氫氣在氯氣中燃燒演示實驗的創新設計

張志明

摘要：以實驗安全、清潔為化學實驗教學的核心理念，對現行教材中氫氣在氯氣中燃燒的演示實驗存在的問題進行了實驗探究和改進。改進后氫氣在氯氣中燃燒實驗在全封閉的實驗裝置中進行，克服了教材上存在的實驗缺陷，取得了良好的實驗效果。

關鍵詞：氫氣在氯氣中燃燒；演示實驗；創新設計；實驗改進

文章編號：1005–6629（2017）6–0071–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 教材上的實驗及其存在的問題

在高中、職業高中、中專的化學教科書中，通常有氫氣在氯氣中燃燒實驗的課堂演示實驗，該實驗反映了工業上制取（合成）鹽酸的原理。

人民教育出版社新課程標準高中《化學必修1》第四章第二節——富集在海水中的元素——氯實驗4-3中，對該實驗的描述如圖1所示：

在做該實驗的具體過程中，發現雖然具有實驗裝置簡單、燃燒現象明顯、實驗操作方便等優點，但也存在明顯的缺陷：氫氣在氯氣中燃燒實驗是在敞開的實驗裝置中進行，當點燃的氫氣（H2）伸入到盛有氯氣（Cl2）的集氣瓶中時，因氣體受熱膨脹造成一部分氯氣（Cl2）彌散到空氣中，形成氯氣濃度的下降，致使發生燃燒的時間比較短，燃燒現象也不夠穩定，燃燒時產生的蒼白色火焰較難持續不利于學生觀察。每次做完演示實驗后，有毒、具有強烈刺激氣味的氯氣（Cl2）和產生的氯化氫（HCl）氣體都會伴隨大量煙霧彌散在空氣中，造成教室環境污染，不僅不利于學生環保意識的養成，還存在一定的安全隱患。這就是很多教師不愿意做這個實驗的真正原因。

2 氫氣在氯氣中燃燒演示實驗的改進

2.1 實驗改進優化設計

針對教材上該實驗存在的缺陷，筆者結合多年的經驗，以及查閱了有關氫氣在氯氣中燃燒實驗改進方法的文獻[1～3]，對該實驗裝置進行了改進。改進后的實驗與教材（如圖1所示）相比較，克服了教材上氫氣在氯氣中燃燒實驗存在的缺陷，具有操作安全，燃燒現象明顯、實驗裝置基本符合綠色化學觀念等優點。本實驗探究從改進教科書上的演示實驗著手，提高學生的創新意識和實踐能力，同時，促使學生樹立綠色化學思想，形成學生的環保意識及創新思維[4，5]。

2.2 改進后的實驗裝置

實驗改進后，裝置形成一個全封閉的系統，演示實驗在全封閉的系統中進行。實驗裝置如圖2所示，A是氫氣和氯氣的燃燒室（即氯化氫的合成室）；B是用水吸收氯化氫氣體形成鹽酸溶液的裝置，用水吸收氯化氫氣體產生的鹽酸，可以回收利用；C是處理酸霧的尾氣吸收裝置，用10%的氫氧化鈉溶液吸收B中氯化氫氣體溶解于水時逸出的酸霧。

2.3 實驗儀器和藥品

儀器：雙向硬質玻璃管、玻璃導管、單孔塞、雙孔塞、酒精燈、集氣瓶、500mL燒杯、漏斗、鐵架臺、內外雙套尖嘴導管

試劑：稀硫酸溶液、鋅粒、二氧化錳、濃鹽酸、10%的氫氧化鈉溶液、藍色石蕊試紙（石蕊試液）、硝酸銀溶液、稀硝酸

2.4 實驗操作步驟及實驗現象

（1）按圖2連接好儀器裝置，檢查裝置的氣密性。

（5）實驗終止時，先停止通入氯氣，促使氯氣盡量耗盡，避免對空氣造成污染，再停止通入氫氣。

3 實驗改進后的優點

（1）改進后的實驗裝置，實驗自開始到完成的整個過程，都是在封閉的實驗裝置系統中進行，避免了有毒、具有強烈刺激氣味的氯氣和燃燒產生的氯化氫氣體造成的教室環境污染。

（2）改進后的實驗裝置與教材中氫氣在氯氣中燃燒的實驗相比較，更近似于化學工業合成鹽酸的模擬實驗。通過實驗過程與生產實際相聯系，為學生搭建解決工農業生產實際問題的思路和方法。

（3）改進后的實驗裝置，提高了課堂演示實驗的安全性，使氫氣在氯氣中燃燒時產生蒼白色的火焰現象更加清晰、明顯，燃燒的持續時間更長。

（4）改進后的實驗裝置，也可以用于其它氣體的燃燒實驗，如做氨氣在氧氣中的燃燒實驗、乙炔在氧氣中的燃燒實驗、硫化氫在氧氣中的燃燒實驗等。也可以用作二氧化硫氣體與硫化氫氣體發生反應、氨氣與氯化氫氣體發生反應等的實驗裝置。

（5）改進后的實驗裝置，從儀器的組裝、檢查氣密性、可燃氣體的純度檢驗及其點燃到吸收尾氣的處理裝置設計，都啟發學生如何分散、分解實驗任務的重點和難點、協調實驗操作，進而打破原有的習慣性思維框架，逐步學會應用化學學科的觀念來思考問題。

氫氣在氯氣中燃燒演示實驗的創新設計和改進，使學生養成嚴格遵守實驗操作規程進行實驗的良好習慣，增強了學生的安全意識。同時，促使學生在實驗過程中體驗到化學實驗的清潔化[6]，也是實現化學學科與化學工業發展的基本途徑[7]。它體現了由現實生活向化學學科知識回歸的教學理念，初步形成對應用化學反應原理來制造某種化工產品的認識，為學生搭建一個知識的遷移聯想、判斷思維、應用能力養成的訓練平臺，從而開拓學生的視野，為今后學習氧化還原反應原理、化學反應與能量的關系以及合成鹽酸工藝學做了鋪墊。

參考文獻：

[1]王建芬，齊俊林.氫氣在氯氣中燃燒實驗的新設計[J].化學教學，2015，（9）：52～54.

[2]侯立平，王培明，齊俊林.氫氣在氯氣中燃燒實驗的封閉式裝置[J].化學教學，2012，（11）：48～49.

[3]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.