氯气的制备与性质微型环保一体化实验设计

许冰婷

摘 要：基于化学学科核心素养，笔者对传统氯气的制备和性质研究实验装置进行改进，设计了一套方案可行、操作方便、微型环保一体化的实验装置，提高了实验的安全性，激发学生学习化学的兴趣，培养了学生科学探究与创新意识。

关键词：化学核心;素养微型;实验氯气;制备性质;一体化

提升中学生化学学科核心素养，已成为我们教育者共同研究的课题。而受传统教学和应试教育的影响，多数教师在教学过程中依然只是围绕着“知识与技能”一维目标，并没有落实化学核心素养下的教学[1]。著名教育家陶行知先生说过：“教师的职务是‘千教万教，教人求真’;学生的职务是‘千学万学，学做真人’。”核心素养的要求不再是单纯的从化学学科的角度来教学，而是从提升学生科研探究、创新意识、科学态度和社会责任等品质进行渗透教学，这对教师是一个机遇，也是巨大的挑战。

化学是一门以实验为基础的科学，实验教学是化学教师在课堂教学中重要有效的法宝。实验能够激发学生的学习化学兴趣，更有效的帮助学生对新知识的理解，提高学生实验操作能力，培养同学协助合作精神。但中学教材中一些实验存在装置复杂、操作繁琐、实验现象不够明显、产物对环境有污染等问题，与STSE理论所倡导的科学、技术、社会和环境协同发展的理念不符[2]。因此实验装置的优化，设计一套操作简单、便于观察、绿色环保的装置尤为重要。

传统的Cl2的制备和性质的演示实验：反应时间长，操作繁琐;药品用量多，不符合节约要求;大多在敞口瓶中进行，尾气残留玻璃管，污染空气，不符合环保要求;学生无法亲身体验，不符合化学学科核心素养的要求[3]。与本文对传统Cl2的制备和性质研究实验装置进行改进、创新，设计了一套方案可行、操作方便、微型环保一体化的实验装置，提高了实验的安全性，增强了实验的趣味性，让学生亲自体验[4-5]。

1.主要实验原理

1.1氯气的制备：2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑

KClO3+6HCl=KCl+3H2O+3Cl2↑

NaClO+2HCl=NaCl+2H2O+Cl2↑

1.2氯气的性质：Cl2+2KI=2KCl+I22Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-

1.3尾气的吸收：Cl2+2NaOH=NaClO+NaCl+H2O

2.氯气的制取及性质实验

2.1学生分组实验：

装置A：盖上盖子，挤压注射器中少量浓盐酸于KMnO4中，观察现象，结束后，换下装有NaOH的注射器，用来吸收多余的尾气。

装置B：倾斜Y型试管，使浓盐酸与KMnO4混合，看到黄绿色气体，片刻，湿润的pH试纸先变红后褪色，湿润的淀粉KI试纸变蓝，浸有FeSO4和KSCN混合液的滤纸变红，气球变大。实验完毕，挤入NaOH溶液处理尾气。

2.2教师演示实验（装置C）

氯气的制备与性质一体化装置C

a.如上图所示安装仪器并检验其气密性;

b.装上药品;

c.所有活塞均为关闭状态，打开K1，挤压注射器A中的稀盐酸，产生大量气泡，点燃尖嘴验纯。挤压注射器B中的浓盐酸与锥形瓶中，立刻产生黄绿色气体，打开K2，点燃玻璃尖嘴，看到苍白色火焰。

d.关闭K2，打开K3，加热铜丝和铁丝，分别产生棕黄色的烟和棕红色的烟，冷却后分别挤压注射器C、D中的水，分别看到蓝色溶液和棕色溶液;U型管左侧湿润色红纸变红，右侧干燥红纸无现象。直型试管中浸有FeSO4和KSCN混合液的滤纸变红，湿润的淀粉KI试纸变蓝。最后用空的注射剂换下注射剂B，挤压排出装置中残留的Cl2，可被浓NaOH的棉花吸收。

3.实验优点

3.1氯气的制备

教材上采用MnO2与浓盐酸加热条件下制取Cl2，原料用量多，操作不便，且加快浓盐酸挥发。用KMnO4或者KClO3不加热下与浓盐酸反应，使用注射器投料，更好地控制反应的用量和反应过程。化学课外兴趣小组的同学设计了自制装置A和B，通过课堂上学习氧化还原知识和次氯酸的性质。

3.2性质的探究

传统氯气的性质实验需提前收集Cl2，用量大且易泄露，本文中Cl2的制取与性质一体化全封闭设计，不仅解决了提前收集造成泄露的问题，还可以控制Cl2的用量。学生自制装置A和B探究了Cl2的强氧化性，氯水的酸性和漂白性，但对于干燥的Cl2是否具有漂白性却无从证明。在老师的指导下，设计了Cl2的制备与性质一体化装置C，该装置分别融合了H2和Cl2的制备，Cl2与H2、Fe、Cu的反应，氯水的酸性和漂白性，同时还通过比较U型管左侧湿润的红纸褪色和右侧干燥的红纸不褪色现象的不同，得出干燥的Cl2没有漂白性。该装置实用性强，操作简便，现象明显，直观性强，反应过程中试剂用量少，减少污染，综合性强，富有启发性，并为其他性质实验的改进提供了思路，尤其适合于Cl2或SO2等气体的制备和性质一体化实验的研究，具有一定的推广性。

3.3尾气的处理

传统的装置中导管残留的Cl2在拆卸过程中危害老师的健康，以上设计装置B和C采挤压空注射器排出导管中残留的尾气，用气球收集，并用浓NaOH溶液的吸收未反应的盐酸，符合绿色化学的要求。

3.4学生的体验

学生参与实验装置的改进，培养了分析问题的能力，实验操作的能力，思维创新的能力，团队合作的精神，从价值取向和情感态度教学方面，渗透和加强STSE理论，感知于外、悟之于心，提高了学生严谨科学态度与强烈的社会责任，符合化学学科核心素养下的教学要求。

参考文献

[1] 喻平.发展学生学科核心素养的教学目标与策略[J].课程·教材·教法，2017（1）：48-53.

[2]陈廷俊 .彰显STSE理念的高中化学教学实践与思考--以苏教版《化学1》“氯气”的教学为例[J].化学教与学，2016（8）：44-47

[3]周卓娜，高中化学实验改进的探究与实践[D].湖南师范大学硕士学位论文.2013.12：6-10

[4]李猛，王世.氯气制备及性质实验的一体化设计[J].化学教学，2016（8）60—63

[5]于永民，朱建兵，孙海龙. 氯气的制备及其性质实验的微量化设计[J].化学教学，2013（5）：40-43.

课题名称：基于核心素养培养的高中化学实验教学研究。立項批准号：FJJKXB19-433