氫氣在氯氣中燃燒實驗的新設(shè)計

王建芬+齊俊林

摘要：針對現(xiàn)行高中化學(xué)教材中“氫氣在氯氣中燃燒”實驗的不盡如人意之處（如實驗裝置較復(fù)雜，需有兩個制氣系統(tǒng)；實驗過程生成的氯化氫氣體及未燃燒的氯氣難免外逸，會嚴(yán)重污染室內(nèi)空氣），對該實驗作了改進(jìn)設(shè)計。利用直口三頸瓶、干燥管和一次性注射器等儀器，設(shè)計了在一體化全封閉實驗裝置中，進(jìn)行氫氣在氯氣中燃燒的實驗方法。結(jié)果表明，實驗現(xiàn)象和效果俱佳，且克服了教材實驗方法的不足。

關(guān)鍵詞：氫氣在氯氣中燃燒；一體化封閉裝置；實驗改進(jìn)

文章編號：1005–6629（2015）9–0052–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 問題提出

現(xiàn)行高中化學(xué)教材[1]中“氫氣在氯氣中燃燒”實驗（如圖1所示）是一個傳統(tǒng)的經(jīng)典實驗。教材中的實驗方法盡管現(xiàn)象明顯，但卻存在諸多不盡如人意的地方，其一，在向集氣瓶內(nèi)收集氯氣時，需要一個復(fù)雜的氯氣制備系統(tǒng)（如圖2所示），在氯氣制備過程中，氯氣容易泄漏，造成室內(nèi)空氣污染；其二，燃燒的氫氣通常也需要一個專門制備裝置（如圖3所示）來提供；其三，氫氣在氯氣中燃燒時瓶內(nèi)的氯氣及其燃燒時生成的氯化氫氣體容易從集氣瓶口外逸，污染室內(nèi)空氣。由于以上原因，致使絕大多數(shù)教師嫌麻煩、怕污染，不愿做該實驗，在教學(xué)中只是紙上談兵，采取講解實驗的方法來進(jìn)行課堂教學(xué)，違反教學(xué)原則和教學(xué)規(guī)律，致使學(xué)生對該部分知識缺乏感性認(rèn)識，不利于學(xué)生對知識的理解、記憶和掌握。為此，有些化學(xué)教師對該實驗進(jìn)行了大膽改進(jìn)，但收效甚微，改進(jìn)后的實驗仍然存在著這樣或那樣的問題：有的沒有從根本上解決污染問題[2]（如圖4所示）；有的沒有擺脫繁瑣的氯氣、氫氣制備系統(tǒng)[3]，整個裝置及實驗過程較為復(fù)雜（如圖5所示）；還有的實驗裝置難以加工（如試管上打孔），實驗可見度低，不便于學(xué)生觀察[4]（如圖6所示）。針對上述情況，筆者利用直口三頸瓶、干燥管和一次性注射器等儀器，設(shè)計了“氫氣在氯氣中燃燒的一體化全封閉實驗裝置”，克服了教材及其有關(guān)改進(jìn)實驗中的不足，深受廣大師生的歡迎。

2 實驗原理

3 實驗用品

直口厚壁三頸瓶（5000/24，40，24）1個、一次性注射器（20mL）1支、單球干燥管1支、2號單孔橡膠塞1個、玻璃尖嘴（5cm）1支、4號橡膠塞2個（其中一個單孔橡膠塞）、6號橡膠塞1個、試管（1.5×10cm）1支、30cm粗銅絲1根、火柴1盒、鐵夾、十字夾、鐵架臺各1個、脫脂棉若干

高錳酸鉀晶體、鋅粒、稀硫酸、濃鹽酸、堿石灰、蒸餾水

4 儀器加工

取1根30cm的粗銅絲，用鐵鉗制成一個試管掛架，掛架的上端穿過一個6號橡膠塞（如圖7所示）。

6 實驗方法及其現(xiàn)象6.1 在空氣中點燃?xì)錃?/p>

取1支小試管（1.5×10cm），加入3g左右的鋅粒后，注入4mL左右的稀硫酸；在試管口堵上少量的脫脂棉，塞上帶有玻璃尖嘴的橡膠塞，檢驗氫氣的純度后，用火柴點燃?xì)錃?，可觀察到氫氣燃燒（2H2+O2

點燃=2H2O），并發(fā)出淡藍(lán)色火焰（如圖9所示）；將點燃?xì)錃獾脑嚬苄⌒牡胤旁谠嚬軖旒苌希ㄈ鐖D10所示）。

6.2 將燃燒的氫氣放入三頸瓶內(nèi)

將掛有試管的試管掛架放入三頸瓶內(nèi)，并將掛架上的橡膠塞緊緊塞在三頸瓶的瓶口，此時可觀察到氫氣在三頸瓶內(nèi)繼續(xù)燃燒，仍然發(fā)出淡藍(lán)色火焰。

6.3 向三頸瓶注入濃鹽酸

7 幾點說明

7.1 三頸瓶的來源

若實驗室沒有直口厚壁三頸瓶，可到玻璃儀器商店購買，其中5000/24，40，24；3000/24，29，24；2000/24，29，24；1000/24，24，24等各種型號市場有售。

7.2 容器大的原因

三頸瓶的體積越大，瓶內(nèi)的空氣越充足，與氯氣反應(yīng)之前氫氣燃燒的火焰越不容易熄滅，從而保證實驗的順利進(jìn)行。

7.3 迅速加酸的目的

向三頸瓶內(nèi)注入濃鹽酸要迅速，以防三頸瓶內(nèi)的氧氣耗盡，造成氫氣燃燒的火焰熄滅，使實驗失敗。

7.4 吸收廢氣的原理

堿石灰用來吸收氯氣、氯化氫氣體及其鹽酸的酸霧，其反應(yīng)分別為：2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+ H2O、NaOH+HCl=NaCl+H2O。

7.5 脫脂棉的作用

試管口的脫脂棉可以起到緩沖氫氣流的作用，使氫氣更加平穩(wěn)地燃燒。

8 實驗優(yōu)點

8.1 裝置簡單

實驗裝置中只用了三頸瓶、干燥管、一次性注射器、試管和玻璃尖嘴等就完全可以代替常規(guī)實驗方法的氫氣、氯氣制取以及氫氣在氯氣中燃燒等諸多裝置，充分體現(xiàn)了設(shè)計實驗的簡易性原則。

8.2 構(gòu)思巧妙

將三頸瓶、干燥管、一次性注射器、試管和玻璃尖嘴等材料結(jié)合到了一起，完成了氫氣、氯氣制取以及氫氣在氯氣中燃燒的一體化設(shè)計，解決了原實驗方法各實驗裝置安裝的繁瑣問題，充分體現(xiàn)了創(chuàng)新理念。

8.3 操作方便

由于制取氫氣、點燃?xì)錃夂唵我仔校迫÷葰庵恍柘蛉i瓶內(nèi)注入濃鹽酸即可生成氯氣，使實驗操作簡單、方便。

8.4 避免污染

現(xiàn)行化學(xué)教材中傳統(tǒng)的實驗方法在制取氯氣、氫氣在氯氣中燃燒等都不可避免地使氯氣、氯化氫氣體外逸，造成不同程度的空氣污染，影響師生健康。改進(jìn)后的裝置，由于氫氣、氯氣的制備以及氫氣在氯氣中燃燒，都在同一個封閉的三頸瓶內(nèi)進(jìn)行，很好地解決了污染問題，充分體現(xiàn)了實驗的綠色化原則，潛移默化地培養(yǎng)了學(xué)生的環(huán)保意識。

裝置制成以后可以長期保存在實驗室，隨用隨取。既可用于教師演示實驗，又可用于學(xué)生分組實驗。

8.5 培養(yǎng)創(chuàng)新

通過對實驗裝置的設(shè)計與實驗的實施可以使學(xué)生充分體會到與傳統(tǒng)實驗方法的不同，通過對比找出改進(jìn)后實驗裝置的優(yōu)點以及傳統(tǒng)方法的缺點，從而調(diào)動學(xué)生創(chuàng)新的能動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，為社會培養(yǎng)創(chuàng)新型人才夯實基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社化學(xué)室編著.全日制普通高級中學(xué)教科書（必修）·化學(xué)（第一冊）[M].北京：人民教育出版社，2003：65.

[2]王偉有.氫氣在氯氣中燃燒實驗改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2003，（5）：6.

[3]劉洪運.氫氣在氯氣中燃燒實驗的改進(jìn)[J].教學(xué)儀器與實驗，2006，（10）：44～45.

[4]唐旭梅，鮑正榮，黃治香，張娟.氫氣在氯氣中燃燒實驗綠色改進(jìn)[J].科技信息，2010，（32）：119.