用氨水吸收氯氣尾氣

張紅衛

摘要：針對實驗室制取氯氣在尾氣吸收處理上的不足，通過實驗探索，用實驗論證了用氨水代替NaOH溶液作為尾氣吸收液的可行性，并對蘇教版教材上氨氣噴泉實驗的原理解釋提出了建議。

關鍵詞：氨水溶液；尾氣吸收；氯氣尾氣；氨氣噴泉實驗；實驗改進

文章編號：1005–6629（2013）9–0044–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 發現問題

通常在實驗室制取氯氣，一般都是用NaOH溶液吸收尾氣（裝置如圖1所示）。在制備氯氣實驗開始后，就有氣泡從NaOH溶液中逸出。一開始，應該是裝置中的空氣被排出體系。但隨著反應的進行，仍然有氣泡從溶液中逸出，且空氣中的氯氣味也越來越濃。這可能就是裝置氣密性不嚴或更換集氣瓶引起了氯氣泄漏。

于是，筆者更換了裝置，重新實驗，尤其檢查氣密性，且實驗過程中不更換集氣瓶，以確保氣體出口的唯一性。并且用蘸有濃氨水的玻璃棒在所有接口、出口處檢驗，結果發現：只在NaOH溶液液面上出現了白煙（NH4Cl，反應為：3Cl2+8NH3=6NH4Cl+N2）。

顯然，氯氣未被NaOH溶液完全吸收，且逸出明顯。隨著實驗的延續，NaOH溶液也逐漸呈現淡淡的黃綠色。隨后，筆者通過增加NaOH溶液的濃度、增加導管在溶液中的深度、在導管末端增加布有小孔的乳膠頭等措施來促進Cl2和NaOH的反應，結果還是徒勞。

說明：上述實驗中，筆者先配得NaOH飽和溶液（在288 K時，NaOH飽和溶液的物質的量濃度為26.4 mol/L），分別用體積比為1：10、1：5、1：1三種濃度的溶液進行平行實驗。

2 提出設想

從化學熱力學角度看，Cl2和NaOH的反應能徹底進行。從化學動力學角度看，該化學反應速率不快。因此，筆者對用NaOH溶液吸收氯氣尾氣的實效產生了懷疑并進行了以下實驗探究。

3 實驗探究

3.1 用NaOH溶液做吸收液

受NH3噴泉實驗原理的影響，筆者設計了如圖2所示的Cl2-NaOH噴泉實驗，來定性感受兩者的反應速率。當用針筒推入約3 mL的NaOH溶液后，燒瓶中沒有出現噴泉實驗現象。等候2分鐘，導管中的液面也不上升。

接著，筆者輕輕晃動裝置，才看到導管中的水慢慢爬升，噴口有水流出，隨即又停止。可見，晃動裝置，促進了氣液混合，加快了反應的進行。每晃動一次，液面上升一次，如此循環，直到水幾乎充滿整個燒瓶。

結合氯氣的純度和存在的誤差，實驗表明，Cl2和NaOH的反應，是能徹底進行的，但反應速率較慢，不能出現類似氨氣噴泉實驗的噴射現象，是由于兩者不能瞬間快速反應，無法引起燒瓶內氣壓驟降。

可見，在實驗室制取氯氣時，又因氯氣的生成速率大于NaOH溶液吸收氯氣的速率。所以，用圖1的方法吸收氯氣尾氣是不會形成倒吸的。

說明：此Cl2-NaOH噴泉實驗，也分別使用體積比為1：10、1：5、1：1三種濃度的溶液進行平行實驗。

那么如何加快吸收氯氣的速率呢？筆者想還是從根本上來解決：換吸收液。

3.2 用氨水做吸收液

收集同等條件下的氯氣，改用氨水做吸收液。利用圖2進行對比實驗，當推入約3 mL市售濃氨水（含氨質量分數約為25%～28%，物質的量濃度約為13.3～ 14.8 mol/L）后，噴泉現象立即產生，進水量約占容器2/3容積，液面上方充滿白煙。

因濃氨水的強烈揮發，相比于Cl2和NaOH反應的氣液接觸，氯氣和氨氣的氣氣接觸要充分得多，顯然化學反應速率也快得多。雖然反應物的化學性質是決定化學反應速率的根本因素，但限于本人的知識面，不能給予解釋，所以只能從兩者接觸程度這個外因給予說明。

接著，筆者又做了如圖3所示的實驗，當把市售濃氨水沿試管壁緩緩倒入集滿氯氣的試管時，除了看到白煙外，還聽到響聲、看到火光、感到試管壁發燙。再

4 實驗結論

綜上所述，筆者把吸收氯氣尾氣的裝置設計為如圖4。用長試管內盛適量氨水（體積比1：1）來吸收尾氣。實驗現象：聽見輕微響聲、看到試管中下部有白煙、摸到試管外壁升溫、沒有火光。

那么圖4實驗為什么又不倒吸呢？是因為反應生成了氮氣，使得Cl2 和氨水短暫分離，反應瞬間停止，當氮氣排除后，Cl2 和氨水繼續接觸反應，如此循環。氯氣-氨水噴泉實驗中，進水量同樣不會充滿整個容器，其原因也是因為反應生成了氮氣，使得進水量約占容器2/3容積，。

事實勝于雄辯，用氨水代替NaOH溶液作為尾氣吸收液，具有實驗操作安全可靠，吸收液用量少，尾氣吸收快、無氯氣泄漏等優點。

當然，通過實驗改進，學生從感性上認識了氨氣的還原性（教材上沒有），強化了氯氣的氧化性等化學知識，這是一個意外收獲。

5 一個建議

針對氨氣噴泉實驗，現把人教版和蘇教版教材上的有關原理解釋進行對比[1][2]，見表1。

可見，人教版噴泉實驗原理解釋的更全面。所以，筆者建議：蘇教版在解釋實驗原理時，不能僅解釋到反應熱力學的知識層面，還要兼顧到反應動力學的知識層面。象人教版一樣解釋，讓學生更全面地理解氨氣噴泉實驗原理：氨氣溶于水，溶解量多，溶解速率快。

參考文獻：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1（必修）[M].南京：江蘇教育出版社，2009.

[2]宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007.