氯氣制備與性質(zhì)的學生實驗設計

劉玉榮 秦珍珍

摘要：運用保鮮膜和調(diào)色盤等材料設計實驗，選用生活用品“84消毒液”和“潔廁靈”制取氯氣，采用蘸有試劑的濾紙增加接觸面積，可以同步完成氯氣的氧化性、氯水的酸性和漂白性以及氯離子的檢驗等實驗。該設計綠色環(huán)保，現(xiàn)象明顯，十分適合學生自主實驗。

關(guān)鍵詞：學生實驗;調(diào)色盤;保鮮膜

文章編號：1008-0546（2019）02-0090-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

一、問題的提出

Cl₂的制備和性質(zhì)實驗是高中階段化學教學中的重要實驗，在國內(nèi)各版本教材中均有涉及，但由于C12具有一定的毒性，在制備過程中稍有不慎極易造成泄漏，所以目前很多教師用實驗視頻取代課堂演示實驗，學生自主實驗則更難實現(xiàn)。針對實際教學中氯氣實驗存在的問題，相關(guān)學者和教師對其進行了改進，并取得了較多的成果。最新的研究成果如下，王文娟、魏銳、于成玉[1]用自封袋和塑料點滴板設計了一個密閉裝置，很好地完成了氯氣的制備與性質(zhì)實驗，但該實驗由于點滴板孔數(shù)的限制，需要分兩次才能完成性質(zhì)實驗;王秀榮[2]的實驗集微型化和綜合性于一體，整體設計思路巧妙，但整個裝置作為學生自主實驗就略微顯得有些繁瑣，且未涉及氯離子的檢驗，尾氣處理裝置容易發(fā)生倒吸。因此，基于以上優(yōu)缺點的分析，可進一步優(yōu)下匕查合學生自主操作的實驗方案。

我國新頒布的《普通高中化學課程標準（2017版）》[3]強調(diào)化學實驗的獨特價值，盡可能多地為學生提供動手做實驗的機會，鼓勵教師設計綠色化實驗，開展微型實驗，并且可采取替代品進行實驗。所以，本實驗從綠色化和微型化的角度出發(fā)，利用保鮮膜和調(diào)色盤進行實驗設計和改進，改變以往有關(guān)Cl₂的教學實驗停留在教師講解或者實驗視頻層面，使學生自主進行實驗探究，在真情境中感受Cl₂的性質(zhì)。

二，Cl₂的制備與性質(zhì)綜合實驗設計

本次設計以“84”消毒液和潔廁靈作為反應物，使用調(diào)色盤和保鮮膜作為實驗裝置，Cl₂等距離地擴散到濾紙上，濾紙顯色反應明顯，學生能進行自主操作。

1.制備實驗試劑的選取

實驗室制備Cl₂通常采用二氧化錳固體和濃鹽酸在加熱條件下反應，也可用高錳酸鉀固體與濃鹽酸、氯酸鉀固體與濃鹽酸快速制取Cl₂，都比較適合演示實驗，但不適合進行學生自主實驗。本實驗為了進一步凸顯趣味性和生活化，選擇生活中常見的"84消毒液”（主要成分是次氯酸鈉）和“潔廁靈”（主要成分是鹽酸）制取Cl₂，原料易得，不需加熱，反應速度快，現(xiàn)象明顯。

2.實驗用品及說明

實驗藥品：“84”消毒液、潔廁靈、氫氧化鈉等。

實驗儀器：透明調(diào)色盤、保鮮膜、10mL注射器（帶針頭）、濾紙、透明膠帶。

（1）如圖1，根據(jù)調(diào)色盤容量的不同，整個反應選取“84消毒液”和“潔廁靈”試劑的量也不同，市售調(diào)色盤的直徑有13cm、17cm、19cm幾種類型，分為白色盤和透明盤兩種，本實驗采用直徑為13cm的透明調(diào)色盤，有7個分別獨立的凹槽，中間的圓形凹槽作為反應容器，產(chǎn)生的Cl₂等距離地擴散到其它6個凹槽處。為了方便觀察產(chǎn)生的AgCl白色沉淀，可將調(diào)色盤放在黑色背景下。

（2）本實驗中采用濾紙作為載體，將濾紙放在調(diào)色盤中，再滴加相應的溶液。

（3）用保鮮膜將調(diào)色盤密封。

（4）選用10mL的注射器向中間的圓形凹槽依次加入5mL的“84”消毒液和潔廁靈，然后采用透明膠帶將針孔密封。

3.性質(zhì)實驗試劑選取探究

Cl₂的性質(zhì)實驗探究包括氯氣的氧化性、氯水的酸性和漂白性以及氯離子的檢驗，為了學生自主實驗的現(xiàn)象更加明顯，耗時更少，本文對性質(zhì)實驗試劑的選取進行了探究。“Cl₂的氧化性”一般選用“FeSO₄溶液和KSCN溶液”、“NaBr溶液”、“KI溶液”、“淀粉-KI試紙”;驗證“氯水的漂白性”一般選用“品紅溶液”、“鮮花”、“紅色紙條”、“紅色布條”;驗證“氯水顯酸性”一般選用“滴有酚酞的NaOH溶液，“pH試紙”、“石蕊溶液”;而“氯離子的檢驗”方法比較唯一，選取“滴有稀HNO₃的AgNO₃溶液”進行反應。其中①②③④號為飽和溶液，⑤號品紅溶液對其進行稀釋后濃度為0.005%，⑩號選用的是鮮花，11號石蕊的濃度為0.5%，14號NaOH溶液的濃度為1mol/L，15號AgNO₃的濃度為2mol/L。相關(guān)實驗結(jié)果見表1。

分析表1的實驗數(shù)據(jù)可知，氯氣的氧化性實驗現(xiàn)象均比較明顯，說明C12具有很強的氧化性，在組織學生實驗過程中可任意選擇相關(guān)試劑。氯水的漂白性實驗中，有些試劑現(xiàn)象并不明顯，如紅布條、紅紙條，這可能和所選物品的材質(zhì)有關(guān)，在學生實驗中建議選擇濃度較小的品紅溶液，且可選取鮮花增加實驗的趣味性。氯水的酸性實驗中，選用的pH試紙出現(xiàn)的顏色變化并不明顯，學生可能較難辨識，而滴有酚酞的NaOH溶液現(xiàn)象非常明顯，適合學生實驗操作，其中石蕊溶液并未先變紅后褪色，而是直接褪色，實驗出現(xiàn)反常現(xiàn)象，可以激發(fā)學生的思考。氯離子的檢驗選用滴有稀HNO₃的AgNO₃溶液現(xiàn)象也較明顯，可進行學生自主實驗。

4.氯氣制備與性質(zhì)的學生實驗設計

實驗藥品：“84”消毒液、潔廁靈、氫氧化鈉溶液、淀粉-碘化鉀溶液、品紅溶液、酚酞溶液、石蕊溶液、硝酸銀溶液、稀硝酸溶液、黃色小野花（鮮花）。

實驗儀器：透明調(diào)色盤、保鮮膜、10mL注射器（帶針頭）、濾紙、透明膠帶。

實驗步驟：

（1）向潔凈的調(diào)色盤中分別放入淀粉一KI溶液+濾紙、品紅溶液+濾紙、黃色小野花（鮮花）AgNO₃溶液+稀HNO₃溶液、石蕊溶液+濾紙、NaOH-酚酞溶液+濾紙，用保鮮膜將調(diào)色盤密封好。

（2）用10mL注射器依次吸取5mL的“84”消毒液和潔廁靈，加入調(diào)色盤的圓形凹槽中，立刻可以看到有黃綠色氣體產(chǎn)生，然后用透明膠帶將針孔密封。

（3）實驗結(jié)束后用注射器吸取10mL飽和NaOH溶液注入調(diào)色盤的圓形凹槽中，晃動調(diào)色盤，使其充分反應，靜置一段時間，直至Cl₂被完全處理，再打開密封裝置，進行儀器的清洗。

實驗現(xiàn)象如圖2所示。本實驗除Cl₂與金屬反應的相關(guān)實驗無法進行外，以上所選試劑能較全面地完成Cl₂的性質(zhì)實驗，且用時較短，沒有污染。其中石蕊試劑為何沒有出現(xiàn)預期的紅色，分析原因應為石蕊的量太少，氯水與石蕊接觸時，其中的HClO先與石蕊發(fā)生氧化還原反應使其褪色，若還有剩余石蕊才和鹽酸反應顯紅色[4]。

四、小結(jié)

本次實驗設計符合化學實驗的綠色化和微型化要求，且具有生活化，操作簡單，材料易得，便于學生自主實驗。同時，該裝置還可用于不需加熱的氣體制備和性質(zhì)實驗，尤其是有毒氣體，如SO₂、H₂S等。

參考文獻

[1]王文娟，魏銳，于成玉.基于自封袋和塑料點滴板的氯氣性質(zhì)實驗設計[J].北學教育，2017，38（17）：60-63

[2]王秀榮.氯氣的制備與性質(zhì)綜合實驗設計[J7北學教育，2018，39（1）：72-74

[3]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：72-73

[4]黃干如，蘇勝保.氯氣能使?jié)駶櫟氖镌嚰堊兗t嗎[J].化學教學，1999（8）：28