氯氣，氯水和溴水的實驗室快捷制法

氯氣的快捷制法

在中學教材中，氯氣的實驗室制法是濃鹽酸和二氧化錳在加熱的條件下反應，生成氯氣。因為反應慢，在中學實驗室中通常并未采用這種方法制氯氣。一般情況下，中學實驗室利用濃鹽酸和高錳酸鉀反應制取氯氣，反應不需要加熱就可以進行，反應速度比第一種方法快得多。當然，在反應過程中反應速度會減慢，這時加熱會提高反應速度，通常這種加熱時有必要的。但是在反應過程中反應容器壁上會牢固附著上不容水的二氧化錳，一般用濃鹽酸洗，這會產生有毒的氯氣。我發現用濃鹽酸和氯酸鉀制氯氣比前兩種方法都好。一是這種方法根本不需要加熱就能進行，并且反應速度是最快的；二是在反應過程中不會有難容產物附著在容器壁上；三是這種方法能使反應物中的所有氯元素全轉化到氯氣中，不僅節省原料而且提高了產率，而前兩種方法中，反應物中的氯元素只有一部分轉化到氯氣中。但用濃鹽酸和氯酸鉀制得的氯氣并不純凈，其中含有鹽酸小液滴，后來改用濃硫酸（或用濃度在80%以上的稀硫酸）氯化鈉和氯酸鉀制氯氣，制得的氯氣較純凈。該反應的原理是氯酸根離子在酸性條件下具有強氧化性，可把氯化鈉中的氯離子氧化成零價的氯元素。

氯水的快捷制法

實驗室制氯水是把氯氣通入蒸餾水中制成的，雖然通入氯氣時間較長，但制得的氯水中氯分子含量少，顏色較淺。并且用高錳酸鉀和濃鹽酸制得的氯氣通入水中制氯水時，因反應速度變慢需加熱，而加熱不好控制，未反應的高錳酸鉀隨鹽酸經導管進入正在制備的氯水中，氯水就有了高錳酸鉀的紫紅色，影響氯水制備的成功率。我制氯水時，在燒杯內加入適量的固體氯酸鉀，再加入適量的濃鹽酸，待兩者劇烈反應幾秒鐘后加入適量的蒸餾水，頃刻間蒸餾水變成了黃綠色，燒杯底部還沉有未反應的氯酸鉀，迅速地把上清液倒入其他容器。這種黃綠色液體就是氯水。這樣制氯水的速度相當快，整個過程不超過20秒。用此法制得的氯水比前面介紹的方法制得的氯水顏色深，濃度大，所以保存時間長。

這種方法制得的氯水顯然含有雜質。氯酸鉀和濃鹽酸反應生成氯化鉀，水和氯氣，在這個反應體系中加入蒸餾水制氯水，這種氯水中除了含有氯分子，還含有未反應但溶入的氯酸鉀和未反應的鹽酸以及另一種產物氯化鉀。這種含雜質的氯水中就含有水分子，氯分子，次氯酸分子，氯離子，次氯酸根離子，氫離子，鉀離子和氯酸根離子，其中前六種是無雜質的氯水所含的微粒，但含雜質的氯水所含氯離子和氫離子比同濃度無雜質氯水所含的氯離子和氫離子多，這樣，多出的氯離子和氫離子使氯分子和水反應的可逆反應向生成氯分子的方向移動，所以同濃度的含雜質的氯水比無雜質的氯水所含氯分子多，顏色也就深一些。有雜質的氯水所含雜質是鉀離子和氯酸根離子。

用含雜質的氯水做中學化學教材所涉及的實驗，可行性怎樣呢？首先是觀察氯水顏色的實驗。這種含雜質的氯水和無雜質的氯水一樣其中含有氯分子，并且雜質離子是無色的，所以含雜質氯水和無雜質氯水都呈黃綠色。第二，氯水的漂白性。含雜質的氯水和無雜質的氯水一樣含有漂白作用的次氯酸，都可以使有色有機物褪色。而雜質離子無漂白作用，即使在氯水的酸性條件下雜質離子氯酸根離子有較強氧化性，但無漂白性。第三，氯水中氯離子的檢驗。因為含雜質的氯水和無雜質的氯水都含有氯離子，都能和硝酸銀反應生成白色沉淀，雜質離子不影響沉淀反應，只是同濃度含雜質的氯水比無雜質的氯水和硝酸銀反應產生的雜質多一些，這只是定性實驗并非定量實驗，況且實驗用的氯水濃度可以不確定。所以具有可行性。第四，氯水酸性的檢驗。紫色石蕊試液和有雜質的氯水反應，紫色石蕊先褪色，這和無雜質氯水和紫色石蕊反應的現象是相同的。第三，氯水與溴化物和碘化物的反應。氯水中因含氯分子，可以置換出溴單質和碘單質。雖然含雜質的氯水中有氯酸根離子，并且在氯水的酸性環境下有氧化性，可以與溴化物和碘化物反應生成溴單質和碘單質，但氯酸根離子在有雜質氯水中的含量遠低于氯分子的含量，因為這種氯水的制取速度極快并且未參加反應的固體氯酸鉀及時和氯水分開，在短短的過程中只有少量的氯酸鉀溶入氯水中，用塊狀而不是粉末狀的氯酸鉀制氯水，其中的氯酸根離子能減到最少。所以含雜質的氯水與溴化物和碘化物反應，起主要作用的是氯分子，而無雜質的氯水與溴化物和碘化物反應，起氧化作用的也是氯分子。第四，氯水氧化氯化亞鐵。無雜質氯水中起氧化作用的是氯分子，有雜質氯水中起氧化作用的主要是氯分子，而不是氯酸根離子。總之，這種有雜質的氯水在中學階段的實驗中有可行性。

溴水的快捷制法

液溴具有強烈的刺激性，取液溴配溴水是件非常不容易的操作。我想出辦法不取液溴就能制溴水。其具體過程如下，取適量固體氯酸鉀和溴化鉀，再加適量的濃鹽酸或硫酸，目的是氯酸鉀中的氯酸根離子在酸性條件下有強氧化性，從而氧化溴化鉀生成溴分子。待反應進行幾秒鐘后，加入適量的蒸餾水，蒸餾水立即變成橙黃色液體，接著迅速棄去底部未反應的固體氯酸鉀和溴化鉀，剩下的橙黃色液體就是溴水，控制加水量可制得飽和溴水（溶液底部沉有液溴）。

然而這種方法制得的溴水是有雜質的。如果用濃鹽酸制，所含雜質離子是氯離子，鉀離子和氯酸根離子，還含有比無雜質溴水多的氫離子和溴離子；如果用硫酸制，所含雜質離子是硫酸根離子，鉀離子和氯酸根離子，還含有比無雜質溴水多的氫離子和溴離子。用這種方法制得的溴水在中學階段的實驗中的可行性怎樣呢？第一，有雜質溴水所含雜質離子都是無色的，不影響溴水的顏色，所以用這樣含雜質的溴水做萃取實驗，不影響實驗現象。第二，和無雜質的飽和溴水一樣，有雜質的飽和溴水和苯酚反應也生成白色沉淀，并且所含雜質離子不影響溴分子和苯酚的反應。第三，含雜質的溴水和碘化物反應現象與無雜質溴水和碘化物反應現象相同，在本質上都是溴水中的溴分子置換出碘，雖然有雜質的溴水所含的氯酸根離子在酸性環境下有氧化性，也可以氧化碘化物，但這種雜質離子含量很少，起氧化作用的主要還是溴分子。第四，把乙烯或乙炔通入有雜質的溴水中，溴水退色，這和把乙烯或乙炔通入無雜質的溴水中的現象是一致的，并且退色原因也是一致的，因為有雜質溴水所含雜質不和乙烯或乙炔反應，總之，這種有雜質的溴水在中學階段的實驗中有可行性。