氯气制备与性质的学生实验设计

刘玉荣 秦珍珍

摘要：运用保鲜膜和调色盘等材料设计实验，选用生活用品“84消毒液”和“洁厕灵”制取氯气，采用蘸有试剂的滤纸增加接触面积，可以同步完成氯气的氧化性、氯水的酸性和漂白性以及氯离子的检验等实验。该设计绿色环保，现象明显，十分适合学生自主实验。

关键词：学生实验;调色盘;保鲜膜

文章编号：1008-0546（2019）02-0090-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

一、问题的提出

Cl₂的制备和性质实验是高中阶段化学教学中的重要实验，在国内各版本教材中均有涉及，但由于C12具有一定的毒性，在制备过程中稍有不慎极易造成泄漏，所以目前很多教师用实验视频取代课堂演示实验，学生自主实验则更难实现。针对实际教学中氯气实验存在的问题，相关学者和教师对其进行了改进，并取得了较多的成果。最新的研究成果如下，王文娟、魏锐、于成玉[1]用自封袋和塑料点滴板设计了一个密闭装置，很好地完成了氯气的制备与性质实验，但该实验由于点滴板孔数的限制，需要分两次才能完成性质实验;王秀荣[2]的实验集微型化和综合性于一体，整体设计思路巧妙，但整个装置作为学生自主实验就略微显得有些繁琐，且未涉及氯离子的检验，尾气处理装置容易发生倒吸。因此，基于以上优缺点的分析，可进一步优下匕查合学生自主操作的实验方案。

我国新颁布的《普通高中化学课程标准（2017版）》[3]强调化学实验的独特价值，尽可能多地为学生提供动手做实验的机会，鼓励教师设计绿色化实验，开展微型实验，并且可采取替代品进行实验。所以，本实验从绿色化和微型化的角度出发，利用保鲜膜和调色盘进行实验设计和改进，改变以往有关Cl₂的教学实验停留在教师讲解或者实验视频层面，使学生自主进行实验探究，在真情境中感受Cl₂的性质。

二，Cl₂的制备与性质综合实验设计

本次设计以“84”消毒液和洁厕灵作为反应物，使用调色盘和保鲜膜作为实验装置，Cl₂等距离地扩散到滤纸上，滤纸显色反应明显，学生能进行自主操作。

1.制备实验试剂的选取

实验室制备Cl₂通常采用二氧化锰固体和浓盐酸在加热条件下反应，也可用高锰酸钾固体与浓盐酸、氯酸钾固体与浓盐酸快速制取Cl₂，都比较适合演示实验，但不适合进行学生自主实验。本实验为了进一步凸显趣味性和生活化，选择生活中常见的"84消毒液”（主要成分是次氯酸钠）和“洁厕灵”（主要成分是盐酸）制取Cl₂，原料易得，不需加热，反应速度快，现象明显。

2.实验用品及说明

实验药品：“84”消毒液、洁厕灵、氢氧化钠等。

实验仪器：透明调色盘、保鲜膜、10mL注射器（带针头）、滤纸、透明胶带。

（1）如图1，根据调色盘容量的不同，整个反应选取“84消毒液”和“洁厕灵”试剂的量也不同，市售调色盘的直径有13cm、17cm、19cm几种类型，分为白色盘和透明盘两种，本实验采用直径为13cm的透明调色盘，有7个分别独立的凹槽，中间的圆形凹槽作为反应容器，产生的Cl₂等距离地扩散到其它6个凹槽处。为了方便观察产生的AgCl白色沉淀，可将调色盘放在黑色背景下。

（2）本实验中采用滤纸作为载体，将滤纸放在调色盘中，再滴加相应的溶液。

（3）用保鲜膜将调色盘密封。

（4）选用10mL的注射器向中间的圆形凹槽依次加入5mL的“84”消毒液和洁厕灵，然后采用透明胶带将针孔密封。

3.性质实验试剂选取探究

Cl₂的性质实验探究包括氯气的氧化性、氯水的酸性和漂白性以及氯离子的检验，为了学生自主实验的现象更加明显，耗时更少，本文对性质实验试剂的选取进行了探究。“Cl₂的氧化性”一般選用“FeSO₄溶液和KSCN溶液”、“NaBr溶液”、“KI溶液”、“淀粉-KI试纸”;验证“氯水的漂白性”一般选用“品红溶液”、“鲜花”、“红色纸条”、“红色布条”;验证“氯水显酸性”一般选用“滴有酚酞的NaOH溶液，“pH试纸”、“石蕊溶液”;而“氯离子的检验”方法比较唯一，选取“滴有稀HNO₃的AgNO₃溶液”进行反应。其中①②③④号为饱和溶液，⑤号品红溶液对其进行稀释后浓度为0.005%，⑩号选用的是鲜花，11号石蕊的浓度为0.5%，14号NaOH溶液的浓度为1mol/L，15号AgNO₃的浓度为2mol/L。相关实验结果见表1。

分析表1的实验数据可知，氯气的氧化性实验现象均比较明显，说明C12具有很强的氧化性，在组织学生实验过程中可任意选择相关试剂。氯水的漂白性实验中，有些试剂现象并不明显，如红布条、红纸条，这可能和所选物品的材质有关，在学生实验中建议选择浓度较小的品红溶液，且可选取鲜花增加实验的趣味性。氯水的酸性实验中，选用的pH试纸出现的颜色变化并不明显，学生可能较难辨识，而滴有酚酞的NaOH溶液现象非常明显，适合学生实验操作，其中石蕊溶液并未先变红后褪色，而是直接褪色，实验出现反常现象，可以激发学生的思考。氯离子的检验选用滴有稀HNO₃的AgNO₃溶液现象也较明显，可进行学生自主实验。

4.氯气制备与性质的学生实验设计

实验药品：“84”消毒液、洁厕灵、氢氧化钠溶液、淀粉-碘化钾溶液、品红溶液、酚酞溶液、石蕊溶液、硝酸银溶液、稀硝酸溶液、黄色小野花（鲜花）。

实验仪器：透明调色盘、保鲜膜、10mL注射器（带针头）、滤纸、透明胶带。

实验步骤：

（1）向洁净的调色盘中分别放入淀粉一KI溶液+滤纸、品红溶液+滤纸、黄色小野花（鲜花）AgNO₃溶液+稀HNO₃溶液、石蕊溶液+滤纸、NaOH-酚酞溶液+滤纸，用保鲜膜将调色盘密封好。

（2）用10mL注射器依次吸取5mL的“84”消毒液和洁厕灵，加入调色盘的圆形凹槽中，立刻可以看到有黄绿色气体产生，然后用透明胶带将针孔密封。

（3）实验结束后用注射器吸取10mL饱和NaOH溶液注入调色盘的圆形凹槽中，晃动调色盘，使其充分反应，静置一段时间，直至Cl₂被完全处理，再打开密封装置，进行仪器的清洗。

实验现象如图2所示。本实验除Cl₂与金属反应的相关实验无法进行外，以上所选试剂能较全面地完成Cl₂的性质实验，且用时较短，没有污染。其中石蕊试剂为何没有出现预期的红色，分析原因应为石蕊的量太少，氯水与石蕊接触时，其中的HClO先与石蕊发生氧化还原反应使其褪色，若还有剩余石蕊才和盐酸反应显红色[4]。

四、小结

本次实验设计符合化学实验的绿色化和微型化要求，且具有生活化，操作简单，材料易得，便于学生自主实验。同时，该装置还可用于不需加热的气体制备和性质实验，尤其是有毒气体，如SO₂、H₂S等。

参考文献

[1]王文娟，魏锐，于成玉.基于自封袋和塑料点滴板的氯气性质实验设计[J].北学教育，2017，38（17）：60-63

[2]王秀荣.氯气的制备与性质综合实验设计[J7北学教育，2018，39（1）：72-74

[3]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：72-73

[4]黄干如，苏胜保.氯气能使湿润的石蕊试纸变红吗[J].化学教学，1999（8）：28