“氯氣制備與性質探究”實驗的微型化、一體化創新設計

王秀艷 李想 王慧琳

“氯氣的制備及性質探究”實驗，無論是教師演示實驗還是學生實驗，都存在著以下不妥之處：氯氣有刺激性氣味，對人體有毒害，不能在實驗室大量制取;反應不易控制，用濃鹽酸與二氧化錳制取氯氣時加熱的溫度不宜超過90℃且要經常移動火焰;制取的氯氣中通常含有氯化氫氣體、水蒸氣等雜質;操作煩瑣、費時，性質探究實驗要分步進行，但上課時間有限，不能保證學生及時完成實驗。

為了解決實驗中的系列問題，筆者對“氯氣的制備和性質探究”實驗進行了微型化、一體化設計，減少了重復制備氯氣的過程，節約了時間，提高了課堂教學效率。微型實驗能在一定程度上培養學生的創新思維，促進學生的個性化發展，保證教師能邊操作邊講解，學生能邊觀看邊操作邊記憶。

一、實驗原理

2KMnO4 + 16HCl（濃）? =? 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2↑ + 8H2O

二、實驗準備

（一）材料與藥品

實驗材料：小礦泉水瓶（容積大約150 mL）、玻璃管、注射器、橡皮泥、藍色石蕊試紙、淀粉碘化鉀試紙。

實驗藥品：KMnO4固體、濃HCl、淀粉KI溶液、FeCl2固體、NaOH溶液、KSCN溶液、稀HCl、NaCl溶液、Na2CO3溶液、AgNO3溶液、稀HNO3。

（二）課前準備

取4個容積150 mL的透明礦泉水瓶，分別標號1、2、3、4，用釘子在1號瓶瓶底以及2號瓶、3號瓶、4號瓶的瓶蓋和瓶底分別扎一個玻璃管外徑大小的孔。為了節約時間，此步驟由教師于課前完成。

（三）注意事項

（1）實驗所用礦泉水瓶、注射器需干燥。（2）緊密連接裝置，防止漏氣;橡皮泥易風干，實驗裝置現用現安裝。（3）待觀察到2號瓶中出現黃綠色氣體以及相應實驗現象時推動3號瓶的注射器。（4）實驗后將裝置放在通風櫥中，讓其完全反應再進行拆卸，防止氯氣泄漏到空氣中。

三、實驗步驟及現象分析

（一）實驗步驟

1.連接裝置

學生在1號瓶中裝入高錳酸鉀固體，在2號瓶中裝入淀粉碘化鉀溶液（瓶壁上方貼緊濕潤的藍色石蕊試紙），在3號瓶中裝入氯化亞鐵固體，在4號瓶中裝入氫氧化鈉溶液;將1號瓶的瓶蓋擰緊，2號瓶、3號瓶、4號瓶用玻璃管按圖1連接好裝置，并在如圖所示的4、5、6、7、8、9、10處用橡皮泥緊緊封死，以防止氯氣泄漏。

2.加入藥品，開始實驗

連接好裝置后用注射器吸入少量濃HCl，注入1號瓶中，固定好裝置后將注射器中的濃鹽酸緩慢推入1號礦泉水瓶中，逐步觀察1號、2號兩個瓶中的現象并記錄，待2號瓶中觀察到現象時立即推動3號瓶上的注射器，隨后觀察3號、4號瓶中的現象并記錄。實驗結束后將裝置放置在通風櫥中一段時間，再打開1號瓶的瓶蓋，用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗，若試紙不變色，則不再產生氯氣。4號瓶保留液體，擰緊瓶蓋，留作“氯水使有色布條褪色”等實驗用。最后在通風櫥中拆卸、清洗裝置。

（二）實驗現象分析

（1）教師對實驗現象進行講解，讓學生隨堂記憶、當堂掌握，并深入了解實驗原理（見表1），以提高學習效率。

（2）提問：為什么要觀察到2號瓶中出現黃綠色氣體以及實驗現象時再推動3號瓶的注射器？（防止過早形成氯化亞鐵溶液，氯化亞鐵溶液在空氣中極易被氧化為氯化鐵溶液，當遇到硫氰化鉀時溶液變為紅色，影響實驗效果）

（3）觀察、記錄實驗現象。學生對觀察到的實驗現象進行描述（如圖2），教師加以講解，培養學生觀察實驗現象、分析實驗結果的能力。

（三）Cl-的檢驗實驗

（1）取3支小試管，標號1、2、3，分別裝入稀HCl、NaCl溶液、Na2CO3溶液，并按表2中的步驟進行Cl-的檢驗。

（2）提問：為什么檢驗氯離子要用稀硝酸酸化的硝酸銀？（除去能與銀離子形成沉淀的其他離子，避免干擾實驗結果）

四、實驗改進的創新點

（1）微型實驗試劑量小，裝置簡易，適宜高中生獨立操作，改進后的實驗能培養學生的創新思維。

（2）實驗裝置連續一體化的設計，節約了藥品，方便學生逐一觀察實驗現象、得出結論，有效避免了因反應過快無法觀察現象的情況，既掌控了全局，又優化了局部裝置。

（3）密閉系統避免氯氣向空氣中擴散，安全環保，有助于強化學生的綠色化學理念。

（4）尾氣吸收的產物含有次氯酸鈉，可回收重復利用，以便給學生做有色布條褪色、消毒等實驗，并增加實驗的趣味性，培養學生的發散性思維及綜合運用能力。

（5） 最后增加的氯離子檢驗實驗，從實驗操作角度幫助學生復習舊知，強化學生的實驗體驗。

（6） 多步實驗操作的整合，在學時有限、條件有限的情況下為學生創造了親身實驗的條件，充分發揮了微型實驗的優勢，提高了課堂教學的效率。