王建芬+齐俊林

摘要：针对现行高中化学教材中氢气在氯气中燃烧实验存在的不足，如有毒的氯气和生成的氯化氢气体容易外逸，污染室内空气；氢气在氯气中燃烧时发出的苍白色火焰，可见度低，学生难以观察火焰的颜色，实验效果差等。利用下口瓶、小细口瓶、干燥管、摄像头、电脑和手机等构建的实验装置，很好地解决了以上问题，收到了很好的教学效果。

关键词：氢气在氯气中燃烧；实验改进；实验设计

文章编号：1005–6629（2016）11–0063–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 问题提出

现行高中化学教材[1]中的“H2在Cl2中燃烧”实验（如图1所示），存在一定的不足，具体表现在以下几个方面：其一，因瓶口敞开，集气瓶内有毒的氯气和生成的氯化氢气体容易大量外逸。其二，由于氢气在氯气中燃烧时发出苍白色火焰，白燃烧”实验，解决了教材中原实验存在的实际问题。

2 研究现状

针对教材中“H2在Cl2中燃烧”实验存在的不足，一些教师也曾对该实验进行了改进研究，但仍天做该实验可见度低，学生难以观察火焰的颜色。其三，该实验制得氯气（如图2所示）和氢气（如图3所示）时还分别需要一套较为复杂的气体发生器，无形地增加了教师实验准备的工作强度。针对以上问题，我们认为有必要对该实验进行研究和重新设计，研制一个较为合理的“H2在Cl2中然不尽如人意，例如：有的实验方法[2]虽然解决了污染问题，但难以观察火焰的颜色（如图4所示）；有实验方法[3]不仅火焰难以观察，而且仍然需要复杂的氢气和氯气的制备系统（如图5所示）。综合目前化学研究现状和教材中实验方法，我们对该实验开展了进一步的研究工作，作了如下改进设想和设计。

3 设计理念

通过对“H2在Cl2中燃烧”实验的方法的研究和设计，重点解决以下问题：（1）实验的污染问题；（2）氢气在氯气中燃烧时火焰难以观察问题；（3）制备氢气、氯气的设备复杂问题，从而达到实验研究之目的。

4 设计方案

在小细口瓶内装入稀硫酸和锌粒制得氢气，待将瓶内空气排尽后点燃小瓶上的玻璃尖嘴逸出的氢气，再将其放入容积为5000mL的下口瓶内，使氢气在瓶内的空气中安静地燃烧。然后在下口瓶的下口处制备氯气，氯气逐渐向上扩散，将空气向上排出，当火焰完全被氯气淹没时，氢气又在氯气中安静地燃烧，通过暗箱配合摄像头、大屏幕等观察火焰颜色的变化。生成的氯化氢气体和未反应的氯气被润湿的碱石灰颗粒吸收掉；利用注射器将氢氧化钠溶液注射到瓶体内，氢氧化钠溶液可吸收掉剩余的氯气和氯化氢气体。

5 实验材料

下口瓶（外径18cm，高33cm，上口内径5.5cm）1个、细口小玻璃瓶（容积30mL，最大外径3.7cm，高7cm）1个、单球干燥管1支、玻璃尖嘴1个、塑料瓶1个、无底有盖纸箱（20cm×20cm×35cm）1个、手机1个、摄像头1个、笔记本电脑1台、粗铜丝（40cm）1根、PVC穿线管直角弯头1个、一次性注射器（20mL）2支、PVC穿线管（直径2cm，长15cm）1根，14号、4号、2号（单孔）橡胶塞各1个，打孔器1套、圆木锉1把、铁钳1把、大号注射针头1个、火柴1盒、橡胶管、透明胶带、脱脂棉、丝口密封带若干；浓盐酸（37%）、高锰酸钾晶体、颗粒状碱石灰、30%氢氧化钠溶液、锌粒、40%稀硫酸、冷水。

6 仪器制作

6.1 氯气发生器的制作

取一个4号橡胶塞，用打孔器、圆木锉在其中央打一个大孔（直径略小于PVC管的外径），将该胶塞穿在15cm的PVC管的一端，在PVC管的另一端缠绕上丝口密封带后装上PVC穿线管直角弯头（如图6所示）；取一个2号橡胶塞，从其大头端穿入1根大号针头，在针头上装入一次性注射器，然后将橡胶塞塞在PVC管带胶塞的一端（如图7所示）。

6.2 小吊瓶的制作

取1根粗铜丝，用铁钳将铜丝固定在细口小玻璃瓶的瓶颈上（如图8所示）。

6.3 无底有盖纸箱的加工

取1个无底有盖的废纸箱，在左侧底部的中间打一个半圆的透孔（直径4cm）；正面（面向人的一侧）的偏下的位置裁剪下1个矩形条（5cm×12cm）；在纸箱的上盖打一个较大的透孔（直径8cm）；在矩形条下方打一个透孔（直径3cm），最后，将矩形条纸板上边用透明胶带粘在纸箱上（如图9所示）。

6.4 大胶塞的加工

取一个14号大胶塞，用打孔器在中央打一个透孔，在孔上装一单球干燥管，从单球干燥管的下端穿入小吊瓶的粗铜丝（如图10所示）。

7 实验方法及其现象

7.1 在氯气发生器内装入药品

取氯气发生器，取下塞在一端且带有注射器的橡胶塞，用药匙装入10g左右的高锰酸钾晶体于PVC管内，然后将橡胶塞复原塞好；取下注射器，吸入20mL浓盐酸，然后复原；将氯气反应器缓慢插入到下口瓶内并塞紧橡胶塞（如图11所示）。

7.2 氢气的生成与点燃

在干燥管内加入润湿的碱石灰颗粒后，在细口小玻璃瓶内加入4g锌粒和20mL稀硫酸，在瓶口处塞上一团脱脂棉，塞上带有玻璃尖嘴的橡胶塞（如图12所示），待产生的氢气将小瓶内的空气排尽时，用火柴点燃，玻璃尖嘴处的氢气立即燃烧（2H2+O2=点燃2H2O），发出淡蓝色火焰，迅速将带有细口小玻璃瓶的橡胶塞移到下口瓶的瓶口上方，使小瓶放入下口瓶内，然后将塞子塞紧在下口瓶的瓶口处（如图13所示）。

7.3 氢气在氯气中燃烧

迅速向内推入注射器的注射栓，使浓盐酸进入到PVC管内，浓盐酸与高锰酸钾晶体立即发生反应，生成氯气[2KMnO4+16HCl（浓）=2MnCl2+ 2KCl+5Cl2↑+8H2O]。因氯气的密度大于空气的密度，空气被氯气通过干燥管排出瓶体外，当生成的氯气淹没火焰时，氢气和氯气发生反应（H2+Cl2点燃=2HCl），产生的火焰从淡蓝色变成苍白色，瓶内产生白色雾状物质。

7.4 增大实验的可见度

如果是白天做该实验，因氢气在氯气中燃烧发出的是苍白色火焰，很难观察到现象。为了增大可见度，使观察者或学生都能看到实验现象，可以将加工好的纸箱套在瓶体上，使整个下口瓶装在一个暗箱里（如图14所示）。若在近前观察时，向上掀开矩形条纸板，用肉眼可观察到苍白色火焰（如图15所示）；若在教室里为全班学生演示，可将摄像头插入暗箱圆孔内，通过大屏幕让学生观察实验现象（如图16所示）；倘若学生不在同一个地点，教师还可以让手机的摄像头对准圆孔内的苍白色火焰，通过QQ群或QQ视频向学生播放（如图17所示），实验效果相当好。

8 几点说明

8.1 使用下口瓶的目的

选择容积较大的下口瓶做此实验目的有三个：一是利用下口瓶特殊的形状，无需加工即可作为氢气在氯气中燃烧的实验装置，并且还不需要铁架台等固定装置，简单易行；二是利用较大的瓶体容积，氢气在空气中燃烧时间较长，可获得氯气的产生和将空气排出的充裕时间，避免因缺氧而过早熄灭，造成实验失败；三是利用下口瓶较大的瓶口，便于选择和向里面放置小吊瓶。

8.2 脱脂棉的作用

小吊瓶颈放置脱脂棉团的目的也有两个：其一，可以吸水，起到干燥气体的作用；其二，可以得到平稳的氢气流，使燃烧时间可以持续10min左右。

8.3 干燥管的作用

8.4 小细口瓶以及玻璃尖嘴的要求

在选择小细口瓶时有两个要求：一是要求瓶的最大外径不能大于下口瓶瓶口的内径；二是细口瓶的高度与尖嘴高度之和越低越好（小瓶高度7cm，玻璃尖嘴高度2cm，总高度9cm），这样生成的氯气可迅速将氢气在空气中燃烧的火焰淹没，缩短等待实验的时间，提高实验的成功率。

8.5 与现代技术有机结合

使用手机和摄像头不仅可以扩大可见度，而且与现代通讯器材、信息手段有机结合起来，极大地激发了学生的学习兴趣。

8.6 实验的特点

该实验装置取材容易，制作简单，现象明显，通过实验可以潜移默化地培养学生的创新精神和环保意识。

参考文献：

[1]人民教育出版社化学室编著.全日制普通高级中学教科书·化学（第一册）（必修）[M].北京：人民教育出版社，2003：65.

[2]侯立平，齐俊林，王培明.氢气在氯气中燃烧实验的封闭式装置[J].化学教学，2012，（11）：48～49.

[3]刘洪运.氢气在氯气中燃烧实验的改进[J].教学仪器与实验，2006，（10）：44～45.