浅谈氯气制备实验装置的改进

林育宝 傅兴春

摘 要：针对实验中氯气有毒、性质检验实验步骤多、容易泄漏等问题，可以设计氯气的绿色化制备及全封闭储存、使用装置。其中，在注射器中制备氯气，实现了药品的微量化；用注射器滴加浓盐酸增强了实验的可控性。反应过程中现象明显，操作简单，收集方便。用注射器储存氯气在使用以及尾气处理时方便便捷，只需将注射器中的氯气注射到相应的试剂中就可以检验氯气的有关性质，使用完毕后只需将剩余的氯气注入氢氧化钠溶液中就可以进行尾气吸收。

关键词：氯气；制备；装置改进

氯气等有毒气体的制备及性质实验是高中化学的重要演示实验。教材中用高锰酸钾与浓盐酸混合制取氯气，用广口瓶收集氯气并逐一进行氯气的性质检验实验。如图1所示：

图1 氯气的制备实验装置

该实验存在药品用量大、需收集的氯气多和氯气易泄漏等缺陷。这不仅污染空气，还会对师生的身体造成伤害，不符合“绿色化学”的核心价值观。因此，在实际教学中不少教师上课时便采用观看视频或预测实验现象的方法，尽量不做有关氯气的制备和性质实验。为解决上述问题，不同学者提出了不同的实验装置进行氯气的制备以及相关的性质检验，如：罗兵的“氯气制备及性质实验装置的组合化与微型化设计”，见图2。李猛的“氯气制备及性质实验的一体化设计”，见图3。

图2 氯气制备及性质实验装置

图3 氯气制备及性质实验的一体化实验装置

这些装置从组合化、微型化、一体化等方面对实验装置进行了改进，通过简单的操作一次性检验氯气的多个性质，但是所需的仪器较多，课堂搭建较为复杂，而且进行重复实验的难度过大，同时学生在初步学习氯气的性质时容易产生混乱。

笔者受到于永民的“氯气的制备及其性质实验的微量化设计”的启发，见图4，尝试巧用注射器和小型塑料单向阀对氯气的制备实验装置进行了创新设计，现介绍如下。

图4 氯气的制备微量化装置

一、 实验用品与仪器改进

（一） 实验仪器

注射器（一个）、小型塑料单向阀（两个）、止水夹（两个）、Y形管（一个）、导管（若干）。

（二） 实验药品

高锰酸钾、浓盐酸。

（三） 实验装置

如下图5所示：

二、 实验步骤及现象

（一） 检查装置气密性

按图5所示，将注射器推入到底，关闭K2，拉开注射器至一定程度，30秒后松开，观察注射器活塞是否回到原处。打开K2，将注射器拉开到一定位置记住读数，关闭K1，往里推动活塞，30秒后松开，观察注射器活塞是否回到原处。

（二） 装药品

取少量的高锰酸钾装入注射器底部，将注射器活塞推至底部，另取少量浓盐酸于烧杯中。

（三） 制备氯气

关闭K1打开K2，将K2导管插入浓盐酸中，拉开活塞，吸入适量的浓盐酸，可以观察到注射器中有黄绿色的气体生成。

（四） 氯气的使用

打开K1，缓慢推动注射器可将氯气注入需要反应的药品中发生反应（注意推动注射器时要缓慢，防止氯气溢出），氯气用完后可以再次吸入适量的盐酸，进行制备，直到二氧化锰完全反应。

（五） 尾气吸收和处理

将注射器中的气体注入氢氧化钠溶液中，进行吸收。

三、 实验改进的优点

（一） 材料简单易得

主要器材是医用注射器、Y形管、橡胶管、止水夹、单向阀，都是生活中比较常见和易获取的材料，即使是条件稍差的农村中学仍可用此装置开展演示实验，甚至学生实验。

（二） 微型节约

反应仪器体积小，药品用量少；一次实验只需1～2mL试剂，也可以连续添加液体反应物，不会造成不必要的浪费。

（三） 多用高效

将气体的制取、收集、使用和尾气处理进行了有效的整合。在注射器中制取并储存气体，同时在进行氯气的相关性质实验时，与其他的方案相比可以自由选择进行一个或多个性质实验而且重复进行，过程不受限制。另外，也可以连接其他仪器进行氯气的除杂和干燥。

（四） 实验简单安全

实验装置的搭建与实验操作都简单安全，便于教师进行演示实验和学生进行小组实验。

（五） 绿色环保

整个装置处于密闭状态，实验过程中无氯气泄漏，可将残余气体进行吸收，真正做到零排放和实现绿色环保的科学理念。

（六） 应用广泛

此装置适合中学的Cl2、SO2、NO、NO2、H2S和NH3等重要氣体的制取和性质检验实验。

参考文献：

[1]化学课程教材研究开发中心化学必修1教师用书[M].北京：人民教育出版社，2007：68-69.

[2]李猛，王世存.氯气制备及性质实验的一体化设计[J].化学教学，2016（8）：60-63.

[3]于永民，朱建兵，孙海龙.氯气的制备及其性质实验的微量化设计[J].化学教学，2013（5）：40-43.

[4]罗兵.氯气制备及性质实验装置的组合化与微型化设计[J].化学教学，2012（5）：50-52.

作者简介：

林育宝，福建省福州市，福建师范大学化学与材料学院；

傅兴春，福建省厦门市，厦门市教育科学研究院。