改進型W管進行氯氣制取與性質一體化實驗

文章編號： 1005-6629（2025）06-0078-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1問題提出

梳理三版普通高中化學教材相關內容后發現[1＼～3]，氯氣相關實驗的內容豐富，主要涉及氯氣的實驗室制法、氯氣的漂白性實驗、氯氣與堿的反應，氯氣置換漠、碘的反應。教材在不同章節安排氯氣的相關實驗，有助于幫助學生循序漸進地認識氯氣的相關性質。然而，為了避免知識的碎片化，強化學生對典型物質的系統性理解，盡可能地創造條件讓學生多動手實驗，在復習階段再現與創新有關氯氣的實驗也是必需的環節。

鑒于此，我們將氯氣的制備及其性質整合為簡約、直觀、安全的一體化實驗，通過實驗現象的邏輯性串聯，引導學生將氯氣的相關知識點有機融合，形成制備一性質-應用的認知鏈條，同時通過實驗改進提升“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”等核心素養，從而達到溫故知新的教學效果。

瑣，裝置的氣密性難以保證；二是多采用高錳酸鉀或次氯酸鹽與濃鹽酸反應制備氯氣，方法比較單一，不利于重現氯氣發現的歷史；三是利用氯氣與試紙上某種溶液的反應來探索鹵素間的置換反應，難以與海水中提取溴、碘等傳統工藝聯系起來。

另外，不少教師借助W管改進和設計實驗[5-7]，但這些實驗在普通儀器中就可以完成，沒必要改用W管。

基于此，我們設想將兩個W管順聯，形成改進型W管，來設計氯氣的制取與性質的一體化實驗。

3 實驗改進

3.1 實驗用品

石英材質的改進型W管，鐵架臺，酒精燈， 5mL 注射器，三通閥，橡皮塞，鑷子，有色紙，脫脂棉，長柄膠頭滴管等；二氧化錳，濃鹽酸，無水 CaCl₂ .，0.1mol/L 溴化鉀溶液， 0.1mol/L 碘化鉀溶液， 1.0mol/L 氫氧化鈉溶液，蒸餾水，品紅溶液等

2文獻簡評

在化學實驗教學中，教師設計的改進實驗大多還是具有可行性與合理性的[4]，但這些改進或多或少存在以下問題：一是涉及的儀器較多，搭建裝置較為繁

3.2 實驗裝置

新研制的實驗裝置如圖1所示。

3.3 改進思路

（1）將一根外徑 1.5cm 的石英玻璃管加工成兩個連續的W形，就形成了包含四個V形彎管的改進型W管（如圖2所示）。為了確保裝置的穩固性，彎管不宜過多；為了方便藥品加入與儀器清洗，相鄰的兩個彎管上端銜接處均設計成開口的支管。該裝置的整體長度約 30cm 、整體高度約 10cm 、彎管夾角約 45^° 。

（2）最左邊的彎管用于模擬舍勒將軟錳礦和濃鹽酸共熱制氯氣反應，該彎管的高度是后面三個彎管高度的兩倍，這樣設計是為了確保加熱制氣反應的安全性。中間兩個彎管主要用于氯氣的性質實驗，少量的氯氣即可獲得明顯現象，因此降低彎管高度以控制有毒氣體產生的總量。最右邊的彎管是尾氣吸收裝置。

（3）上端的開口支管也可以用作反應場所（這樣還可以減少儀器的橫向長度），如進行氯氣的漂白性實驗（如圖3所示）。

（4）進行氯氣相關分組探究活動時需要多次實驗，室內的環保和安全顯得尤為重要。如果僅靠蘸有氫氧化鈉溶液的棉球，很難徹底解決尾氣的污染問題。鑒于此，最左邊的彎管附加盛有氫氧化鈉溶液的注射器（與盛有濃鹽酸的注射器通過三通閥連在一起），最右邊的彎管里盛放氫氧化鈉溶液，且管口也塞上蘸有氫氧化鈉溶液的脫脂棉。當主體實驗結束后，通過多次推拉注射器活塞，使裝置中殘留的有毒氣體流動起來，從而被兩端的氫氧化鈉溶液充分吸收。

3.4實驗步驟

（1）準備一個改進型W管、一個三通閥和三支5mL 注射器（編號為甲、乙、丙），備用。

（2）按圖1所示搭建裝置，并用橡皮塞堵住所有開口，然后調節三通閥使三支注射器與改進型W管處于連通狀態。輕輕推動注射器丙的活塞，若注射器甲和注射器乙的活塞同步移動，且體積變化總和與注射器丙相同，則表明裝置氣密性良好。

（3）拆開裝置，在儀器相應位置裝入藥品、試紙和脫脂棉，再次按圖1所示搭建好整個實驗裝置。

（4）調節三通閥，通過注射器甲注入濃鹽酸。用酒精燈加熱藥品，稍后觀察到反應產生黃綠色氣體，并逐漸充滿整個實驗裝置，說明二氧化錳和濃鹽酸在加熱條件下反應生成氯氣。

（5）觀察到干燥的有色紙沒有變化，說明氯氣不能使干燥的有色紙退色。然后通過注射器丙將少量蒸餾水注于有色紙上，觀察到有色紙迅速退色，說明氯氣能使潮濕的有色紙退色。

（6）撤去酒精燈，繼續觀察到碘化鉀溶液變為棕黃色，底部沉積有紫黑色固體；溴化鉀溶液變為橙色，該溶液后段彎管出現橙色蒸氣。這些現象說明氯氣能置換出碘單質和溴單質，碘單質在水溶液中溶解度小而易析出，溴單質沸點低而易揮發。

（7）調節三通閥，將注射器乙中的氫氧化鈉溶液全部注入彎管中，然后多次推拉注射器乙的活塞，觀察到裝置中氣體顏色越來越淺，最終變為無色，說明裝置中的尾氣逐漸被兩端的氫氧化鈉溶液完全吸收。

（8）用長頸膠頭滴管從裝置彎管中取出適量氯氣與氫氧化鈉溶液反應后的溶液注入干凈試管內，再向試管中滴加幾滴品紅溶液，觀察到退色現象，證明該溶液具有漂白性，進而可知氯氣與堿溶液反應可以制備漂白液。

3.5 幾點說明

（1）驗證氯氣的漂白性時，不要在上端的支管內直接放置干、濕的有色紙，因為實驗進行一段時間后，揮發的水氣與氯氣共同作用也會使干燥的有色紙部分退色。所以，包裹無水 CaCl₂ 的脫脂棉一定要將有色紙完全封閉于支管內。

（2）溴化鉀溶液不能放置于碘化鉀溶液之前，否則生成的溴蒸氣進入碘化鉀溶液中會將碘離子氧化為碘單質，從而對氯氣氧化性的檢驗造成干擾。

（3）碘化鉀溶液、溴化鉀溶液和氫氧化鈉溶液的用量以其液面剛接觸彎管的上壁為宜，若用量過多，當氣流過快時液體容易沖出，污染后面彎管中的試劑；若用量過少，氣體從液面上方流過，無法通過溶液內部，反應不充分，實驗現象不明顯，氣體吸收效率低。

（4）建議將該實驗案例用于化學復習課，這樣更有利于提升學生知識的結構化水平。

3.6 實驗優點

（1）該實驗回溯了瑞典化學家舍勒用軟錳礦和濃鹽酸共熱發現氯氣的歷史，有利于學生了解科學家發現氯氣的歷程、認識實驗室制備氯氣的經典方法。

（2）該實驗體現了溴和碘的物理性質在工業提取溴、碘中的應用，即碘單質在水溶液中溶解度小，向富含碘離子的溶液中通入氧化劑，用過濾的方法即可分離碘單質；溴單質易揮發，利用熱空氣吹出法可實現溴元素的富集。

（3）實驗裝置整齊、簡潔、合理，實驗操作便捷性良好，有利于學生分組實驗，對拓展學生實驗設計思路、培養學生創新能力起到了促進作用。

（4）實驗體系的封閉性好，有效防止了實驗過程中氯氣的外逸。實驗裝置的前后都放置了尾氣吸收液，通過多次推拉注射器活塞，確保尾氣被完全吸收。這些措施對發展學生“科學態度與社會責任”的核心素養發揮了潛移默化的作用。

（5）本改進裝置還可以用于演示二氧化硫、氨氣、硫化氫、一氧化碳等有毒氣體的一體化實驗，體現了廣泛的實用性和良好的推廣性。

4結語

改進型W管簡化了實驗裝置與操作步驟，在污染性氣體的一體化實驗中表現出獨特的優勢；不僅可以用于教師的演示實驗，還可以用于學生的探究活動。因此，改進型W管在化學實驗教學中具有一定的參考價值。

參考文獻：

［1］王晶，畢華林主編．普通高中教科書·化學第一冊（必修）[M].北京：人民教育出版社，2019：41～47，98.

[2］王磊主編.普通高中教科書·化學第一冊（必修）［M].濟南：山東科學技術出版社，2019：13～16.

［3］王祖浩主編.普通高中教科書·化學第一冊（必修）[M]．南京：江蘇鳳凰教育出版社，2020：60～62.

[4]閻潤鴻，馮高峰.氯氣制備和性質檢驗一體化實驗的新設計[J]．化學教學，2021，（11）：68～71.

[5］張玉珍.應用氣體傳感器探究木炭還原氧化銅的氣體產物[J].化學教學，2021，（7）：65～69.

［6］吳曉穎，王振，張明月．一氧化碳還原氧化鐵實驗的改進[J].化學教學，2020，（3）：72～75.

［7］秦光獻，張紅梅.巧用W形管設計化學實驗的嘗試[J].中國現代教育裝備，2020，（22）：37～39.