鈉在氯氣中燃燒一體化環(huán)保型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

郎慶利+王培明+齊俊林

摘要：現(xiàn)行化學(xué)教材中介紹的鈉與氯氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，易污染環(huán)境和影響師生健康。經(jīng)實(shí)驗(yàn)探究，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了氯氣的制備及鈉在氯氣中燃燒實(shí)驗(yàn)的一體化環(huán)保型裝置。該裝置能避免因?qū)嶒?yàn)造成教室空氣的污染，提高了教學(xué)效果，且能培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境意識(shí)和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：金屬鈉；氯氣；污染；環(huán)保型裝置

文章編號(hào)：1005–6629（2014）6–0047–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

在現(xiàn)行高中化學(xué)教材[1]中，鈉與氯氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)重要的演示實(shí)驗(yàn)。筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，教材中的實(shí)驗(yàn)方法（如圖1所示），盡管裝置簡(jiǎn)單、操作方便、現(xiàn)象明顯，但也存在著明顯的不足，具體表現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：一是需要一個(gè)復(fù)雜的氯氣制備系統(tǒng)[2]（如圖2所示），在氯氣的制備過程中，氯氣容易外逸，造成環(huán)境污染；二是金屬鈉在氯氣中燃燒過程中集氣瓶?jī)?nèi)的氯氣容易外逸，污染教學(xué)環(huán)境，影響師生健康，致使大多數(shù)教師對(duì)此實(shí)驗(yàn)只能敬而遠(yuǎn)之。為此，我們對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了認(rèn)真地研究和設(shè)計(jì)，完全克服了課本實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，收到了較好的教學(xué)效果，現(xiàn)介紹如下。

1 實(shí)驗(yàn)用品

罐頭瓶（如奧靈奇什錦水果罐頭瓶，浙江奧靈奇食品有限公司出品，內(nèi)徑：7.5 cm、瓶高：22 cm）1個(gè)、蒸餾瓶（500 mL）1個(gè)、直角玻璃管2根、單球干燥管1支、具支試管（2×15 cm）1支、2號(hào)橡膠塞1個(gè)、2號(hào)單孔橡膠塞1個(gè)、4號(hào)單孔橡膠塞1個(gè)、15號(hào)三孔橡膠塞1個(gè)、一次性注射器（20 mL）2支、木塊1塊、乳膠管（5 cm）1段、酒精燈1盞、火柴1盒、小刀、大頭針、鑷子、圓形鋼銼、玻璃片等

高錳酸鉀晶體、濃鹽酸（37%）、金屬鈉、10%氫氧化鈉溶液、脫脂棉、蒸餾水、粉紅色紙、黃色細(xì)沙

3 儀器加工

3.1 加工蒸餾瓶

取一個(gè)500 mL的蒸餾瓶，在距支管端5 cm處彎一個(gè)110°左右的彎（如圖4所示）。

3.2 加工大膠塞

取一個(gè)15號(hào)橡膠塞，在其中央位置用打孔器打一個(gè)直徑1 cm左右的透孔后，將孔用圓形鋼銼挫成一個(gè)直徑比具支試管外徑略小的透孔；接著，在孔的兩側(cè)用打孔器分別打一個(gè)小透孔（如圖5所示）。

4 操作方法及其現(xiàn)象

4.1 組裝儀器

按照?qǐng)D3實(shí)驗(yàn)裝置圖，將儀器組裝好。

4.2 添加藥品

（1）取下蒸餾瓶瓶口上的橡膠塞，在蒸餾燒瓶底部均勻地鋪上一層黃色細(xì)沙，在細(xì)沙的上方放上1塊綠豆粒大小的金屬鈉，然后將橡膠塞復(fù)位、塞緊。

（2）取下具支試管上方的橡膠塞，在具支試管的底部放入2 g左右的高錳酸鉀晶體，然后將膠塞復(fù)位、塞緊在具支試管的管口處。

（3）將單球干燥管取下，裝滿用氫氧化鈉溶液潤(rùn)濕的脫脂棉后，將干燥管復(fù)位、塞緊在橡膠塞上。

（4）取下罐頭瓶口上的大膠塞，在罐頭瓶?jī)?nèi)注入10%的氫氧化鈉溶液，加入量為容積的2/3；在膠塞的小頭端插入一個(gè)掛有潤(rùn)濕粉紅色紙條的大頭針。然后，將膠塞復(fù)位、塞緊在罐頭瓶瓶口處。

（5）分別取下具支試管膠塞上的注射器（不帶針頭）和蒸餾瓶膠塞上的注射器（不帶針頭），分別吸入20 mL濃鹽酸和20 mL 10%氫氧化鈉溶液。然后再分別復(fù)位，塞緊在針頭上。

5 氣體制備及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（1）用手下推具支試管膠塞上注射器的注射栓，使?jié)恹}酸慢慢注入到具支試管中，可觀察到反應(yīng)立即進(jìn)行[2KMnO4+16HCl（濃）=2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+ 8H2O]，產(chǎn)生黃綠色氯氣，接著氯氣慢慢通過導(dǎo)管進(jìn)入到蒸餾瓶的底部，由于氯氣的密度大于空氣，空氣通過蒸餾瓶的支管被排到罐頭瓶?jī)?nèi)，然后通過干燥管逸出體系外。當(dāng)蒸餾瓶?jī)?nèi)的氯氣滿瓶時(shí)，停止加入濃鹽酸。此時(shí)多余的氯氣進(jìn)入到罐頭瓶?jī)?nèi)，潤(rùn)濕的粉紅色紙條褪色變白，然后這些多余的氯氣被罐頭瓶?jī)?nèi)的氫氧化鈉溶液和脫脂棉上氫氧化鈉溶液吸收完全（Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O）。

（2）點(diǎn)燃酒精燈，用酒精燈加熱蒸餾燒瓶?jī)?nèi)的金屬鈉塊，可觀察到鈉塊受熱后，首先熔化，然后在氯氣中劇烈燃燒起來（此時(shí)撤離酒精燈），發(fā)出黃色火焰，生成白色的煙（2Na+Cl2=2NaCl），并附著在蒸餾瓶的內(nèi)壁和黃色細(xì)沙的表面上。

6 廢氣處理

待蒸餾瓶冷卻后，用手下推蒸餾瓶膠塞上的注射器的注射栓，使20 mL 10%氫氧化鈉溶液全部注入到蒸餾瓶的瓶體內(nèi)，使容器內(nèi)剩余的廢氣全部被吸收掉（Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O）。

7 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

（1）構(gòu)思巧妙，設(shè)計(jì)合理。取材容易，易于組裝，操作方便，現(xiàn)象明顯，無空氣污染，有利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和創(chuàng)新能力。

（2）潤(rùn)濕的粉紅色紙條褪色，既可以證明氯氣已經(jīng)收集滿瓶，又可說明氯氣具有漂白性，起到一舉兩得的作用。

（3）此裝置制成以后，可以多次反復(fù)使用。

（4）該實(shí)驗(yàn)裝置除了做鈉在氯氣中燃燒實(shí)驗(yàn)外，還可以做銅、鐵在氯氣中燃燒，鎂在氧氣或二氧化碳中燃燒以及鐵在氧氣中燃燒等實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1][2]全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書·（必修）化學(xué)（第一冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2003：111，67.

摘要：現(xiàn)行化學(xué)教材中介紹的鈉與氯氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，易污染環(huán)境和影響師生健康。經(jīng)實(shí)驗(yàn)探究，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了氯氣的制備及鈉在氯氣中燃燒實(shí)驗(yàn)的一體化環(huán)保型裝置。該裝置能避免因?qū)嶒?yàn)造成教室空氣的污染，提高了教學(xué)效果，且能培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境意識(shí)和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：金屬鈉；氯氣；污染；環(huán)保型裝置

文章編號(hào)：1005–6629（2014）6–0047–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

在現(xiàn)行高中化學(xué)教材[1]中，鈉與氯氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)重要的演示實(shí)驗(yàn)。筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，教材中的實(shí)驗(yàn)方法（如圖1所示），盡管裝置簡(jiǎn)單、操作方便、現(xiàn)象明顯，但也存在著明顯的不足，具體表現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：一是需要一個(gè)復(fù)雜的氯氣制備系統(tǒng)[2]（如圖2所示），在氯氣的制備過程中，氯氣容易外逸，造成環(huán)境污染；二是金屬鈉在氯氣中燃燒過程中集氣瓶?jī)?nèi)的氯氣容易外逸，污染教學(xué)環(huán)境，影響師生健康，致使大多數(shù)教師對(duì)此實(shí)驗(yàn)只能敬而遠(yuǎn)之。為此，我們對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了認(rèn)真地研究和設(shè)計(jì)，完全克服了課本實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，收到了較好的教學(xué)效果，現(xiàn)介紹如下。

1 實(shí)驗(yàn)用品

罐頭瓶（如奧靈奇什錦水果罐頭瓶，浙江奧靈奇食品有限公司出品，內(nèi)徑：7.5 cm、瓶高：22 cm）1個(gè)、蒸餾瓶（500 mL）1個(gè)、直角玻璃管2根、單球干燥管1支、具支試管（2×15 cm）1支、2號(hào)橡膠塞1個(gè)、2號(hào)單孔橡膠塞1個(gè)、4號(hào)單孔橡膠塞1個(gè)、15號(hào)三孔橡膠塞1個(gè)、一次性注射器（20 mL）2支、木塊1塊、乳膠管（5 cm）1段、酒精燈1盞、火柴1盒、小刀、大頭針、鑷子、圓形鋼銼、玻璃片等

高錳酸鉀晶體、濃鹽酸（37%）、金屬鈉、10%氫氧化鈉溶液、脫脂棉、蒸餾水、粉紅色紙、黃色細(xì)沙

3 儀器加工

3.1 加工蒸餾瓶

取一個(gè)500 mL的蒸餾瓶，在距支管端5 cm處彎一個(gè)110°左右的彎（如圖4所示）。

3.2 加工大膠塞

取一個(gè)15號(hào)橡膠塞，在其中央位置用打孔器打一個(gè)直徑1 cm左右的透孔后，將孔用圓形鋼銼挫成一個(gè)直徑比具支試管外徑略小的透孔；接著，在孔的兩側(cè)用打孔器分別打一個(gè)小透孔（如圖5所示）。

4 操作方法及其現(xiàn)象

4.1 組裝儀器

按照?qǐng)D3實(shí)驗(yàn)裝置圖，將儀器組裝好。

4.2 添加藥品

（1）取下蒸餾瓶瓶口上的橡膠塞，在蒸餾燒瓶底部均勻地鋪上一層黃色細(xì)沙，在細(xì)沙的上方放上1塊綠豆粒大小的金屬鈉，然后將橡膠塞復(fù)位、塞緊。

（2）取下具支試管上方的橡膠塞，在具支試管的底部放入2 g左右的高錳酸鉀晶體，然后將膠塞復(fù)位、塞緊在具支試管的管口處。

（3）將單球干燥管取下，裝滿用氫氧化鈉溶液潤(rùn)濕的脫脂棉后，將干燥管復(fù)位、塞緊在橡膠塞上。

（4）取下罐頭瓶口上的大膠塞，在罐頭瓶?jī)?nèi)注入10%的氫氧化鈉溶液，加入量為容積的2/3；在膠塞的小頭端插入一個(gè)掛有潤(rùn)濕粉紅色紙條的大頭針。然后，將膠塞復(fù)位、塞緊在罐頭瓶瓶口處。

（5）分別取下具支試管膠塞上的注射器（不帶針頭）和蒸餾瓶膠塞上的注射器（不帶針頭），分別吸入20 mL濃鹽酸和20 mL 10%氫氧化鈉溶液。然后再分別復(fù)位，塞緊在針頭上。

5 氣體制備及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（1）用手下推具支試管膠塞上注射器的注射栓，使?jié)恹}酸慢慢注入到具支試管中，可觀察到反應(yīng)立即進(jìn)行[2KMnO4+16HCl（濃）=2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+ 8H2O]，產(chǎn)生黃綠色氯氣，接著氯氣慢慢通過導(dǎo)管進(jìn)入到蒸餾瓶的底部，由于氯氣的密度大于空氣，空氣通過蒸餾瓶的支管被排到罐頭瓶?jī)?nèi)，然后通過干燥管逸出體系外。當(dāng)蒸餾瓶?jī)?nèi)的氯氣滿瓶時(shí)，停止加入濃鹽酸。此時(shí)多余的氯氣進(jìn)入到罐頭瓶?jī)?nèi)，潤(rùn)濕的粉紅色紙條褪色變白，然后這些多余的氯氣被罐頭瓶?jī)?nèi)的氫氧化鈉溶液和脫脂棉上氫氧化鈉溶液吸收完全（Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O）。

（2）點(diǎn)燃酒精燈，用酒精燈加熱蒸餾燒瓶?jī)?nèi)的金屬鈉塊，可觀察到鈉塊受熱后，首先熔化，然后在氯氣中劇烈燃燒起來（此時(shí)撤離酒精燈），發(fā)出黃色火焰，生成白色的煙（2Na+Cl2=2NaCl），并附著在蒸餾瓶的內(nèi)壁和黃色細(xì)沙的表面上。

6 廢氣處理

待蒸餾瓶冷卻后，用手下推蒸餾瓶膠塞上的注射器的注射栓，使20 mL 10%氫氧化鈉溶液全部注入到蒸餾瓶的瓶體內(nèi)，使容器內(nèi)剩余的廢氣全部被吸收掉（Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O）。

7 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

（1）構(gòu)思巧妙，設(shè)計(jì)合理。取材容易，易于組裝，操作方便，現(xiàn)象明顯，無空氣污染，有利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和創(chuàng)新能力。

（2）潤(rùn)濕的粉紅色紙條褪色，既可以證明氯氣已經(jīng)收集滿瓶，又可說明氯氣具有漂白性，起到一舉兩得的作用。

（3）此裝置制成以后，可以多次反復(fù)使用。

（4）該實(shí)驗(yàn)裝置除了做鈉在氯氣中燃燒實(shí)驗(yàn)外，還可以做銅、鐵在氯氣中燃燒，鎂在氧氣或二氧化碳中燃燒以及鐵在氧氣中燃燒等實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1][2]全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書·（必修）化學(xué)（第一冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2003：111，67.

摘要：現(xiàn)行化學(xué)教材中介紹的鈉與氯氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，易污染環(huán)境和影響師生健康。經(jīng)實(shí)驗(yàn)探究，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了氯氣的制備及鈉在氯氣中燃燒實(shí)驗(yàn)的一體化環(huán)保型裝置。該裝置能避免因?qū)嶒?yàn)造成教室空氣的污染，提高了教學(xué)效果，且能培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境意識(shí)和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：金屬鈉；氯氣；污染；環(huán)保型裝置

文章編號(hào)：1005–6629（2014）6–0047–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

在現(xiàn)行高中化學(xué)教材[1]中，鈉與氯氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)重要的演示實(shí)驗(yàn)。筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，教材中的實(shí)驗(yàn)方法（如圖1所示），盡管裝置簡(jiǎn)單、操作方便、現(xiàn)象明顯，但也存在著明顯的不足，具體表現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：一是需要一個(gè)復(fù)雜的氯氣制備系統(tǒng)[2]（如圖2所示），在氯氣的制備過程中，氯氣容易外逸，造成環(huán)境污染；二是金屬鈉在氯氣中燃燒過程中集氣瓶?jī)?nèi)的氯氣容易外逸，污染教學(xué)環(huán)境，影響師生健康，致使大多數(shù)教師對(duì)此實(shí)驗(yàn)只能敬而遠(yuǎn)之。為此，我們對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了認(rèn)真地研究和設(shè)計(jì)，完全克服了課本實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，收到了較好的教學(xué)效果，現(xiàn)介紹如下。

1 實(shí)驗(yàn)用品

罐頭瓶（如奧靈奇什錦水果罐頭瓶，浙江奧靈奇食品有限公司出品，內(nèi)徑：7.5 cm、瓶高：22 cm）1個(gè)、蒸餾瓶（500 mL）1個(gè)、直角玻璃管2根、單球干燥管1支、具支試管（2×15 cm）1支、2號(hào)橡膠塞1個(gè)、2號(hào)單孔橡膠塞1個(gè)、4號(hào)單孔橡膠塞1個(gè)、15號(hào)三孔橡膠塞1個(gè)、一次性注射器（20 mL）2支、木塊1塊、乳膠管（5 cm）1段、酒精燈1盞、火柴1盒、小刀、大頭針、鑷子、圓形鋼銼、玻璃片等

高錳酸鉀晶體、濃鹽酸（37%）、金屬鈉、10%氫氧化鈉溶液、脫脂棉、蒸餾水、粉紅色紙、黃色細(xì)沙

3 儀器加工

3.1 加工蒸餾瓶

取一個(gè)500 mL的蒸餾瓶，在距支管端5 cm處彎一個(gè)110°左右的彎（如圖4所示）。

3.2 加工大膠塞

取一個(gè)15號(hào)橡膠塞，在其中央位置用打孔器打一個(gè)直徑1 cm左右的透孔后，將孔用圓形鋼銼挫成一個(gè)直徑比具支試管外徑略小的透孔；接著，在孔的兩側(cè)用打孔器分別打一個(gè)小透孔（如圖5所示）。

4 操作方法及其現(xiàn)象

4.1 組裝儀器

按照?qǐng)D3實(shí)驗(yàn)裝置圖，將儀器組裝好。

4.2 添加藥品

（1）取下蒸餾瓶瓶口上的橡膠塞，在蒸餾燒瓶底部均勻地鋪上一層黃色細(xì)沙，在細(xì)沙的上方放上1塊綠豆粒大小的金屬鈉，然后將橡膠塞復(fù)位、塞緊。

（2）取下具支試管上方的橡膠塞，在具支試管的底部放入2 g左右的高錳酸鉀晶體，然后將膠塞復(fù)位、塞緊在具支試管的管口處。

（3）將單球干燥管取下，裝滿用氫氧化鈉溶液潤(rùn)濕的脫脂棉后，將干燥管復(fù)位、塞緊在橡膠塞上。

（4）取下罐頭瓶口上的大膠塞，在罐頭瓶?jī)?nèi)注入10%的氫氧化鈉溶液，加入量為容積的2/3；在膠塞的小頭端插入一個(gè)掛有潤(rùn)濕粉紅色紙條的大頭針。然后，將膠塞復(fù)位、塞緊在罐頭瓶瓶口處。

（5）分別取下具支試管膠塞上的注射器（不帶針頭）和蒸餾瓶膠塞上的注射器（不帶針頭），分別吸入20 mL濃鹽酸和20 mL 10%氫氧化鈉溶液。然后再分別復(fù)位，塞緊在針頭上。

5 氣體制備及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（1）用手下推具支試管膠塞上注射器的注射栓，使?jié)恹}酸慢慢注入到具支試管中，可觀察到反應(yīng)立即進(jìn)行[2KMnO4+16HCl（濃）=2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+ 8H2O]，產(chǎn)生黃綠色氯氣，接著氯氣慢慢通過導(dǎo)管進(jìn)入到蒸餾瓶的底部，由于氯氣的密度大于空氣，空氣通過蒸餾瓶的支管被排到罐頭瓶?jī)?nèi)，然后通過干燥管逸出體系外。當(dāng)蒸餾瓶?jī)?nèi)的氯氣滿瓶時(shí)，停止加入濃鹽酸。此時(shí)多余的氯氣進(jìn)入到罐頭瓶?jī)?nèi)，潤(rùn)濕的粉紅色紙條褪色變白，然后這些多余的氯氣被罐頭瓶?jī)?nèi)的氫氧化鈉溶液和脫脂棉上氫氧化鈉溶液吸收完全（Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O）。

（2）點(diǎn)燃酒精燈，用酒精燈加熱蒸餾燒瓶?jī)?nèi)的金屬鈉塊，可觀察到鈉塊受熱后，首先熔化，然后在氯氣中劇烈燃燒起來（此時(shí)撤離酒精燈），發(fā)出黃色火焰，生成白色的煙（2Na+Cl2=2NaCl），并附著在蒸餾瓶的內(nèi)壁和黃色細(xì)沙的表面上。

6 廢氣處理

待蒸餾瓶冷卻后，用手下推蒸餾瓶膠塞上的注射器的注射栓，使20 mL 10%氫氧化鈉溶液全部注入到蒸餾瓶的瓶體內(nèi)，使容器內(nèi)剩余的廢氣全部被吸收掉（Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O）。

7 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

（1）構(gòu)思巧妙，設(shè)計(jì)合理。取材容易，易于組裝，操作方便，現(xiàn)象明顯，無空氣污染，有利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和創(chuàng)新能力。

（2）潤(rùn)濕的粉紅色紙條褪色，既可以證明氯氣已經(jīng)收集滿瓶，又可說明氯氣具有漂白性，起到一舉兩得的作用。

（3）此裝置制成以后，可以多次反復(fù)使用。

（4）該實(shí)驗(yàn)裝置除了做鈉在氯氣中燃燒實(shí)驗(yàn)外，還可以做銅、鐵在氯氣中燃燒，鎂在氧氣或二氧化碳中燃燒以及鐵在氧氣中燃燒等實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1][2]全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書·（必修）化學(xué)（第一冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2003：111，67.