成，反应连续性好。

（2） 简便化。操作简单，无需收集氯气，现象明显，灵活简便，操作省时，从制备氯气开始到实验结束不到1分钟，适合学生开展探究实验和课堂演示实验。

（3） 同步化。氯气与干燥有色纸条和潮湿有色纸条的反应同时进行，次氯酸漂白作用对比现象明显，可操作性强。

（4） 试剂微量化。装置小巧便携，整个实验仅消耗少量的各种试剂（高锰酸钾和浓盐酸为几粒或几滴），节约了成本[9]。

（5） 装置全封闭。密闭可控，余氯吸收完全，不污染教室空气，较安全环保。

（6） 仪器成本低。只需加工一个双翼试管和一把弯头镊子，就可完成探究次氯酸漂白作用的实验，适宜在学生分组实验中推广。

5 双翼试管在化学实验中的拓展应用

在高中化学中，还有很多实验可以利用双翼试管进行改进，见表2。

参考文献：

[1]王祖浩主编. 普通高中课程标准实验教科书·化学1（第5版）[M]. 南京： 江苏教育出版社， 2009： 43.

[2]齐俊林， 赵立国. 次氯酸漂白作用演示实验的改进[J]. 河北理科教学研究， 2011， （3）： 48～49.

[3]李赛秋. 次氯酸的漂白作用实验的改进[J]. 教学仪器与实验， 1997， （10）： 10.

[4][8]李海燕. 新课标下的氯气漂白性质的实验改进[J]. 化学教育， 2009， （10）： 68.

[5]李兴， 齐俊林. 次氯酸漂白作用实验的新设计[J]. 化学教学， 2018， （5）： 62～64.

[6]李风格. 氯气干燥工艺流程选择[J]. 氯碱工业， 2008， （12）： 17～19， 26.

[7]吕华， 郭树志， 张柏祥. 干氯气中微量水分的分析方法探讨[J]. 氯碱工业， 2000， （3）： 41～42.

[9]李光珍. 五个高中化学实验的微量化改进[J]. 化学教学， 2014， （5）： 55～57.