選擇生活素材 巧做氯氣實(shí)驗(yàn)

葛蕊干

摘要：氯氣的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)課程中的重要部分。然而，氯氣的毒性和危害是學(xué)生親自進(jìn)行氯氣制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的最大障礙。教學(xué)中選擇生活常見的素材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)根據(jù)氯氣的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用化學(xué)史，開發(fā)出一套適合氯氣研究的實(shí)驗(yàn)裝置，大大降低了氯氣的危害程度。該裝置取材方便，現(xiàn)象明顯，安全環(huán)保，適合學(xué)生親自研究。

關(guān)鍵詞：氯氣;生活素材;化學(xué)史;實(shí)驗(yàn)

文章編號(hào)：1008-0546（ 2019） 07-0096-02

中圖分類號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2019.07.030

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》提出“化學(xué)實(shí)驗(yàn)有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，創(chuàng)設(shè)生動(dòng)活潑的教學(xué)情景，幫助學(xué)生理解和掌握化學(xué)知識(shí)與技能，啟迪學(xué)生的科學(xué)思維，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀[1]”。教學(xué)實(shí)踐表明，在化學(xué)教學(xué)中可以多方面多角度引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，常見方法有：一可以借鑒化學(xué)實(shí)驗(yàn)史，通過重現(xiàn)化學(xué)的某一段發(fā)展史，來幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)在學(xué)科發(fā)展中的重要作用;二可以讓學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)探究，尤其在教學(xué)重難點(diǎn)處，通過學(xué)生自主探究可以學(xué)習(xí)知識(shí)、深化認(rèn)識(shí);三還可以聯(lián)系與化學(xué)相關(guān)的社會(huì)實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)，嘗試解決這些實(shí)際問題。真實(shí)的問題情境會(huì)讓學(xué)生的研究欲望更強(qiáng)烈，實(shí)驗(yàn)過程既能夠解決一些問題，還可以服務(wù)于教學(xué)。

應(yīng)該說，在化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，廣大中學(xué)教師一直很關(guān)注實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究，特別是在對(duì)某些有毒氣體的教學(xué)中（氯氣、一氧化氮、二氧化氮等），希望能開發(fā)出在實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)條件等方面都適合中學(xué)生親自操作的裝置。雖然，氯氣的制備及其化學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)使用教材實(shí)驗(yàn)就可以很好地進(jìn)行演示，但是教材中氯氣的實(shí)驗(yàn)室制備裝置比較龐大，氯氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)密閉性不好，都不利于學(xué)生親自操作。筆者經(jīng)過思考和實(shí)踐，選擇生活中的常見物品，結(jié)合氯氣的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用化學(xué)史，開發(fā)出一套實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置取材方便，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，密閉性良好，適合學(xué)生親自研究。因此，筆者認(rèn)為該套裝置極具推廣價(jià)值。

一、實(shí)驗(yàn)用品

儀器：兩個(gè)空礦泉水瓶標(biāo)號(hào)分別為1、2（有蓋子）;一個(gè)礦泉水瓶蓋;一個(gè)長條紅紙;兩個(gè)50mL針筒;酒精燈。

藥品：威猛先生潔廁靈（約含5%鹽酸）;“84消毒液”（約含5%次氯酸鈉）;下端卷成螺旋狀的銅絲;一瓶收集在礦泉水瓶2中的干燥氯氣;10%氫氧化鈉。

二、實(shí)驗(yàn)裝置

如圖1-5所示。

三、實(shí)驗(yàn)步驟

1.化學(xué)史話l：1774年，由于冶金工業(yè)的需要，瑞士著名化學(xué)家舍勒（ Carl Wilhelm Scheele）開始致力于研究軟錳礦（主要成分是Mn02）。舍勒在研究過程中驚奇地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Mn02和濃鹽酸混合加熱時(shí)，很快就產(chǎn)生了一種黃綠色的氣體。但是受當(dāng)時(shí)研究條件和理論的影響，舍勒并不認(rèn)為自己發(fā)現(xiàn)了一種新物質(zhì)，由于這種氣體是從鹽酸中產(chǎn)生的，舍勒把它命名為“脫燃素鹽酸”。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)1：如圖1，向一個(gè)空的礦泉水瓶l中加入適量的潔廁靈（威猛先生，藍(lán)色），將其盡量捏扁，然后向其中加入適量84消毒液，及時(shí)擰緊瓶蓋觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖：歷史上，氯氣的發(fā)現(xiàn)是比較偶然的，生活中如果操作不當(dāng)，也有可能會(huì)偶然遇到氯氣。通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)1，可以清楚地看到氯氣的產(chǎn)生過程和氯氣的顏色，稍稍擰開一點(diǎn)瓶蓋，還可以聞到氯氣的氣味。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)2：拿出剛才的礦泉水瓶1，里面有現(xiàn)場制備的氯氣。如圖2，拿出一根銅絲，上端戳過另一個(gè)礦泉水瓶的蓋子，下端卷成螺旋狀，在酒精燈上燒成紅熱，迅速換掉原來的瓶蓋。明顯看到礦泉水瓶中產(chǎn)生棕黃色的煙，反應(yīng)結(jié)束后搖晃瓶子，溶液變成藍(lán)色。

設(shè)計(jì)意圖：蘇教版必修1中的氯氣和鐵絲、銅絲的反應(yīng)都是在集氣瓶中完成的，不夠安全環(huán)保。通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)2，在密封環(huán)境下完成該實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象非常明顯，實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)率很高，而且，該實(shí)驗(yàn)可以把剛才產(chǎn)生的氯氣反應(yīng)完，避免向環(huán)境中排放。

2.化學(xué)史話2：1784年，化學(xué)家貝托萊（Berthollet，ClaudeLouis，Comte）擔(dān)任政府染料廠的主管，當(dāng)時(shí)染料廠的傳統(tǒng)漂白辦法是暴曬，生產(chǎn)效率比較低。當(dāng)貝托萊聽說舍勒發(fā)現(xiàn)一種新的氣體，它的水溶液能使花朵、紙張等有色物質(zhì)褪色，就積極著手對(duì)其進(jìn)行研究。1785年貝托萊發(fā)現(xiàn)了該氣體的漂白作用，而且貝托萊發(fā)現(xiàn)真正具有漂白作用的物質(zhì)不是這種純凈的氣體，而是它的水溶液。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)3：如圖3，課前收集好一瓶干燥的氯氣（空的礦泉水瓶2），剪一條紅紙，擰緊瓶蓋。觀察有無褪色現(xiàn)象。如圖4，用一根帶針頭的針筒（50mL），從瓶蓋上向其中直接注射20mL蒸餾水，發(fā)現(xiàn)水流到的地方，紅紙褪色了。

設(shè)計(jì)意圖：干燥的氯氣沒有漂白作用，不能使紅紙褪色，但是針管注入水的紅紙的部分就能褪色，說明了次氯酸的漂白作用而不是氯氣的漂白作用，學(xué)生視覺對(duì)比強(qiáng)烈。

3.化學(xué)史話3：貝托萊提出把漂白作用應(yīng)用于生產(chǎn)。最初使用氯水來進(jìn)行染料漂白，但是由于該溶液會(huì)釋放出氯氣，因此，他改成用氯氣的堿溶液，這種溶液就被稱之為“貝托萊水”。1789年，英國化學(xué)家臺(tái)奈特（ Smithson Tennant）通過研究.用石灰乳代替氫氧化鉀，制備出漂白粉。漂白粉便宜而又有效，進(jìn)一步降低漂白成本。1810年，英國化學(xué)家戴維（ H.Davy）詳細(xì)研究了這種黃綠色氣體的性質(zhì)之后確認(rèn)：這種氣體是由一種元素組成的，他將其命名為“氯氣”。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)4：如圖5，拿出剛才使用過的礦泉水瓶2，再用一根帶針頭的針筒向其中注入較濃氫氧化鈉，發(fā)現(xiàn)瓶子繼續(xù)變癟，說明氫氧化鈉可以與氯氣反應(yīng)。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生實(shí)驗(yàn)3和4都是通過針筒注射的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，解決了密封性的問題，這種方法也可以推廣到其他有毒氣體實(shí)驗(yàn)中。另外，通過氫氧化鈉與氯氣的反應(yīng)，將本節(jié)課用到的氯氣都處理掉，綠色環(huán)保。

四、注意事項(xiàng)

潔廁靈和“84消毒液”有一定的腐蝕性，取用時(shí)需小心;氯氣是有毒氣體，盡量少吸人。建議本實(shí)驗(yàn)在通風(fēng)櫥內(nèi)完成。

五、結(jié)論與討論

1.蘇教版必修1中，實(shí)驗(yàn)室制備氯氣是使用二氧化錳和濃鹽酸在加熱條件下反應(yīng)，生成的氯氣通過排空氣法收集，用氫氧化鈉溶液吸收尾氣，實(shí)驗(yàn)裝置比較龐大。筆者設(shè)計(jì)的氯氣系列實(shí)驗(yàn)，制備氯氣不需要加熱，實(shí)驗(yàn)原理是：pH<4時(shí)，次氯酸鹽和鹽酸（這里用“84消毒液”和潔廁靈代替）生成氯氣：ClO-+C1+2H+=Cl2↑+H20。

2.教材中的氯氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)在集氣瓶中和試管中進(jìn)行，密閉性不好，不利于學(xué)生親自操作。筆者設(shè)計(jì)的氯氣系列實(shí)驗(yàn)中，在礦泉水瓶中完成了氯氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，密閉性良好。同時(shí)產(chǎn)生的氯氣可以在本系列實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)完，體現(xiàn)了綠色化學(xué)的思想。

3.本系列實(shí)驗(yàn)中制備得到的氯氣還可以用來做與其他金屬反應(yīng)的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，將金屬加熱到紅熱，插入其中并密封，現(xiàn)象非常明顯，可以根據(jù)需要選擇實(shí)驗(yàn)方案。

總之，本系列實(shí)驗(yàn)選擇了生活中的素材做反應(yīng)裝置和反應(yīng)藥品，進(jìn)行氯氣的制備和性質(zhì)研究，學(xué)生反饋非常好，它的最大優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)裝置的密封性。以往老師上課帶大量的裝置進(jìn)教室，處理不當(dāng)氯氣會(huì)大量彌漫，結(jié)果導(dǎo)致學(xué)生對(duì)某些化學(xué)實(shí)驗(yàn)的恐懼，正由于這樣的擔(dān)心，很多老師不會(huì)讓學(xué)生親自動(dòng)手做氯氣的實(shí)驗(yàn)，甚至不進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)在有了這套裝置，不但操作簡單，取材容易，現(xiàn)象明顯，而且所有的氯氣全部使用完，大大降低了氯氣對(duì)實(shí)驗(yàn)室的污染程度。此外，該裝置透明，教師也可以選擇做演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行投屏，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果[2]。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國教育部制定.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）[M].北京：人民教育出版社，2010：19

[2]劉強(qiáng)，王磊，張小平.適合學(xué)生探究氯氣性質(zhì)的微型實(shí)驗(yàn)裝置[J].化學(xué)教育，2004（5）：54-56