王玉洁

摘要：氯气制备、性质实验是高中阶段化学教学中的非常重要的实验，但由于Cl2有一定毒性，在制备过程稍有不慎极易造成泄露，危害教师、学生的身心健康.所以目前很多老师采用实验视频取代课堂实验，学生自主实验更难实现.采用密封、微型的原则将产生的氯气封闭在密闭容器中，便于性质检验和减少污染，不仅集氯气制备与性质实验与一体，而且达到了绿色化学的实验要求.

关键词：绿色设计;氯气制备;性质;微型实验;高中化学

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2022）03-0119-03

1 创意来源

绿色化学是指从源头上防止污染产生或把化学过程对环境的污染降低到最小程度的化学.开发绿色实验，实现反应原料和过程的绿色化，防止或减少实验过程中产生的尾气、废物等对环境的污染，在保证实验效果的前提下尽量减少试剂的用量，采用小型化、微型化的实验，妥善处理实验产生的废气和废物以防止污染环境等，是很多中学化学实验需要考虑和改进的问题.氯作为非金属元素的典型代表，氯气的制备和性质内容的学习，对学生其他元素化合物的兴趣、方法有重要的影响.2017版的化学课程标准上要求结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解氯及其重要化合物的主要化学性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响.氯气的制备和氯水的性质比较复杂，教材上相关的实验比较少.

（1）苏教版《化学必修2》第40页有如图1所示的电解饱和食盐水实验.该装置能有效收集气体，检验气体时容易操作等优点.但是未能有效解决下列问题：

①装置笨重，需要学生电源.

②电解速度慢，阴极产生H2量少，进行点燃或爆鸣实验比较困难;验证氯气时，容易污染环境.

③因为实验室电源量少，且氯气有污染，会泄露，作为分组实验特别困难.

④产生的氯气大量溶于水，且和阴极产生的氢氧根离子发生反应，导致生成次氯酸钠，使氯气的收集很困难，难以和生产实际中氯碱工业联系起来.

基于以上分析，电解饱和食鹽水的改进思路为：

①阴极和阳极尽可能靠近，以缩短离子迁移的距离，提高电解的速率.

②将产生的氯气和氢气封闭在1 min水电解器中，便于收集、性质检验和减少污染.

（2）氯气性质实验是高中阶段化学教学中的重要实验，一是由于Cl2有一定毒性，在制备过程稍有不慎极易造成泄露;二是苏教版高中《化学必修1》（2019年6月版）教材中探究氯气分别与干燥的和湿润的有色纸条反应的实验（如图2所示），使用的是2个集气瓶，没有给出装置图，但可以看出药品用量大，氯气有毒，反应后的装置中还存有大量剩余氯气，在处理瓶内剩余气体的过程中，会造成泄露，所以对这些内容的学习，目前很多教师用实验视频取代课堂实验，或课堂上仅演示一个性质实验，学生自主更难实现.《普通高中化学课程标准（2017版）》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学实验，开展微型实验，并且可采取替代品进行实验.

针对存在的问题，本实验从绿色化和微型化的角度出发，改进思路为：选用一次性塑料杯子和塑料瓶盖等材料设计实验，选用生活中常见的84消毒液和洁厕灵制取氯气、利用氢氧化钠溶液液封可以同步完成氯气的氧化性、氯水酸性和漂白性等一体化实验，该设计绿色环保、现象明显、十分适合学生自主实验，在真实生活情境中感受氯气的性质.

2 实验用品

仪器：注射器3支（带针头）、220V电源、定制电解器、酒精灯、洗瓶等.

药品：饱和食盐水，氢氧化钠溶液，酚酞溶液，干燥pH试纸、湿润pH试纸，湿润淀粉碘化钾试纸、NaOH溶液+酚酞+滤纸、干燥红纸，湿润红纸，洁厕灵，84消毒液等.

3 实验装置

实验装置如图3所示.

4 实验原理

（1）电解饱和食盐水常规采用U型管实验，消耗液体较多，且产物检验不方便，本实验采用定制电解器、注射器，操作简单，安全，没有任何气体的泄露.

阴极反应：

2H++2e-H2 （还原反应）

阳极反应：

2Cl--2e-Cl2（氧化反应）

总反应为：

2NaCl+2H2O通电2NaOH+Cl2↑+H2↑

（2）氯气的漂白性、强氧化性实验，氯水的酸性实验，通常事先通过高锰酸钾与浓盐酸单独制备、收集氯气，再进行实验，不仅消耗药品多，实验过于复杂.笔者采用生活中常见的84消毒液与洁厕灵制备氯气，再进行性质检验，不仅增强了趣味性，而且对生活有一定的指导作用.

①氯气的产生：

ClO-+Cl-+2H+Cl2+H2O

②氯气能使淀粉碘化钾试纸变蓝：

Cl2 + 2KII2 + 2KCl

淀粉遇碘单质变蓝.

③氯气不能使干燥的红纸褪色.

④氯气能使湿润的红纸褪色.

Cl2+H2OHCl+HClO

产物中次氯酸具有漂白性，使红纸褪色.

⑤氯气能使湿润的pH试纸先变红后褪色.

Cl2+H2OHCl+HClO

产物中的酸性物质使pH试纸变红，产物中次氯酸具有漂白性，使pH试纸褪色.

⑥氯气的尾气处理：

Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O

5 实验步骤及现象

5.1 电解饱和食盐水

（1）注入电解液.用注射器取50mL食盐水，从储液室顶部的加液口注入，液体的量加入到一半.用2个胶塞帽塞住反应室的2个导气管.顺时针缓缓倾斜装置，将反应室的空气赶出，直至水平，2个反应室内充满溶液，正立装置，完成排气步骤，如果加入的溶液不足，还可再补充少量溶液.

（2）接通电源，电解.2个反应室都可以观察到有气泡产生，且产生的速度很快，液面下降.

（3）电解产物的检验：用连接针头的注射器扎入塞在导气管上的橡胶塞，拉动活塞，即可抽出与电源负极相连的电极气体，气体抽出后，直接推向酒精灯的火焰，可以点燃;湿润淀粉碘化钾试纸放在注射器内部，抽取与电源正极相连的电极气体，观察现象;阴、阳极区加入酚酞溶液，观察现象.

实验现象及结论：与电源负极相连的电极一端产生的气体可以燃烧，有淡蓝色火焰，为氢气;与电源负极相连的电极一端产生的气体可以使淀粉碘化钾试纸变蓝，该气体为氯气.与电源负极相連的电极一端的溶液遇酚酞变红，即生成了碱.

2H2O+2e-H2+2OH-

（4）再继续电解食盐水，将电源拔下，插上带风扇的电机.

实验现象及结论：风扇转起来.形成原电池，将化学能转化为动能，增强趣味性.原理为：

H2+Cl22HCl

5.2 氯气性质实验探究

（1）向洁净的一次性水杯壁分别粘贴湿润淀粉碘化钾试纸，湿润红色纸条、干燥红纸条、湿润pH试纸、干燥pH试纸、NaOH溶液+酚酞+滤纸，再将凡士林涂在水杯杯口，倒扣在表面皿中，表面皿中放一瓶盖，瓶盖中放1mL左右洁厕灵.

（2）用针筒吸取1mL的84消毒液，从一次性塑料水杯上部加入表面皿中，观察现象（见表1）.为了防止有少量氯气泄漏，在表面皿与一次性水杯之间加入少量氢氧化钠溶液，进行液封.

（3）实验结束后用，慢慢提一下水杯使氢氧化钠溶液进入使其充分反应后洗涤，使氯气充分被氢氧化钠溶液吸收，防止其污染环境，对人体产生危害.

6 设计特色

6.1 实验设计综合性强

选用生活中常见的84消毒液和洁厕灵制取氯气可以同步完成氯气的氧化性、氯水酸性和漂白性等一体化实验，装置微型化且密封绿色环保便于学生及老师操作.电解饱和食盐水密封环保，反应速率快，操作简单安全，现象明显.

6.2 巧妙运用注射器

运用注射器抽取气体进行性质检验，气体较纯，氢气检验安全可靠.先将湿润淀粉碘化钾放在注射器中，再抽取少量氯气检验，实验操作简单.

6.3 实现尾气零排放

该实验实现将氯气制备与性质实验设置在一个密闭容器内进行，用氢氧化钠液封，氯气不会逸散，绿色环保.装置最后的尾气，用氢氧化钠溶液吸收效果好.实现气体零排放，有益于环保.

6.4 具有趣味性

该实验设计的药品和装置都来自于生活，有一定的趣味性和生活性，通过动手操作学生对物质性质的感知更深刻.

6.5 具有可行性

通过改变不同试剂，该实验设计增加了在高三课堂上复习氯气性质时引入课堂实验的可行性.

参考文献：

[1]陈达，庄华清.电解饱和食盐水实验的新改进化学教学，2012（11）：49-50.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）北京：人民教育出版社，2018：3-4.

[3]王祖浩.普通高中课程标准教科书： 化学2南京：江苏教育出版社，2008：23-24.

[4]郭晓丽，李淑芳，魏锐.一种小型电解水装置的设计化学教育（中英文），2018，39（01）：66-69.

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