巧用石棉和注射器改进铜与氯气反应的实验

周学工 戚金丽

摘要：铜与氯气反应实验中，氯气需提前制备给我们的教学带来诸多不便，且该实验操作中未反应的氯气、生成的氯化铜烟不可避免地外逸造成环境的污染。作者针对该实验存在的缺点进行改进，利用注射器和H管实现了氯气的制取及铜与氯气的反应一体化，将制取氯气、溶解氯化铜、氯气尾气吸收进行流水线处理;利用石棉能让铜与氯气充分接触反应，且能有效防止H管因铜丝燃烧放热而爆裂，同时充当滤纸过滤不溶物得到澄清氯化铜溶液。

关键词：氯化铜制取;实验改进

文章编号：1008-0546（2019）12-0095-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.12.030

一、引言

氯气是一种黄绿色、有刺激性气味的有毒气体。毒性主要表现在其通过呼吸道侵入人体并溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯酸和盐酸，对上呼吸道黏膜造成损伤，中毒的明显症状是发生剧烈的咳嗽。症状重时，会发生肺水肿，使循环作用困难而致死亡。由于氯气的剧毒性，许多中学化学教师对氯气性质的实验探究望而却步，对氯气性质探究的课堂教学也显得枯燥乏味。

铜与氯气反应在现人教版化学第一册第67页中只指出：铜能在氯气中剧烈燃烧，删除了该反应的课堂演示实验。旧版人教版第一册（2000年初审通过）第67页，介绍该实验的实验步骤为：用坩埚钳夹住一束铁丝或铜丝，灼热后立刻放入充满氯气的集气瓶里。观察发生的现象，然后把少量的水注入集气瓶里，用玻璃片盖住瓶口并振荡，观察溶液的颜色。此方法虽然装置简易、操作方便，但存在较大的安全隐患。如：将铜丝伸入集气瓶过程中导致有毒的氯气外逸;氯气与铜反应后产生的氯化铜烟也会外逸;最后打开玻璃片加水溶解氯化铜时未反应的氯气和氯化铜烟都会逸出造成二次污染。由此可见，在课堂上完成该实验对师生健康不利。苏教版必修I第42页对该实验的描述省略加水溶解步骤，其余与人教版一致，仍旧存在安全隐患。

文献对铜与氯气反应的实验改进研究有较多报道。主要方法是向封闭容器（三颈烧瓶、试管等）中通人事先收集的氯气，或事先在封闭体系中收集满氯气，并加热铜丝后进行反应，目的是防止氯气逸出。这些方法虽一定程度上消除氯气外逸造成的危害，但需要事先制备氯气仍给教学带来诸多不便。如，该教学内容为当天第一节课，需要提前一天制备氯气，但由于气密性等原因会造成氯气浓度下降影响实验的成功率。也有实验改进利用针筒注射浓盐酸与高锰酸钾或氯酸钾反应来实现制備氯气，和铜与氯气反应实验的一体化，但需要将铜丝在外环境中加热后再通过软木塞插入容器中（集气瓶、布氏漏斗等）。这些在外环境中加热的实验不能实现绿色化，如，将针筒换成热的铜丝时，氯气会外逸造成环境污染等。

为了实现CuCI2制备实验的一体化、绿色化，以及实现操作简便、反应快、现象明显等目的，笔者利用实验室常见仪器H管和注射器，将浓盐酸通过注射器压入H管中与高锰酸钾反应制取氯气，另一端加热铜丝，使得产生的氯气通过H管中部连通部分扩散到铜丝处，与热铜丝反应。再巧用注射器将蒸馏水吸人H管中，观察固体产物溶于水后的颜色变化，证明铜被氯气氧化后产物为氯化铜。这样改进不仅实现人教版教材上需要达到的铜在氯气中燃烧以及产物氯化铜溶解的实验目的，也符合化学新课程标准的环境保护这一教育理念，培养学生的环保意识和自我保护意识。

二、实验

1.仪器及用品

H管、铁架台、酒精灯、止水夹、导管、橡皮管、注射器、烧杯、软木塞、石棉;高锰酸钾、浓盐酸、铜丝、蒸馏水、NaOH溶液。

2.实验装置

3.实验步骤和实验现象

（1）按实验装置图1、图2所示安装仪器，并进行气密性检查。方法为：打开NaOH溶液和蒸馏水处的止水夹，拉注射器，若观察到两处导管液面均升高，且上升高度一致，且一段时间后不下降，表示气密性良好，可以继续进行实验。

（2）用镊子向H管一端装入少量石棉，置于H管连通管以下部分且靠近连通管约1/3处，将铜丝卷成团状后轻轻置于石棉上以免石棉掉落至H管底部。H管的另一端装入少量高锰酸钾固体，注射器中装入少量浓盐酸，待用。

（3）关闭蒸馏水处止水夹，打开NaOH溶液处止水夹，将H管横放（便于铜丝的加热），点燃酒精灯，加热铜丝（约1-2分钟）直至铜丝红亮（图3）。待铜丝红亮后撤走酒精灯，将H管竖立后，立即推注射器将浓盐酸注入高锰酸钾中进行反应，观察到有黄绿色气体产生并且气体通过H管中间连通部分进入另一端。继而与石棉上的热铜丝接触，立即观察到铜丝在石棉上剧烈燃烧起来，产生棕黄色的烟（图4）。

（4）反应结束后，待H管冷却，打开蒸馏水处止水夹，关闭NaOH溶液处止水夹，拉注射器将蒸馏水吸入H管中。吸入的蒸馏水将产物氯化铜固体溶解后透过石棉流到H管底部，即石棉充当滤纸的角色，过滤除去未反应的固体后在H管底部得到蓝色澄清溶液（图5）。故步骤（2）中加入的石棉置于H管连通管以下部分且靠近连通管约1/3处，不能太靠近H管连通部分，否则吸人的水会通过连通管进入另一端，导致在H管装铜丝的一端观察不到蓝色溶液。

（5）最后，进行尾气处理。关闭蒸馏水处止水夹，打开NaOH溶液处止水夹，多次推注射器将装置中的气体（目的是未反应的氯气）推入NaOH溶液中进行尾气处理以免污染大气（图6）。

三、实验优点及创新

1.本实验实现了氯气的制备与铜在氯气巾燃烧一体化，即氯气无需事先准备，故不用担心因连续上几个班级课后，事前收集的集气瓶巾的氯气扩散到空气巾造成浓度降低影响实验的成功率。

2.本实验巾氯气以及产物氯化铜烟不会逸散到空气巾，实现了课堂演示实验绿色环保，不损害师生身体健康。

3.本实验经改进后的装置简单、实验操作方便、药品用量少、反应速率快、实验现象明显等优点，符合课堂教学要求。

4.本实验巧用石棉，其优点如下：①通过石棉将铜丝从H管底部向上提，将其架空至靠近连通管约1/3处。此处能使得铜丝提早与氯气接触（相比H管底部），且接近连通管部位氯气的浓度较大，故铜与氯气的反应速率越快;②将铜丝置于石棉上，可使铜丝在石棉上燃烧而非在H管底部燃烧，避免H管因高温爆裂;③用注射器吸取蒸馏水来溶解氯化铜巾，石棉起到滤纸作用，过滤未反应和不反应物质，得到蓝色澄清溶液。

5.本实验巧用注射器：①推注射器将浓盐酸压人H管巾，制取氯气;②拉注射器将蒸馏水吸入H管巾，溶解产物氯化铜形成蓝色溶液，验证氯气将铜氧化为铜离子;③再推注射器排出氯气，并将氯气通人Na0H溶液巾进行尾气吸收。注射器的利用增加了实验的趣味性，激发学生学习化学的兴趣。

6.本实验利用浓盐酸和高锰酸钾制备氯气（书本为浓盐酸和二氧化锰），该反应无需加热反应速率快，可以立即观察到黄绿色气体产生，且铜丝在石棉上剧烈燃烧现象明显，能带来视觉上的刺激，激发学生对化学学习的兴趣。