氯气制备及其性质实验的改进

李 芸，刘 梅，顾运琼，屈干萍

（1.玉林师范学院化学与食品科学学院，广西 玉林 537000；2.南宁师范大学环境与生命科学学院，广西 南宁 530001，3.仁怀市第五中学高中化学，贵州 仁怀 564500）

有关氯气的制备和性质是高中化学中的经典实验之一，也是学习非金属性质的重要内容，但是在学习过程中，关于氯气的漂白性、氧化性和还原性等性质的实验是通过氯水的性质实验体现出来，学生没有直观的观察到氯气性质的实验现象，氯气收集所使用的集气装置易泄露污染空气，且制备大量的氯气不仅对师生的健康造成伤害，还对环境造成污染。所以，在讲授这部分内容时，很多老师可能直接放弃演示实验，改成口述实验或视频实验，导致学生对实验理解不透彻，教学效果大打折扣。因此，设计简洁易操作、现象明显、高效环保的氯气性质实验非常有必要。通过查阅文献资料［1-5］，发现氯气的创新实验装置主要有以下三种（如图1所示）。

通过对比分析这些装置的特点，发现它们虽然能够把氯气的性质集中在一个装置中完成，并且具有环保、易操作、现象明显等优点，但是这些实验如果作为演示实验，学生不易观察，知识点太多，跟课堂教学进度脱节等缺陷。为增强本实验的可操作性和可观察性，本文对该实验装置进行了改进，通过巧妙设计后的实验装置，更适合课堂演示，更能有效地把知识点相互结合，层层推进，显著提高教学质量。

图1 文献中创新装置

1 实验原理

1）氯气的制备 2KMnO4+16HCl（浓）＝2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O

2）氯气与金属单质反应Cl2+Fe＝FeCl3；Cl2+Cu＝CuCl2

3）氯气的氧化性Cl2+KI＝2KCl+I2

4）氯水的制备Cl2+H2O＝HCl+HClO

5）氯气尾气的吸收Cl2+NaOH＝NaCl+NaClO+H2O

2 实验改进装置

改进后的实验装置如图2。

图2 实验改进装置

3 实验仪器

大试管、输液袋、具支U形管、橡胶管、注射器、球形分液漏斗、铁架台及固定夹、橡胶塞、止水夹、玻璃棒、酒精灯、小烧杯。

4 实验药品

浓盐酸、高锰酸钾固体、pH试纸、淀粉碘化钾试纸、无水氯化钙固体、氢氧化钠溶液、打磨光亮的细铁丝和铜丝、蒸馏水。

5 实验步骤及现象

1）制备和收集氯气。按照图2中a装置组装好实验仪器并检查装置的气密性。利用注射器往外抽气，形成液柱检查气密性，如液柱高度不变，说明气密性良好。制备氯气之前，先用注射器把输液袋抽真空，然后加入一定量高锰酸钾和浓盐酸，缓慢滴入浓盐酸，待瓶中充满黄绿色气体，连接好输液袋，开始收集氯气，直至输液袋鼓起并收集满，停止反应。

2）氯气与铜丝或铁丝的燃烧反应。在试管底部加入打磨光亮的细铜丝或铁丝，按图2中b图连接好装置，用酒精灯加热，观察铜丝或铁丝在氯气中燃烧的现象。加热铜丝，铜丝红热后，通入氯气，产生大量黄色的烟，待装置冷却至室温后往试管中加入少量水，黄色的烟溶于水，溶液呈蓝色。把铜丝换成铁丝，重复操作，实验现象同样明显。这个实验说明氯气能跟金属单质发生剧烈的燃烧反应，是一种化学性质比较活泼的非金属单质。

3）验证氯气的氧化性和漂白性。把无水氯化钙填充入U形管中，用细铁丝分别勾住湿润的pH试纸和干燥的pH试纸最后将产生多余的气体通入到氢氧化钠溶液中进行尾气处理，防止污染空气。如图2中c图连接好装置。轻轻挤压输液袋，使氯气开始充满试管至U形管中，注意观察湿润的pH试纸和干燥的pH试纸的颜色变化。在实验中可以观察到，湿润的pH试纸先变成红色后褪色（说明氯气与水反应生成的物质显酸性且具有漂白性），而干燥的pH试纸没有明显变化。在本实验中，也可以把pH试纸换成淀粉碘化钾试纸，再重复做一次，观察淀粉碘化钾试纸的颜色变化。可以观察到，湿润的淀粉碘化钾试纸先由白色变蓝色后褪色（说明氯气具有氧化性和漂白性），而干燥的淀粉碘化钾试纸没有明显变化。通过实验现象，进一步探究实验原理，并巩固对教材中氧化还原反应等理论知识的学习。同时，注重尾气被氢氧化钠溶液吸收，培养了学生环保理念和绿色化学思想。

4）制备氯水和漂白液。完成2、3步骤后，用注射器抽取20 mL蒸馏水注入输液袋中，有少量氯气溶解在蒸馏水中，用注射器抽出氯水，再注入10 mL氢氧化钠溶液，将该溶液与注入蒸馏水的对比，分析变化的原因。制取的氯水和漂白液可以继续做后续的探究实验，充分利用了制备的氯气，没有造成污染。通过这个实验，再次说明了“性质决定用途”的化学思想以及化学源自生活并服务于生活的理念，学以致用，有效提高学生对化学的学习兴趣与热情。

6 实验改进说明

本实验的改进优点：装置简单，现象明显，易于观察，输液袋密封性强，防止氯气污染，只需收集满一个输液袋的氯气，就可以充分利用制备的氯气，逐一对氯气的性质（氧化性、漂白性等）进行探究，并能观察到明显的现象，在展现氯气的性质同时用氢氧化钠进行尾气处理，有效减小氯气对身体的伤害和环境的污染，充分体现了经济环保的绿色化学理念。改进后的实验更适合课堂演示，更能有效地把知识点相互结合，层层推进，显著提高教学质量。