氯氣的制取以及氯水的制備和取用一體化設(shè)計(jì)

甘肅省蘭州市教育科學(xué)研究所(730046) 吳正帥

甘肅省蘭州市第三十二中學(xué)(730020) 滕立玲

1 問題的提出

氯氣的性質(zhì)是元素及其化合物的重要內(nèi)容，氯氣相關(guān)實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)中的重要實(shí)驗(yàn)。人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《化學(xué)》必修1第4章第2節(jié)富集在海水中的元素——氯，涉及了氯氣的制備、氯氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)和氯水的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。因?yàn)槁葰庥卸?，教材只是以科學(xué)史話和思考交流的形式介紹了實(shí)驗(yàn)室制取氯氣，而氯氣的實(shí)驗(yàn)室制取裝置較大，產(chǎn)生氯氣的量也較大，不利于尾氣處理，所以大多數(shù)教師不會(huì)在教室現(xiàn)場(chǎng)制取氯氣。一般都是由化學(xué)實(shí)驗(yàn)員在實(shí)驗(yàn)室提前制備好，任課教師課前帶上，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。筆者在教學(xué)實(shí)踐中，嘗試進(jìn)行了一種簡(jiǎn)單易行、安全環(huán)保的制取氯氣的方法，將氯氣的制取與氯水制備和取用集成一體，方便實(shí)驗(yàn)教學(xué)?，F(xiàn)將具體的實(shí)驗(yàn)過程介紹如下，供廣大一線化學(xué)教師和化學(xué)實(shí)驗(yàn)員參考借鑒。

2 氯氣的制取

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

錐形瓶、小試管(能放入集氣瓶中)、離心試管、小藥瓶、集氣瓶、玻璃片、單孔橡皮塞、玻璃導(dǎo)管、鑷子、藥匙、燒杯、高錳酸鉀固體、氯酸鉀固體、濃鹽酸、6 mol/L NaOH溶液。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)取錐形瓶(可用250 mL錐形瓶、大試管、集氣瓶等)，向其中加入高錳酸鉀固體(或氯酸鉀固體)，在將盛有濃鹽酸的小試管(離心試管、小藥瓶皆可)置于錐形瓶中，上面塞上配有單孔導(dǎo)管的橡皮塞。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

(2)連接好氣體的收集裝置和尾氣處理裝置，并以乳膠管與錐形瓶單孔膠塞上的導(dǎo)管連接。

(3)檢查裝置氣密性，裝置氣密性良好后，傾斜錐形瓶，使小試管中的濃鹽酸流入錐形瓶，反應(yīng)發(fā)生產(chǎn)生氣體，待反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，檢驗(yàn)純度，即可收集純凈的氯氣。

2.3 實(shí)驗(yàn)說明

(1)錐形瓶中加入藥品的量可以根據(jù)制取氣體量的多少添加至稍過量。

(2)本裝置省略了添加濃鹽酸所用的分液漏斗或長(zhǎng)頸漏斗及液封裝置，裝置簡(jiǎn)單易操作。

(3)避免了制取氣體過程中因裝置內(nèi)壓強(qiáng)過大使氯氣從漏斗中溢出。

(4)本裝置采用V型試管替代整套裝置，實(shí)驗(yàn)效果更好。

3 氯水的制備和取用

3.1 實(shí)驗(yàn)材料

鐵架臺(tái)(帶鐵圈、鐵架)、3 000 mL試劑瓶、雙孔橡皮塞、玻璃導(dǎo)管、乳膠管、止水夾、試劑瓶、蒸餾水。

3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)用裝過酸(鹽酸、硫酸、醋酸)的3 000 mL試劑瓶洗凈后，配上帶導(dǎo)管的橡皮塞及乳膠管、止水夾①②的雙孔膠塞(可以用5號(hào)膠塞)，并盛上適量蒸餾水。

(2)按實(shí)驗(yàn)室制取氯水的方法制取氯水；導(dǎo)管長(zhǎng)進(jìn)短出(長(zhǎng)管進(jìn)氯氣、短管排尾氣)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

(3)將制好的氯水瓶，塞好膠塞，夾好止水夾①②，顛倒過來，隨取隨用。

3.3 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

(1)針對(duì)教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化、整體設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)做到了節(jié)能、實(shí)現(xiàn)了污染物零排放，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

(2)教材中的實(shí)驗(yàn)往往比較分散，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用了一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的趣味性，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

(3)氯氣被封閉在試劑瓶中不能逸出，氯氣能最大限度的溶于水中，又因?yàn)槁葰夂退慕佑|面積較大，溶解速率相應(yīng)增大，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

(4)制取氯氣所用藥品量小，藥品用量實(shí)現(xiàn)了微量化；而且反應(yīng)速率和氯氣的產(chǎn)量都很不錯(cuò)。

(5)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，安全環(huán)保，所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置幾乎是全封閉的，不會(huì)有氯氣逸散到空氣中，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的綠色化。

(6)實(shí)驗(yàn)采用生活中的小藥瓶代替小試管，實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的生活化；用裝過酸(鹽酸、硫酸、醋酸)的3 000 mL試劑瓶洗凈后制備氯水，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的低碳化以及實(shí)驗(yàn)器材的重復(fù)利用和創(chuàng)新使用。