冼婷 黄先兰

摘要：氯气的制取和性质实验在高中化学课堂中难以开展原因是其安全性问题，设计简单、防泄漏的实验装置是解决问题的必要措施。作者就氯气制取原理的选择和几组氯气性质实验装置设计两大方面提出自己的改进想法和成果。

关键词：氯气;安全;制取;性质实验

文章编号：1008-0546（2020）10-0093-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2020.10.025

氯气的性质及应用是元素化合物知识的重点和难点，其相关的实验内容也非常丰富。但由于氯气的毒性使得很多教师不敢在无通风橱的教室中进行学生分组实验，甚至演示实验也望而却步。故很多一线教师为了更安全、便捷地进行氯气的实验教学，对氯气相关实验进行改进，已有不少研究成果。笔者也对这一实验内容提出自己的改进方案。

一、氯气制取原理

教材中所介绍的实验室制取氯气原理为：

MnO2+4HCl（浓）=MnCl2+Cl↑ +2H2O

很多研究者为了减少加热这一繁琐操作，选择的制取原理可能有下面几种： 原理（1）使用高锰酸钾反应速率很快，但放热量大，笔者实验时能听到响声，反应完后玻璃容器上会沾有黑色残留物难清洗。原理（2）由于+5价与-1价间氯元素价态较多，可能生成同样是黄绿色的易爆炸气体ClO2[6]从而使实验不够严谨和安全。原理（3）用84消毒液贴切生活，但其刺激性也比较强，不适合在无通风橱环境下进行。原理（3）（4）所需盐酸可用洁厕灵代替可见稀盐酸也能发生反应，可避免使用浓盐酸减少刺激性气味，笔者的尝试看来不推荐用洁厕灵代替稀盐酸，因为其中含有表面活性剂会产生较多泡沫，并且也具有一定刺激性气味。虽然这些原理与教材中原理相比不需要加热操作，看似更加便捷，但反应物一接触马上反应，故难以控制，对密闭操作、防泄漏要求就更高些。所以制取原理各有优点，应根据实验者的需求和装置特点选择。笔者将选择教材中的制取原理，因其可通过加热控制反应开始及停止;以及选择制取原理（4），因为片状漂粉精更好取用、无颜色干扰，易清洗，而且只需2mol/L盐酸即可达到较快速率。笔者还将利用简易的电解装置，根据原理（5）去制取氯气，因其原料无刺激性气味、无腐蚀性较为廉价及安全。

二、氯气与金属的反应装置

氯气与金属反应实验主要涉及铜、铁、钠三种金属和氯气的反应，需要掌握现象及产物价态。借鉴一些方便新颖的密封方式（保鲜膜密封）[7]和加热方式（炽热玻璃棒）[8]，结合笔者学校实验室存有的实验仪器，笔者设计了两款适用于氯气与金属的反应装置，均可达到良好的实验效果。

装置一如图1，使用Y形试管，一支管加热制取氯气，在试管中充满黄绿色气体后，加热另一支管中的铜粉或铁粉引发氯气与金属的反应。实验装置简单，操作便捷，通过加热控制氯气的生成开始和停止，防泄漏问题就可控。产生的烟颜色观察清晰，湿润的滤纸沾有产生的烟后呈现铜离子和铁离子的蓝色和黄色，产物的检验也方便、一体化。

装置二如图2，图3，利用两颗漂粉精和lOmL2mol/L盐酸制取氯气，使用截底塑料瓶将制取氯气的装置扣在盛有氢氧化钠溶液的大表面皿中。用保鲜膜包住瓶口，起到初期制取氯气时的防泄漏作用。玻璃瓶内充满黄绿色气体后，将炽热的金属丝插入瓶中开始反应，金属丝上方可穿上湿润的滤纸以吸收产物和检验产物。还可如图3将炽热的玻璃棒插入接触到钠块引发钠与氯气的反应。

两套装置实验结束后用针筒往剩余盐酸里注射碳酸钠溶液，产生二氧化碳气体把残留在装置中的气体和烟排尽，方便后续的清理工作。两套装置对比，装置一实验装置均是实验室中可获得的，搭建也简单。装置二相对于装置一可以省去加热和铁架台这些固定装置，需要将实验装置搬去教室或录播室使用时会更便捷。

三、氯气与氢气反应实验装置

1.点燃条件

氯气与氢气的反应，需掌握点燃和光照条件下的现象特点。笔者的实验探索中发现，氢气在氯气中点燃实验这个装置的改进难点是，氢气制取微型化后产生氢气量少，火焰观察不明显;为了避免氯气泄漏需要密闭空间，一开始氯气还未大量产生易造成火焰熄灭;如若火焰熄灭，氢气和氯气不断产生混合，易发生爆鸣。故氢气在氯气中的点燃实验，笔者还是比较赞成实验视频的演示。

针对上述难点，笔者设计了一套实验装置，如图4。用试剂瓶装足量的稀硫酸，用小块蚊帐布包裹足量的锌粒绑在铜丝上，铜丝可与锌粒形成原电池加快反应速率。这一制取氢气装置因为反应物量足故可观察到明显火焰，实验结束后将铜丝上提即可停止氢气的产生，剩余的硫酸和锌粒在下一个班的演示实验时还可继续使用。制取氯气的装置在外部，利用Y形试管倾斜控制盐酸与漂粉精反应的量。提前先制取氯气充满Y形试管，避免反应初氯气不足问题。氯气通过玻璃导管直接通在氢气燃烧的火焰上，反应迅速。一旦火焰熄灭或想结束反应就可通过关闭止水夹来停止氯气的通人，避免氢气和氯气一直混合可能产生爆鸣的安全问题，也使得反应结束后装置内残留的氯气极少，方便后续的清理工作。

2.光照条件

氯气与氢气在光照条件下反应的实验相对而言就比较简单，笔者查阅文献发现周益年老师[9]的电解法制取氢气与氯气混合气体的装置尤为经典，如图5装置简单易搭建。而林婕老师[10]们用充电宝作为电解实验的电源装置解决了实验室学生电源装置的笨重和教室或录播室电插头不方便的问题。笔者站在巨人的肩上也尝试了用电解法制取氫气与氯气混合气体并进行光照条件下的反应，实验效果令人满意。

如图6，笔者网上购买了无胶塞注射器，没有胶塞钻洞更方便。购买的2.Omm自动铅笔笔芯作为电极插入钻好的注射器推头上的两个小口。将数据线剪掉USB接口，将红色和黑色线中的铜芯缠绕在两铅笔芯上，用电工胶布固定。往注射器内注入饱和食盐水，及少量盐酸，防止产生的氢氧化钠吸收氯气。注射器口接上一小段吊针输液管，导管末端放人肥皂液中。接通移动电源后，两电极开始产生气泡，肥皂液中产生足够泡泡时停止通电，用手机的相机闪光灯照射，听到爆鸣声。

四、氯气与水或碱溶液的反应

笔者为了利用电解法制取没有混合氢气的氯气，故选择将饱和食盐水换成氯化铜溶液，装置仍同图6，只是用输液管将电解装置的注射器口连接另一注射器，用于收集氯气。收集到5mL的氯气需要5分钟左右时间，在注射器中收集到氯气，可以便捷地用于探究氯气与水或碱溶液的反应。

相同的装置，但不需要用电解法制取氯气，如图7。我们将一支注射器中加入盐酸，另一支注射器中加入漂粉精，将盐酸完全注入漂粉精的注射器中后反应开始，原注有盐酸的注射器又充当收集氯气的作用。为了避免残留盐酸干扰氯水中氯离子和氢离子的检验，也可用止水夹夹住输液管后，重新换上另一支注射器。若想验证干燥氯气无漂白性，可换上放入无水CaCl2棉花团以及干燥的的有色布条的注射器。

五、氯气的综合实验

对于复习课而言，学生已经在学习新课时做过分组实验或看过演示实验及视频，所以没有必要把以上几个实验再单独演示一遍，往往只需要在已有的知识基础上进行氯气氧化性和氯水漂白性的验证实验。也有很多研究者提出了这类氯气性质实验装置的改进，主要为点滴板和试管类型。点滴板类型，将几种验证氯气性质的试剂滴加少量在点滴板的孔穴中，利用注射器往各试剂中加入氯气，这种类型试剂用量少，一个一个反应进行，现象观察更清晰。试管类型的使用大试管、U形管等，模式均是待反应的物质浸润滤纸片按从上到下顺序一起放在试管里，试管里滴加盐酸接触高锰酸钾或其他氧化剂产生氯气，氯气从下往上接触滤纸片发生相应反应，这种类型无氯气泄漏。

笔者设计了如图8的装置进行这一实验。捏扁的矿泉水瓶底加入漂粉精，上部的瓶内壁用双面胶贴上湿润的淀粉碘化钾试纸、滴有NaBr的试纸、湿润的pH试纸、湿润红色纸条、干燥红色纸条等用于检验氯气性质，如担心观察时纸条过多造成混乱，可在纸条上写上试剂作区分。用吸管加入盐酸后迅速盖上盖子，观察现象。实验结束后，用注射器从瓶盖扎入，注入氢氧化溶液，在不拔掉注射器的状态下充分振荡矿泉水瓶，使残留氯气充分被吸收。最后得到的溶液含有次氯酸钠等漂白成分，我们可带领学生拿着这些矿泉水瓶到校园里比较脏的角落如厕所，进行清洗。三亚的校园，可能会有一些建筑工人喜欢嚼槟榔而且还乱吐槟榔水，造成某些地面残留红色槟榔汁渍，我们带着学生用实验最后获取的漂白液去进行清洗，可以让学生学会充分利用实验废料，并且提高环境保护意识。

六、结语

以上笔者设计的实验装置在笔者的教学环境下是可行有效的，但可能其他教学环境下的同行们会觉得某些装置并不是很合适或有更好的选择，例如有的实验室可能没有Y形管，或有的实验室有内外双套的尖嘴导管用于氯气与氢气的燃烧实验更方便。美国社会学家、心理学家赫伯特·西蒙提出的“有限理性说”认为，人做决策时，不可能寻求到“最优”的结果，只能寻求“相对满意”的结果[11]。所以不同教学环境中的教师，寻求到的是环境下所能实现的相对满意的实验改进装置，我们无法追求完美无瑕。仅就氯气相关实验研究提出拙见，与同行们共勉。

参考文献

[1]赵明志，郭华.氯气性质实验的改进[J].化学教育，2002（7-8）：74

[2]聂武坤.关于氯气的实验室制法和性质的演示实验的改进[J].中学化学教学参考，1994，2（5）：22-27

[3] 屈春芸.微型探究实验在高三化学复习课中的应用——以“氯气复习课为例”[J].中学化学教学参考，2017（10）：34-35

[4] 刘强，王磊，张小平.适合学生探究氯气性质的微型实验装置[J].化学教育，2004，25（5）：54-56

[5] 肖莉，丁伟.实验室氯气制法的实验探究[J].化学教学，2010（4）：16-17

[6]程蓉，李娟，刘思曼.氯气实验室制法的综合化改进[J].绵阳师范学院学报，2013，32（11）：134-139

[7]唐思嘉，秦晓桥，陈小军，杜文敏.氯气的制备及其性质实验的简单一体化设计[J].教育与装备研究，2019（1）：44-45

[8]侯立平，王培明，齐俊林.钠在氯氣中燃烧实验的改进[J].化学教育，2013（8）：65-66

[9]周益年.电化学微型实验的开发[J].化学教育，1995（5）：37-38

[10]林捷.电解饱和食盐水微型化学实验案例的设计[J].化学教与学，2018（2）：93-95

[11]（美）赫伯特·西蒙.管理行为[M].詹正茂.北京：机械工业出版社.2004：78