“氯”色“化”園

龐鈞 劉汝鳳

摘 要：高一學(xué)習(xí)氯氣的相關(guān)實(shí)驗(yàn)很多，經(jīng)常會(huì)綜合其他元素的化學(xué)性質(zhì)，環(huán)境保護(hù)意識(shí)等問題，五花八門的習(xí)題讓我們萌生了一個(gè)想法，能不能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將相關(guān)習(xí)題進(jìn)行整合，將氯氣制備和相關(guān)反應(yīng)弄個(gè)清楚，于是我們走進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室解決學(xué)習(xí)中遇到的問題。本研究基于氧化還原反應(yīng)的原理，利用氯酸鉀和鹽酸反應(yīng)制備氯氣并進(jìn)行相關(guān)反應(yīng)，主要通過觀察顏色變化來分析反應(yīng)發(fā)生的情況，針對(duì)氯氣對(duì)環(huán)境有污染的問題，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)的微型化、綠色化、解決了氯氣制備的污染問題，探究了氯水的氧化性、漂白性、酸性等系列問題，進(jìn)而想到用電解的方式獲得氯氣，進(jìn)行趣味創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)，研究過程中變化多樣的色彩，意料之外的現(xiàn)象讓我們好像走進(jìn)了“氯”色“化”園，趣味盎然。

關(guān)鍵詞：氯氣；氧化還原反應(yīng)

一、研究動(dòng)機(jī)及目的

高一化學(xué)中學(xué)習(xí)氯氣性質(zhì)后，千奇百怪的題目一直讓我們想走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室一探究竟，尤其是暑假預(yù)習(xí)到電解原理，更加想從不同角度，將氯氣的秘密一探究竟，我們想實(shí)現(xiàn)氯氣制備及性質(zhì)的便利、綜合、微型、綠色、于是我們查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)踐，用實(shí)驗(yàn)解決我們學(xué)習(xí)中的疑惑。

該項(xiàng)目的研究目的在于利用氧化還原反應(yīng)原理，發(fā)現(xiàn)常溫制氯氣的方法，并對(duì)日常學(xué)習(xí)中的困惑問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，解決氯氣制備的多樣環(huán)保，并且研究氯氣與亞鐵離子反應(yīng)及產(chǎn)物檢驗(yàn)，氯氣與淀粉KI反應(yīng)進(jìn)行的程度，氯氣與酸堿指示劑和氫氧化鈉反應(yīng)的現(xiàn)象及原因，電解法制備氯氣并進(jìn)行以上相關(guān)實(shí)驗(yàn)的可行性。

二、研究設(shè)備和器材

培養(yǎng)皿、燒杯、導(dǎo)線、低壓電源、筆芯、玻璃棒、萬用表、濾紙、滴管、鑰匙、氯酸鉀、鹽酸、氯化鈉溶液、硫酸銅溶液、硫酸亞鐵溶液、硫氰化鉀溶液、碘化鉀溶液、淀粉、氫氧化鈉、石蕊、硝酸銀溶液。

三、研究方法及相關(guān)原理

該項(xiàng)目運(yùn)用了觀察、實(shí)驗(yàn)、對(duì)比、分類的方法，運(yùn)用了氧化還原相關(guān)理論知識(shí)。

四、研究過程和結(jié)果

1.探究氯氣發(fā)生原理、裝置及與亞鐵離子、碘離子反應(yīng)

（1）確定反應(yīng)原理及裝置

我們查閱資料得知，高中階段制備氯氣的常用方法有如下幾種：

[MnO2+4HCl濃?MnCl2+Cl2↑+2H2O]

[2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O]

[KClO3+6HCl=KCl+3Cl2↑+3H2O]

對(duì)比三個(gè)反應(yīng)，我們看到如果進(jìn)行微型實(shí)驗(yàn)，第一個(gè)加熱條件不易實(shí)現(xiàn)，第二個(gè)反應(yīng)物高錳酸鉀氧化性太強(qiáng)反應(yīng)太劇烈，于是我們決定用第三個(gè)反應(yīng)來制備氯氣。考慮到氯氣的毒性，我們決定用密封的帶蓋兒培養(yǎng)皿來完成此實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)皿蓋兒上開孔用注射器進(jìn)行密封加液，并且可以通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整加液位置。

（2）實(shí)驗(yàn)一：探究氯氣與亞鐵離子、碘離子反應(yīng)

裝置明確以后我們開始了第一次實(shí)驗(yàn)嘗試，我們?cè)噲D通過以下實(shí)驗(yàn)弄清楚氯氣與鐵離子的氧化性強(qiáng)弱，同時(shí)弄清楚過量氯氣氧化KI（aq）的程度。

第一，實(shí)驗(yàn)過程記錄。

第二，實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

我們發(fā)現(xiàn)，氯氣發(fā)生裝置有效，密閉培養(yǎng)皿中很快產(chǎn)生黃綠色氣體，并且很快觀察到Fe2+（KSCN）溶液變?yōu)樯罴t色，KI（淀粉）溶液變?yōu)楹稚徒滩纳险f的藍(lán)色有些出入，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，我們發(fā)現(xiàn)在褐色淀粉KI液珠的中央產(chǎn)生了褪色，我們認(rèn)為這是過量氯氣將碘離子先氧化為I2再繼續(xù)氧化為KIO3所致，紅墨水也緩慢褪色。令我們十分慶幸的是，密封裝置很好的解決了環(huán)保問題，1～2滴的試劑就可以達(dá)到非常好的實(shí)驗(yàn)效果，再注入氫氧化鈉溶液以后，裝置中的黃綠色很快消失。

2.探究氯氣與指示劑相關(guān)反應(yīng)及褪色原因

在日常的學(xué)習(xí)過程中，我們經(jīng)常遇到有關(guān)氯氣漂白性的問題，頭腦中有許多模糊的東西，只有實(shí)驗(yàn)?zāi)軒臀覀兘獬龑W(xué)習(xí)中的疑惑，于是我們想探究下氯氣與常見指示劑的作用原理。

（1）實(shí)驗(yàn)記錄

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，氯氣可以使石蕊試液先變紅后褪色，在實(shí)驗(yàn)中，變紅后的液珠邊緣部位先褪色中間后褪色，說明酸堿反應(yīng)的速率大于氧化還原反應(yīng)的速率，相比較氫氧化鈉酚酞溶液褪色較慢，最后我們?cè)俅渭尤胧锟吹郊t色出現(xiàn)，證明氯氣氧化了石蕊使其失效；氫氧化鈉酚酞溶液紅色逐漸褪去，且邊緣褪色明顯，我們推斷應(yīng)該是邊緣液層薄所致，試驗(yàn)后我們探究了該褪色原理，在褪色后的氫氧化鈉酚酞溶液中再次加入氫氧化鈉至過量，無紅色出現(xiàn)，進(jìn)而滴入酚酞后，瞬間變紅，我們認(rèn)為是氯水氧化了酚酞使原酚酞失效所致，結(jié)合最近學(xué)到的酚類易被氧化，我們徹底弄懂了這其中的道理，很是開心。

3.電解條件下氯氣的產(chǎn)生及相關(guān)反應(yīng)的探究

（1）探究電解產(chǎn)生氯氣的環(huán)保裝置及可能性

我們想到能電解氯化鈉水溶液的方法來制氯氣，我們就想把氯氣的相關(guān)實(shí)驗(yàn)和電解裝置結(jié)合，這次我們采用了分格培養(yǎng)皿，于一側(cè)面導(dǎo)入溶液電極通過電解產(chǎn)生氯氣，然后讓氯氣擴(kuò)散到另一側(cè)與相關(guān)試劑反應(yīng)。為了排除氫氧根離子對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，應(yīng)使其反應(yīng)或沉淀，經(jīng)過思考，我們將溶液更改為氯化鈉和硫酸銅的混合溶液，來有效抑制氯氣的消耗。

（2）實(shí)驗(yàn)過程記錄

（3）實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)論

通過上述裝置，我們?cè)诰G色環(huán)保的微型氣室中，解決了以下幾個(gè)問題：①氧化性：Cl2>I2（淀粉碘化鉀變藍(lán)）氧化性：Cl2>[Fe3+]（液滴從無色半透明由外至內(nèi)逐漸變?yōu)楹谏?；②氯水成分：有Cl-（氯化銀沉淀產(chǎn)生。液滴由無色透明逐漸渾濁，產(chǎn)生白色沉淀。沉淀的轉(zhuǎn)化，液滴由白色渾濁逐漸變?yōu)辄S色渾濁AgI）；③氯水漂白性：檢驗(yàn)NaOH酚酞溶液褪色的原因，顏色由粉紅變?yōu)闊o色透明，加入NaOH溶液后仍為無色透明溶液，再次加入酚酞后重新變?yōu)榧t色；④對(duì)[Fe3+]的存在進(jìn)行進(jìn)一步遞推：紅色褪去，產(chǎn)生沉淀。

4.實(shí)驗(yàn)收獲及總結(jié)

在檢驗(yàn)氯氣生成時(shí)，參考老師的建議我們使用硫酸亞鐵溶液來檢驗(yàn)。在滴加溶液的過程中，由于操作失誤導(dǎo)致生成灰綠色沉淀。但我們并未得出是何處操作失誤，這也是我們將繼續(xù)思考與研究的內(nèi)容。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中不斷發(fā)現(xiàn)問題，不斷反思實(shí)驗(yàn)、反思操作，再不斷地完善實(shí)驗(yàn)。當(dāng)我們遇到問題時(shí)不慌不亂、冷靜思考，分析現(xiàn)狀、查找資料以尋求更好的解決措施，這種鍥而不舍、努力鉆研的科學(xué)精神是我們中學(xué)生所必不可少的。