氯氣系列實驗的改進及其在教學中的應用

屈春蕓

摘要：以“威猛先生”和“84”消毒液為原料，利用常見的儀器、試劑和用品，設計改進實驗，完成氯氣的制備與儲存、氯氣性質實驗、氯水性質實驗等3個系列實驗，并探索改進實驗在元素化合物復習課中的應用。

關鍵詞：氯氣;改進實驗;教學應用

文章編號：1008-0546（2018）12-0090-03中圖分類號：G633.8文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.030

一、改進實驗的緣起

氯作為非金屬元素的典型代表，需要掌握的知識點多，與化學原理以及工業生產實際關聯度廣，對學生學習其它元素化合物的興趣、方法有重要的影響。但是氯氣是有毒氣體，氯氣的實驗往往涉及制備、儲存、性質實驗、尾氣處理等，裝置比較復雜;不少改進實驗也存在裝置復雜或集成度過高的問題。所謂集成度過高指的是產生氯氣的同時，氯氣的各種性質實驗幾乎一次性同時完成，不利于學生認識實驗，理解知識。這些因素都在一定程度上降低了在教學中實施實驗的可能性。

實際上，正是因為與生活和生產實際關聯度高，元素化合物部分有大量的實驗資源可供開發。篩選一些具有探究性的問題，利用常見試劑、器材或生活用品，將一些低成本、高效益、深探究的簡易微型實驗融入復習課還是具有可行性的，而且理論探究與實驗探究相配合的課堂形式也符合高三學生的知識水平和思維水平，能調動學生積極參與學習的熱情，也有利于改善高三復習課“羅列知識點、講題、做題”的套路，提升學生的思維能力和科學素養，提高復習課的效益。

因此，本實驗改進的目標為：設計簡單易行、安全無污染、可控制度高、富有探究性和思辨性的實驗，使學生深入理解氯氣的制備原理，掌握氯氣的主要化學性質，并培養學生關注生活現象，用化學的視角去看待生活的科學素養，培養學生發現問題，設計實驗解決問題，并最終形成認識和表達觀點的能力。

具體而言，我們將以常見生活用品“威猛先生”和“84”消毒液為原料，通過簡單的實驗裝置，完成氯氣的制備和儲存、氯氣的性質系列實驗、氯水的性質系列實驗這三方面內容，開發出適合高三一輪復習課使用的微型探究實驗。

二、實驗方案設計

1.實驗儀器

鐵架臺（帶鐵夾）、塑料飲料瓶（1個）、單孔塞（1個）、玻璃導管（1支）、尖嘴玻璃管（1支）、乳膠管（帶玻璃珠）、注射器（20mL，2支）、點滴板（2個）、玻璃片（1個）。

2.實驗藥品

“威猛先生”、“84”消毒液、碘水、淀粉溶液、溴水、氯化亞鐵溶液、硫氰化鉀溶液、亞硫酸鈉溶液、氯化鋇溶液、稀鹽酸、氫氧化鈉溶液、淀粉碘化鉀試紙、紫色石蕊試紙、pH試紙。

3.實驗裝置

4.關鍵實驗步驟和現象

（1）組裝儀器：按照圖1組裝實驗儀器，注意塑料瓶要稍微擠壓變扁一些，并檢驗裝置氣密性。

（2）制備并存儲氯氣：在塑料瓶中加入30mL“威猛先生”，注射器中吸取15mL“84”消毒液，擠壓注射器，將“84”消毒液注入塑料瓶中。發現塑料瓶中立即產生大量氣泡，塑料瓶鼓起，完成氯氣的制備與儲存。

（3）氯氣的性質實驗：取下裝置，手持塑料瓶，此時裝置化身為“氯氣噴槍”，一手擠壓塑料瓶，一手擠壓乳膠管中的玻璃珠，將產生的氯氣由尖嘴導管注入點滴板的溶液中（如圖2），點滴板上的溶液分布如圖5（1號孔：2滴Na2SO3溶液，2號孔：1滴KI溶液+1滴淀粉溶液，3號孔：2滴NaBr溶液，4號孔：1滴FeCl2+1滴KSCN溶液），觀察。

現象：1號孔加氯化鋇溶液產生白色沉淀，加入稀鹽酸沉淀不消失，2號孔溶液變藍，3號孔溶液變黃，4號孔溶液出現血紅色，若通氯氣的時間稍長一些，可見血紅色消失，再滴加硫氰化鉀溶液，出現更深的血紅色。

（4）氯水的性質實驗：倒置裝置（如圖3），將產生的氯水分別滴入點滴板上的溶液（同上一步）中，觀察。（現象：基本同上一步。）

（5）氯水性質再探究：倒置裝置，將產生的氯水分別滴入3種不同的試紙上（如圖4），觀察。（現象：三種試紙上均形成色環，色環中間均被漂白。）

（6）尾氣處理：更換注射器，在塑料瓶中注入10mL氫氧化鈉溶液，除去多余的氯氣。（現象：瓶中氣體的淺黃綠色消失，瓶子變癟。）

三、實驗的創新之處

1.現象明顯，可重現度高。原料來自生活中常見商品，廉價易得且性質穩定，故實驗現象明顯、穩定。

2.簡單易行。采用正向放置做氣體實驗、倒置進行溶液滴定操作的方式，一器兩用，裝置簡單，操作方便。

3.微量簡約。各種試劑每次只要1～2滴，既可演示，也可分組實驗，大大減少了實驗準備工作量，也大大增加了在高三課堂上引入實驗的可行性。

4.可控性集成。涵蓋①氯氣的制備、儲存、尾氣處理;②氯氣的性質;③氯水的性質。知識點集成度高。在教學過程中，可以隨意停留在三個實驗環節中的任意一步展開探究性學習。

5.可推廣度高。可以推廣到兩種液體（濃氫氧化鈉和氯化銨溶液反應）混合制取氣體或者固體和液體反應產生氣體的反應（如銅絲和硝酸的反應）。

四、基于改進實驗，復習氯及其化合物的教學設計

環節1：以“神秘禮物”引導學生從科學的角度看待生活。

[問題情境]請學生觀察塑料瓶中的藍色溶液（如圖1），猜測其成分。

[探究實驗]提供玻璃片，上面固定有三種試紙，淀粉碘化鉀試紙、pH試紙、紫色石蕊試紙，請學生用注射器抽取少量溶液，點在每種試紙上，觀察變化。

設計意圖：生活化的取材讓學生真切地感受到化學對生活的影響，有利于學生樹立正確的化學價值觀;引導學生根據簡單基本的原理，學會從科學的眼光看待生活中的物質和現象，有利于提高學生的科學素養。

[教師]實驗顯示該溶液具有酸性，不具有氧化性，該藍色溶液就是生活中常見的“威猛先生”。展示“威猛先生”及瓶身上的說明書（圖6）并設計問題串。

環節2：以問題串引導學生從氧化還原反應的角度認識氯氣的產生原理。

[問題1]“威猛先生”中的無機酸通常是鹽酸，使用注意事項特別說明在使用的時候切勿與漂白劑一同使用，會產生有害氣體，是這樣嗎？

[探究實驗]學生分組實驗：抽取15mL“84”消毒液（主要成分NaClO溶液），注入塑料瓶中，觀察。

[問題2]產生大量有害氣體的原理是什么？

[問題3]請歸納：制取氯氣的原理是什么？

[師生歸納]氯氣的制備原理：①用強氧化劑如MnO2、KMnO4、K2Cr2O7、KClO3、NaClO等氧化Cl-;②通電氧化氯離子（即氯堿工業）。

設計意圖：由“威猛先生”拿出來的時候學生的興奮感就可以感受到來自于常見生活資源的實驗的魅力。問題串始于生活經驗（“威猛先生”使用注意事項），但經過引申和歸納，學生從本質上理解了氯氣的制備原理，而不僅僅囿于教材的方程式。從生活或生產現象追尋原理的過程，也正是學生信息處理能力和科學品質形成的過程。

環節3：以預測與實證相結合的形式使學生認識氯氣的性質。

[探究實驗]采用學生分組實驗的形式。提供：FeCl2溶液、KSCN溶液、Na2SO3溶液、BaCl2溶液、KI溶液、CCl4、NaOH溶液、稀鹽酸溶液、淀粉溶液等，請選擇你認為可以和氯氣發生反應的試劑，預計該試劑與氯氣反應的實驗現象，設計實驗步驟，合作完成實驗。（提示：實驗過程中液體試劑只要取1-2滴滴加在點滴板孔穴中，然后將氯氣注入所選取的溶液中。）

請學生交流討論實驗現象和結論，歸納氯氣的性質。

設計意圖：針對問題提出假設，設計方案，并通過實踐完善方案最終形成認識，然后以文字的形式把過程記錄下來，充分考驗了學生思維的邏輯性和表達的嚴密性。在此過程中，氯氣的性質、離子檢驗、萃取等基本知識的應用也都得以體現。

環節4：以同中有異的實驗現象引導學生進行氯氣性質的再認識。

[探究實驗]將氯水在三種試紙上各點一滴，觀察，思考。

[問題]三種試紙的中間部分都褪色了（圖4），原理一樣嗎？

[討論歸納]石蕊試紙和pH試紙褪色體現了氯水的漂白性，但淀粉碘化鉀試紙褪色是因為氯氣把碘單質氧化為更高的價態，是氯水強氧化性的體現。（5Cl2+I2+6H2O=10HCl+2HIO3）

設計意圖：三種試紙的褪色，同中有異，能辨識出這一點并從實驗的角度進行確證，對學生的思辨能力要求比較高，也讓學生對氯氣的性質和氧化還原理論認識更加深入。

環節5：尾氣處理

[問題討論]氯氣尾氣如何處理？體現什么化學原理？

設計意圖：其一讓學生對氣體的性質實驗（含氣體的產生、儲存、性質、尾氣處理等）有一個整體性的認識，并滲透綠色化學思想;其二通過對比ClO-+Cl-+2H+=Cl2↑+H2O和Cl2+2OH-=ClO-+Cl-+H2O，讓學生理解不同酸堿性下的離子共存問題。

本實驗改進和教學最大的一個特點就是以“威猛先生”和“84”消毒液為中心，利用常見用品，將氯及其化合物通過一系列的實驗關聯起來，貫穿整個課堂教學的始終，從而讓學生對氯及化合物的性質有一個比較系統而全面的認識，這是實驗高度集成化的一個表現。另外，比較高的可控制度是該實驗設計的一大特點，也為本節課可以設計為多個探究環節讓學生充分展開學習提供了前提條件。

基于常見資源，開發低成本、高探究的實驗，在一定程度上改變元素化合物部分的復習模式，彰顯學科特色，提高課堂效益，這也是本節課設計并實施之后的另一感悟。

參考文獻

[1]? 趙曉智，陳振娣，衷明華.適合學生操作的氯氣制備及其性質的微型實驗裝置[J].江西化工，2014（1）：226-227

[2]? 黃啟榮，王發應.氯氣性質實驗的改進[J].中國教育技術裝備，2016（1）：129-130

[3]? 于永民，朱建兵，孫海龍.氯氣的制備及其性質實驗的微量化設計[J].化學教學，2013（5）：40-41

[4]? 包朝龍.寧波市高中化學創新實驗作品薈萃[J].化學教學，2014（11）：44-47