氯气的制取以及氯水的制备和取用一体化设计

甘肃省兰州市教育科学研究所(730046) 吴正帅

甘肃省兰州市第三十二中学(730020) 滕立玲

1 问题的提出

氯气的性质是元素及其化合物的重要内容，氯气相关实验是中学化学学习中的重要实验。人教版普通高中课程标准实验教科书《化学》必修1第4章第2节富集在海水中的元素——氯，涉及了氯气的制备、氯气的性质实验和氯水的性质实验。因为氯气有毒，教材只是以科学史话和思考交流的形式介绍了实验室制取氯气，而氯气的实验室制取装置较大，产生氯气的量也较大，不利于尾气处理，所以大多数教师不会在教室现场制取氯气。一般都是由化学实验员在实验室提前制备好，任课教师课前带上，进行实验教学。笔者在教学实践中，尝试进行了一种简单易行、安全环保的制取氯气的方法，将氯气的制取与氯水制备和取用集成一体，方便实验教学。现将具体的实验过程介绍如下，供广大一线化学教师和化学实验员参考借鉴。

2 氯气的制取

2.1 实验材料

锥形瓶、小试管(能放入集气瓶中)、离心试管、小药瓶、集气瓶、玻璃片、单孔橡皮塞、玻璃导管、镊子、药匙、烧杯、高锰酸钾固体、氯酸钾固体、浓盐酸、6 mol/L NaOH溶液。

2.2 实验步骤

(1)取锥形瓶(可用250 mL锥形瓶、大试管、集气瓶等)，向其中加入高锰酸钾固体(或氯酸钾固体)，在将盛有浓盐酸的小试管(离心试管、小药瓶皆可)置于锥形瓶中，上面塞上配有单孔导管的橡皮塞。实验装置如图1所示。

(2)连接好气体的收集装置和尾气处理装置，并以乳胶管与锥形瓶单孔胶塞上的导管连接。

(3)检查装置气密性，装置气密性良好后，倾斜锥形瓶，使小试管中的浓盐酸流入锥形瓶，反应发生产生气体，待反应进行一段时间后，检验纯度，即可收集纯净的氯气。

2.3 实验说明

(1)锥形瓶中加入药品的量可以根据制取气体量的多少添加至稍过量。

(2)本装置省略了添加浓盐酸所用的分液漏斗或长颈漏斗及液封装置，装置简单易操作。

(3)避免了制取气体过程中因装置内压强过大使氯气从漏斗中溢出。

(4)本装置采用V型试管替代整套装置，实验效果更好。

3 氯水的制备和取用

3.1 实验材料

铁架台(带铁圈、铁架)、3 000 mL试剂瓶、双孔橡皮塞、玻璃导管、乳胶管、止水夹、试剂瓶、蒸馏水。

3.2 实验步骤

(1)用装过酸(盐酸、硫酸、醋酸)的3 000 mL试剂瓶洗净后，配上带导管的橡皮塞及乳胶管、止水夹①②的双孔胶塞(可以用5号胶塞)，并盛上适量蒸馏水。

(2)按实验室制取氯水的方法制取氯水；导管长进短出(长管进氯气、短管排尾气)。实验装置如图2所示。

(3)将制好的氯水瓶，塞好胶塞，夹好止水夹①②，颠倒过来，随取随用。

3.3 实验优点

(1)针对教材实验进行了优化、整体设计，实验的各个环节做到了节能、实现了污染物零排放，提高了实验教学效果。

(2)教材中的实验往往比较分散，本实验设计采用了一体化实验设计，增强了实验的趣味性，提高了实验教学的有效性。

(3)氯气被封闭在试剂瓶中不能逸出，氯气能最大限度的溶于水中，又因为氯气和水的接触面积较大，溶解速率相应增大，缩短了实验时间。

(4)制取氯气所用药品量小，药品用量实现了微量化；而且反应速率和氯气的产量都很不错。

(5)实验简单易行，安全环保，所设计的实验装置几乎是全封闭的，不会有氯气逸散到空气中，实现了实验的绿色化。

(6)实验采用生活中的小药瓶代替小试管，实现化学实验的生活化；用装过酸(盐酸、硫酸、醋酸)的3 000 mL试剂瓶洗净后制备氯水，实现了化学实验的低碳化以及实验器材的重复利用和创新使用。