鐵和氯氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新改進(jìn)

新疆建設(shè)兵團(tuán)第五師83團(tuán)第一中學(xué)(833303) 李紫花

1 設(shè)計(jì)思路

人教版高中化學(xué)第4章第2節(jié)主要是講解氯氣有關(guān)知識，其中鐵在氯氣中燃燒實(shí)驗(yàn)是一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，教材中的實(shí)驗(yàn)雖然能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，但是氯氣是一種有毒氣體，驗(yàn)證氯氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)直接在敞口集氣瓶中進(jìn)行，操作時(shí)容易造成氯氣外逸，污染環(huán)境，影響師生健康。目前針對這個(gè)實(shí)驗(yàn)中存在的不足，眾多教師從實(shí)驗(yàn)的一體化、環(huán)保型、綠色化等不同的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)。筆者主要從反應(yīng)微型化、易發(fā)生和環(huán)保3個(gè)方面入手對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)與改進(jìn)。

2 設(shè)計(jì)目的

(1)解決教材實(shí)驗(yàn)中氯氣及反應(yīng)產(chǎn)物容易外溢的缺陷。

(2)解決鐵在氯氣中如何快速引燃的問題。

(3)解決尾氣和反應(yīng)殘余物質(zhì)的處理問題。

3 設(shè)計(jì)與改進(jìn)

針對以上存在的問題，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)與改進(jìn)。

(1)讓氯氣的制取和氯氣與鐵的反應(yīng)在同一容器內(nèi)完成，小試管用來制取氯氣，大試管用來收集氯氣，有效避免氯氣的泄漏。

(2)用還原鐵粉代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的鐵絲，置于大試管底部，用酒精燈稍加熱，即可使反應(yīng)發(fā)生。

(3)利用干燥管和小燒杯中的氫氧化鈉溶液吸收可能會泄漏的氯氣；利用“氯氣發(fā)生裝置”可移位的設(shè)計(jì)，解決了反應(yīng)結(jié)束后產(chǎn)物和大試管中殘余氯氣的吸收處理問題。

4 實(shí)驗(yàn)用品及操作步驟

4.1 實(shí)驗(yàn)用品

大試管、小試管(用橡皮筋固定在一根粗鐵絲上)、鐵架臺、火柴、酒精燈、雙孔橡皮塞、導(dǎo)管、小燒杯、注射器(3支)、棉花、鑷子、球形干燥管、氯酸鉀固體、濃鹽酸、水、氫氧化鈉溶液、還原鐵粉。

4.2 操作步驟

(1)將實(shí)驗(yàn)儀器按圖1所示進(jìn)行組裝，檢查裝置的氣密性。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

(2)在大試管中裝入少量還原鐵粉，小試管中裝入少量氯酸鉀固體，注射器1中吸入約1mL濃鹽酸，小燒杯中倒入約20mL氫氧化鈉溶液。取一小團(tuán)棉花，蘸上少量氫氧化鈉溶液并塞入球形干燥管中，將大試管并固定在鐵架臺上(注意小試管的位置應(yīng)旋轉(zhuǎn)到圖1中所示的位置)。

(3)輕輕推動注射器1的活塞，將濃鹽酸緩緩注入到小試管中，制取氯氣。

(4)當(dāng)觀察到黃綠色的氣體充滿大試管時(shí)，點(diǎn)燃酒精燈，加熱大試管底部的還原鐵粉，觀察到反應(yīng)開始后，移去酒精燈，停止加熱。

(5)待鐵粉和氯氣反應(yīng)結(jié)束，大試管冷卻后，將連接小試管的粗鐵絲旋轉(zhuǎn)到如圖2所示位置。取下注射器1，插上吸有水的注射器2并緩緩?fù)苿踊钊?，將水注入大試管，吸收產(chǎn)生的FeCl3，觀察到溶液呈黃色。

圖2 收集殘余氯氣時(shí)小試管的位置

(6)取下注射器2，插上吸有氫氧化鈉溶液的注射器3并緩緩?fù)苿踊钊?，將氫氧化鈉溶液注入大試管，觀察到大試管底部出現(xiàn)紅褐色沉淀，輕輕震蕩試管，使氫氧化鈉溶液將殘余在裝置內(nèi)的氯氣全部吸收。

4.3 注意事項(xiàng)

(1)制取氯氣時(shí)，藥品用量不宜過多。

(2)加熱鐵粉至反應(yīng)開始發(fā)生時(shí)就停止加熱，防止大試管底部炸裂。

5 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)

(1)使氯氣的制取和性質(zhì)驗(yàn)證在同一個(gè)相對密閉的體系中進(jìn)行，有效避免了氯氣的外泄。

(2)實(shí)驗(yàn)中藥品用量少，體現(xiàn)了綠色化學(xué)的理念。

(3)實(shí)驗(yàn)中選擇還原性鐵粉代替鐵絲，反應(yīng)更容易進(jìn)行。

(4)密閉裝置中設(shè)計(jì)了小試管可以旋轉(zhuǎn)方向的環(huán)節(jié)，方便反應(yīng)后產(chǎn)物的吸收。

6 結(jié)語

鐵和氯氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新改進(jìn)，現(xiàn)象明顯，操作簡便，收到了很好的實(shí)驗(yàn)效果。這個(gè)裝置把氯氣的制取、鐵與氯氣的反應(yīng)、尾氣吸收三部分同時(shí)在一個(gè)密閉容器中完成，既讓學(xué)生快速、高效、安全的完成實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也利于歸納總結(jié)知識間的聯(lián)系。