氫氣在氯氣中燃燒實驗的新設計

王建芬+齊俊林

摘要：針對現行高中化學教材中“氫氣在氯氣中燃燒”實驗的不盡如人意之處（如實驗裝置較復雜，需有兩個制氣系統；實驗過程生成的氯化氫氣體及未燃燒的氯氣難免外逸，會嚴重污染室內空氣），對該實驗作了改進設計。利用直口三頸瓶、干燥管和一次性注射器等儀器，設計了在一體化全封閉實驗裝置中，進行氫氣在氯氣中燃燒的實驗方法。結果表明，實驗現象和效果俱佳，且克服了教材實驗方法的不足。

關鍵詞：氫氣在氯氣中燃燒；一體化封閉裝置；實驗改進

文章編號：1005–6629（2015）9–0052–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題提出

現行高中化學教材[1]中“氫氣在氯氣中燃燒”實驗（如圖1所示）是一個傳統的經典實驗。教材中的實驗方法盡管現象明顯，但卻存在諸多不盡如人意的地方，其一，在向集氣瓶內收集氯氣時，需要一個復雜的氯氣制備系統（如圖2所示），在氯氣制備過程中，氯氣容易泄漏，造成室內空氣污染；其二，燃燒的氫氣通常也需要一個專門制備裝置（如圖3所示）來提供；其三，氫氣在氯氣中燃燒時瓶內的氯氣及其燃燒時生成的氯化氫氣體容易從集氣瓶口外逸，污染室內空氣。由于以上原因，致使絕大多數教師嫌麻煩、怕污染，不愿做該實驗，在教學中只是紙上談兵，采取講解實驗的方法來進行課堂教學，違反教學原則和教學規律，致使學生對該部分知識缺乏感性認識，不利于學生對知識的理解、記憶和掌握。為此，有些化學教師對該實驗進行了大膽改進，但收效甚微，改進后的實驗仍然存在著這樣或那樣的問題：有的沒有從根本上解決污染問題[2]（如圖4所示）；有的沒有擺脫繁瑣的氯氣、氫氣制備系統[3]，整個裝置及實驗過程較為復雜（如圖5所示）；還有的實驗裝置難以加工（如試管上打孔），實驗可見度低，不便于學生觀察[4]（如圖6所示）。針對上述情況，筆者利用直口三頸瓶、干燥管和一次性注射器等儀器，設計了“氫氣在氯氣中燃燒的一體化全封閉實驗裝置”，克服了教材及其有關改進實驗中的不足，深受廣大師生的歡迎。

2 實驗原理

3 實驗用品

直口厚壁三頸瓶（5000/24，40，24）1個、一次性注射器（20mL）1支、單球干燥管1支、2號單孔橡膠塞1個、玻璃尖嘴（5cm）1支、4號橡膠塞2個（其中一個單孔橡膠塞）、6號橡膠塞1個、試管（1.5×10cm）1支、30cm粗銅絲1根、火柴1盒、鐵夾、十字夾、鐵架臺各1個、脫脂棉若干

高錳酸鉀晶體、鋅粒、稀硫酸、濃鹽酸、堿石灰、蒸餾水

4 儀器加工

取1根30cm的粗銅絲，用鐵鉗制成一個試管掛架，掛架的上端穿過一個6號橡膠塞（如圖7所示）。

6 實驗方法及其現象6.1 在空氣中點燃氫氣

取1支小試管（1.5×10cm），加入3g左右的鋅粒后，注入4mL左右的稀硫酸；在試管口堵上少量的脫脂棉，塞上帶有玻璃尖嘴的橡膠塞，檢驗氫氣的純度后，用火柴點燃氫氣，可觀察到氫氣燃燒（2H2+O2

點燃=2H2O），并發出淡藍色火焰（如圖9所示）；將點燃氫氣的試管小心地放在試管掛架上（如圖10所示）。

6.2 將燃燒的氫氣放入三頸瓶內

將掛有試管的試管掛架放入三頸瓶內，并將掛架上的橡膠塞緊緊塞在三頸瓶的瓶口，此時可觀察到氫氣在三頸瓶內繼續燃燒，仍然發出淡藍色火焰。

6.3 向三頸瓶注入濃鹽酸

7 幾點說明

7.1 三頸瓶的來源

若實驗室沒有直口厚壁三頸瓶，可到玻璃儀器商店購買，其中5000/24，40，24；3000/24，29，24；2000/24，29，24；1000/24，24，24等各種型號市場有售。

7.2 容器大的原因

三頸瓶的體積越大，瓶內的空氣越充足，與氯氣反應之前氫氣燃燒的火焰越不容易熄滅，從而保證實驗的順利進行。

7.3 迅速加酸的目的

向三頸瓶內注入濃鹽酸要迅速，以防三頸瓶內的氧氣耗盡，造成氫氣燃燒的火焰熄滅，使實驗失敗。

7.4 吸收廢氣的原理

堿石灰用來吸收氯氣、氯化氫氣體及其鹽酸的酸霧，其反應分別為：2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+ H2O、NaOH+HCl=NaCl+H2O。

7.5 脫脂棉的作用

試管口的脫脂棉可以起到緩沖氫氣流的作用，使氫氣更加平穩地燃燒。

8 實驗優點

8.1 裝置簡單

實驗裝置中只用了三頸瓶、干燥管、一次性注射器、試管和玻璃尖嘴等就完全可以代替常規實驗方法的氫氣、氯氣制取以及氫氣在氯氣中燃燒等諸多裝置，充分體現了設計實驗的簡易性原則。

8.2 構思巧妙

將三頸瓶、干燥管、一次性注射器、試管和玻璃尖嘴等材料結合到了一起，完成了氫氣、氯氣制取以及氫氣在氯氣中燃燒的一體化設計，解決了原實驗方法各實驗裝置安裝的繁瑣問題，充分體現了創新理念。

8.3 操作方便

由于制取氫氣、點燃氫氣簡單易行，制取氯氣只需向三頸瓶內注入濃鹽酸即可生成氯氣，使實驗操作簡單、方便。

8.4 避免污染

現行化學教材中傳統的實驗方法在制取氯氣、氫氣在氯氣中燃燒等都不可避免地使氯氣、氯化氫氣體外逸，造成不同程度的空氣污染，影響師生健康。改進后的裝置，由于氫氣、氯氣的制備以及氫氣在氯氣中燃燒，都在同一個封閉的三頸瓶內進行，很好地解決了污染問題，充分體現了實驗的綠色化原則，潛移默化地培養了學生的環保意識。

裝置制成以后可以長期保存在實驗室，隨用隨取。既可用于教師演示實驗，又可用于學生分組實驗。

8.5 培養創新

通過對實驗裝置的設計與實驗的實施可以使學生充分體會到與傳統實驗方法的不同，通過對比找出改進后實驗裝置的優點以及傳統方法的缺點，從而調動學生創新的能動性，培養學生的創新精神，為社會培養創新型人才夯實基礎。

參考文獻：

[1]人民教育出版社化學室編著.全日制普通高級中學教科書（必修）·化學（第一冊）[M].北京：人民教育出版社，2003：65.

[2]王偉有.氫氣在氯氣中燃燒實驗改進[J].化學教學，2003，（5）：6.

[3]劉洪運.氫氣在氯氣中燃燒實驗的改進[J].教學儀器與實驗，2006，（10）：44～45.

[4]唐旭梅，鮑正榮，黃治香，張娟.氫氣在氯氣中燃燒實驗綠色改進[J].科技信息，2010，（32）：119.