銅在氯氣中燃燒實驗一體化綠色化設計

孫志君

摘要：銅在氯氣中燃燒實驗在實際教學過程中存在一些不足，文章分析介紹了已有改進方法并提出創新設計思路，詳細介紹改進后的實驗裝置及實驗方法，實驗可操作性強、現象明顯、安全性高，簡化了氯氣制備及其實驗過程，實現氯氣制備實驗與性質實驗的一體化綠色化設計。

關鍵詞：銅;氯氣;燃燒;一體化;綠色化

文章編號：1008-0546（ 2019） 07-0094-02

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.07.029

一、問題的提出

在現行教材中，銅與氯氣反應實驗是一個重要的演示實驗。教材中介紹的實驗方法雖然現象明顯，能達到實驗目的，但在實際操作過程中存在一些不足：1.需要先組裝一套復雜的氯氣制備裝置，提前制備氯氣，在氯氣制備及收集過程容易造成氯氣外逸，污染環境;2.事先在集氣瓶中收集氯氣并加蓋玻璃片儲存仍易造成氯氣外泄致使集氣瓶中氯氣的量不足造成實驗現象不明顯;3.實驗過程中需要先加熱銅絲再伸入集氣瓶中，易造成刺激性氣味的氯氣逸出污染空氣，且銅絲加熱溫度不夠高也易造成實驗失敗;4.實驗結束后清洗儀器時仍存在未反應的氯氣擴散。這些不足使學生教師對氯氣實驗產生畏懼感，特別是實驗教師，實驗結束經常身體不適。為實現較好的實驗效果且不污染環境影響師生健康，筆者對銅在氯氣中的燃燒實驗進行了一體化綠色化改進，既可克服教材中實驗的缺點，又能收到較好的實驗效果。

二、實驗研究

1.研究現狀

通過查閱相關文獻，筆者發現該實驗已有研究者進行過改進。

劉濤老師[1]使用抽濾瓶作為一體化實驗裝置，如圖l所示，用注射器添加液體藥品，對實驗進行了改進，實驗裝置大大簡化，但鐵絲先加熱再伸入抽濾瓶中存在一定局限，鐵絲無法長時間保持紅熱狀態，影響實驗效果。

王培明老師[2]在蒸餾瓶內對本實驗進行較好改進，整個實驗在封閉空間內進行，避免了氯氣的外泄，裝置如圖2所示，但該實驗需將小試管固定于蒸餾瓶內部，組裝時存在一定難度;且將銅絲置于蒸餾瓶底部用酒精燈直接加熱，易造成燒瓶破裂。

李耀軍老師[3]再次改進銅絲加熱方式，裝置如圖3所示，通過通電加熱銅絲，加熱方式環保無潛在風險，裝置簡易，操作易行，但整體實驗在封閉的青霉素瓶中進行，空間較小，不利于觀察實驗現象。

2.實驗改進思路

縱觀上述改進實驗，一線教師們做了許多創新又實用的研究，為后續實驗改進提供了寶貴的學習思路和借鑒方向。但筆者發現有些改進后的實驗裝置仍然較復雜，操作并不簡單，且存在一定潛在危險;有些改進后的裝置空間太小，不利于演示時學生清楚的觀察實驗現象。筆者希望經過改進后的裝置可以清楚地讓學生觀察到實驗現象，達到教學效果;同時又要裝置簡單，能集氯氣制備、儲存、反應和產物驗證于一體，便于教師操作。

三、實驗探究

1.實驗用品

球形分液漏斗（50mL）I個，集氣瓶（250mL）1個，橡膠塞1個，XH- RB3825小型高溫加熱棒（3.8×25mm）l根，銅絲1根，橡膠管2根，直角玻璃導管2根，普通漏斗（60mL）1個，燒杯（250mL）1個，J1202高中學生電源1個，電線2根，鱷魚夾2個。

濃鹽酸，氯酸鉀，Imol/L氫氧化鈉溶液。

2.實驗裝置

如圖4、圖5所示。

3.組裝裝置

（1）固定銅絲

加熱棒結構如圖6所示，取銅絲用砂紙稍作打磨后彎曲成螺旋狀纏繞在加熱棒發熱區。

（2）組裝橡膠塞

在橡膠塞上打三個小孔，將加熱棒支撐區固定于橡膠塞中央，纏繞的銅絲置于橡膠塞下方位置，引線置于橡膠塞上方便于連接電源的位置，兩邊再分別裝上直角玻璃導管及球形分液漏斗（如圖7所示）。

4.操作方法及現象

（1）在集氣瓶底部加入1藥匙（約1.2g）氯酸鉀，固定好組裝后的橡膠塞。

（2）兩根電線的一端分別連接鱷魚夾，另一端連接加熱棒引線;高中學生電源開關關閉，輸出電壓調至交流16V，正負極分別連接鱷魚夾。

（3）大燒杯中加入少量Imol/L氫氧化鈉溶液，用橡膠管連接直角玻璃導管與普通漏斗，使普通漏斗倒置于氫氧化鈉溶液上方。

（4）分液漏斗中加入2滴管（約2mL）濃鹽酸。打開分液漏斗開關，濃鹽酸立即與氯酸鉀反應生成氯氣（KCl03+6HCl= KCl+3Cl2↑+3H2O），集氣瓶中可觀察到黃綠色氯氣產生，濃鹽酸加完后關閉分液漏斗開關。

（5）待黃綠色氣體充滿集氣瓶后，打開學生電源開關，加熱棒發熱區加熱銅絲，2-5秒后可觀察到銅在氯氣中劇烈燃燒（Cu+CI2 點燃 uCl2），

（6）產生棕黃色的煙，此時斷開學生電源開關。

（7）反應結束后往分液漏斗中加入約20mL氫氧化鈉溶液，打開分液漏斗開關，氫氧化鈉與燃燒產物反應生成藍色沉淀。

5.本實驗優點

（1）整個實驗在封閉環境中進行，倒置的漏斗可防倒吸并調節集氣瓶內外壓，燒杯中的氫氧化鈉溶液可吸收未反應完的氯氣，多余的氯氣不外逸，對周圍環境無污染，符合綠色化學理念。

（2）裝置簡單，無需提前制備氯氣，實現氯氣制備實驗與性質實驗一體化，操作方便。

（3）實驗利用小型高溫加熱棒快速加熱，加熱區位于集氣瓶內部，不會誤碰燙傷，并且加熱效果好，很快觀察到棕黃色煙生成，不會出現原實驗中用酒精燈加熱銅絲再轉移至集氣瓶中，溫度降低難以點燃的情況，有利于提高課堂演示實驗成功率，節約教學時間，提高教學效果。

（4）實驗現象明顯，能清楚地觀察到氯氣的黃綠色，清楚地看到加熱后的銅絲在氯氣中劇烈燃燒產生棕黃色濃煙的現象，將銅絲換成鐵絲也可完成鐵與氯氣反應的拓展實驗。

（5）實驗藥品用量少、可操作性強、重復性高、安全可靠，適用于課堂演示，有條件的學校也可人手一套進行學生實驗。

（6）反應產物檢驗方便，可以通過分液漏斗添加藥品檢驗產物，增加了實驗現象和結論的說服力。

6.注意事項

（1）使用氯酸鉀粉末效果更佳。

（2）組裝橡膠塞時加熱棒加熱區盡量遠離橡膠塞。

（3）濃鹽酸加完后立即關閉分液漏斗開關，避免氯氣逸出。

（4）待氯氣充滿集氣瓶后再打開電源開關，實驗效果更佳。

參考文獻

[1]劉濤，鐵與銅在氯氣中燃燒實驗的改進[J]實驗教學與儀器，2014（6）：27

[2]王培明，齊俊林.銅在氯氣中燃燒實驗的新設計[J].化學教學，2013（10）：50-51

[3]李耀軍，銅在氯氣中燃燒實驗的創新設計[J].化學教與學，2017（6）：93