氯氣與水反應實驗裝置的改進

文章編號：1005-6629（2025）08-0062-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

人教版必修第一冊“氯及其化合物\"引入了高中化學階段學生所接觸到的第一種非金屬元素一氯，同時也為后續學習硫、氮等多價態非金屬元素奠定了基礎，提供了必要的理論支撐和方法指導。

其中，氯氣與水的反應以及漂白性物質的探究是教學的重難點。教材中的實驗步驟為：（1取干燥的和濕潤的有色紙條（或布條）各一條，分別放入兩個盛有干燥氯氣的集氣瓶中，蓋上玻璃片，觀察現象；（2）將有色鮮花放入盛有干燥氯氣的集氣瓶中，蓋上玻璃片，觀察現象。該實驗分別在兩個集氣瓶中分步進行，能觀察到濕潤的有色紙條和有色鮮花褪色，能證明生成物次氯酸的強氧化性，但不能證明有 H⁺ 、CI的存在。在實際教學中，還發現其不便于同時觀察現象、不能同時驗證產物的多種性質，存在一定的安全風險等。鑒于氯氣的毒性，許多教師更傾向于通過播放視頻的形式代替這一實驗。

要。通過一套裝置既可同時檢驗多種離子，又可降低實驗成本，便于學生更好地掌握相關知識。

為了克服以上不足，將氣體制備、性質檢驗及尾氣處理進行整合，形成“一體化”的實驗裝置顯得尤為重

查閱有關文獻，多位研究者對氯氣與水的反應實驗進行了改進設計。李振雯等利用三頸燒瓶設計密閉的實驗裝置，提升了實驗安全性，但采用針筒收集氯氣的方式，未實現制備、性質檢驗及尾氣處理的一體化，且實驗藥品的用量較大；黃翠玉等2設計的制取氯水及驗證性質的實驗裝置，實現了現場制備氯氣，但氯氣制備和性質檢驗仍要分開進行；李玲麗等[3設計的實驗，氯氣制備與性質檢驗分開進行，存在氯氣泄漏風險，將pH試紙放入含有紫色石蕊和石油醚的溶液中，很容易導致試紙落人溶液中，影響了實驗效果。綜上，本研究設計了一款便攜、密封的一體化實驗裝置，旨在增強學生動手實驗的能力，提升科學探究的創新意識。

2 實驗裝置及實驗

2.1 實驗目的

通過觀察紫色石蕊試紙的變色和溶液中沉淀的生成情況，探究氯氣與水反應產物的酸性（ H⁺ ）、漂白性（CIO）以及產物中的 cl^- 。引導學生從宏觀視角觀察現象到從微觀視角剖析反應微粒，培養學生的微粒觀和變化觀。在整個探究過程中鼓勵學生敢于質疑、勇于創新，引導他們從實驗現象中提取有效信息，進行邏輯推理和判斷，以培養科學探究與創新意識素養。

2.2 實驗儀器及試劑

實驗儀器及用品：氣球1個 ，5mL 注射器2支（無金屬針頭） 注射器1支（無金屬針頭）定制Y型管1支（管口外徑 30mm ，左右兩邊管長各 8cm ，上單管長 5cm ）、吸管1根、透明膠、紗布、橡皮筋、脫脂棉、珍珠棉方塊、圓柱型容器、鐵架臺（帶有鐵夾）

實驗試劑及用量 ：2mL6mol/L 的濃鹽酸 、2.5mL 0.6molL 高錳酸鉀溶液 ?2mL 飽和食鹽水 ?⁴amp; 無水氯化鈣 5mL 蒸餾水 Ω.2mL 稀硝酸酸化后的硝酸銀溶液、7.5mL1mol/L 氫氧化鈉溶液

2.3 實驗裝置

新設計的實驗裝置如圖1所示，長短吸管的走向已標出。其中，Y型管的使用旨在實現干燥與濕潤石蕊試紙的有效隔離；Y型管左下角放置無水氯化鈣，確保石蕊試紙的干燥狀態；右下角的蒸餾水則促進氯氣與水的充分反應，便于后續CI的檢驗；濕潤的石蕊試紙用于檢測反應產物的酸性和漂白性。此外，珍珠棉方塊不僅支撐了圓柱型容器與脫脂棉，還有效減緩了水分子的擴散，并通過切開的小孔為吸管提供了通道；由于氯化氫在飽和食鹽水中的溶解度比氯氣大，因此浸潤了飽和食鹽水的脫脂棉能夠選擇性吸收揮發出來的氯化氫氣體；圓柱型容器內的高錳酸鉀溶液與濃鹽酸反應，用于制備氯氣；酸化后的硝酸銀溶液則用于檢驗反應產物中的 cl^- 。另外，注射器去除金屬針頭是為了防止濃鹽酸和 AgNO₃ 溶液與針頭的鐵發生反應，對實驗現象產生干擾；而小氣球的設置起到了平衡內外氣壓、防止氯氣泄露的作用。

圖1實驗裝置示意圖

2.4實驗步驟、現象及結論

實驗開始前，首先檢查裝置的氣密性。具體操作為：使用注射器經由Y型管中央的小孔注入約 50mL 空氣，隨后持續按壓注射器并保持不放。此時，應觀察到氣球逐漸膨脹。若該氣球在接下來的2～3分鐘內能保持鼓起狀態，則表明該裝置的氣密性良好。

后續實驗步驟、現象及結論詳見表1，以注入濃鹽酸即刻開始計時。

表1實驗步驟、現象及結論

按上述步驟進行實驗，可觀察到干燥的石蕊試紙始終不變色，濕潤的石蕊試紙先變紅后褪色，Y型管右端溶液中產生白色沉淀，氣球逐漸變大后不變。

反應結束后，加入 7.5mL1mol/L 的氫氧化鈉溶液對尾氣進行處理。

3 實驗裝置的優點

（1）現象明顯—使用紫色石蕊試紙代替教材實驗中的有色布條和鮮花，可通過石蕊試紙的變色情況證明 H⁺"、 ClO^-"的存在；使用長吸管導流稀硝酸酸化的 AgNO₃"溶液，可通過沉淀的生成情況證明CI的存在。

（2）封閉防泄漏一全程實驗用品均在裝置中，注射即發生反應，并有氣球平衡氣壓，全程密封，避免了氯氣泄露造成的風險。

（3）操作簡便一從氣體制備到性質檢驗，再到尾氣收集，均在同一個Y型管裝置內完成，僅需將注射器內的藥品溶液注入即可觀察到反應現象，操作簡便，方便快捷，突出教學重點。

（4）實驗藥品微量—較環保、節約、安全，實驗裝置主體僅需借助鐵架臺支撐起Y型管即可，組裝過程十分簡便，相比于教材和現有文獻，試劑用量較少，符合綠色化學理念。

（5）具有良好的普適性一除了氯氣，該裝置還可以推廣至二氧化硫、氨氣等有毒氣體的實驗。

參考文獻：

[1］李振雯，秦浩正.氯氣與水反應實驗的設計及相關教學探討[J].化學教學，2018，（4）：69～72.

［2」黃翠玉，張賢金．“氯水的成分探究”實驗裝置改進及教學模式探究[J].化學教學，2019，（4）：54～57.

[3］李玲麗，李忠恒，周麗梅.氯氣與水反應產物的探究[J].實驗教學與儀器，2021，38（4）：37～38.