实验室制备氯气和性质实验的改进

实验室制备氯气及其性质实验的改进

1

曾祥书 2

史光源

（

1，2

黔西第一中学 贵州毕节地区黔西 551500）

摘 要：氯气是一种有毒气体，教科书中没有安排氯气的制取方法，只安排了部分性质实验。实验时若采用教科书中的实验方法，需事先制备氯气，而制备氯气所需药品的用量大，在实际操作中的效果并不理想：有些实验现象不明显，有些操作方法不合理、不简便，有些实验氯气易外逸污染空气。为了解决上述问题，我们结合多年的对“氯气的制备和性质实验”研究，形成了对“氯气的制备和性质实验”的绿色化改进方案。 关键词：氯气的性质 实验绿色化 绿色化学 实验改进

一、氯气的制备 1.对装置的认识

教材中对氯气的制备常采用MnO 2和浓HCl 来制备制备，其装置图如下：

该装置中有以下几个缺陷：

（1）盐酸的用量不好控制，开始加盐酸，气体会从分液漏斗中出来（压强问题没有 解决）；

（2）收集到的氯气含有水和氯化氢气体等杂质； （3）尾气的处理没有缓冲安全保护措施；

（4）收集满氯气的集气瓶在盖玻璃片时，氯气会溢出来； （5）药品浪费较大。

2.绿色化的改进 2．1实验装置图

溶液

2.2实验步骤

1.检查装置气密性。按图所示组装好装置，关闭④处的夹子和①处的夹子，向外拉注射器，若不能拉动，说明装置气密性好。

2．在广口瓶中装满饱和的氯化钠溶液，向⑥中加入约0.5克高锰酸钾，在输液袋中加含FeSO 4的30mL 浓盐酸，并将橡皮塞塞在广口瓶上。

4.用20mL 注射器吸取约15mL 氢氧化钠饱和溶液；然后将注射器插在橡皮塞上。

5.打开④处的夹子和①处的夹子，向⑥中加含FeSO 4的30mL 浓盐酸，此时浓盐酸与高锰酸钾立即反应，并很快可以看到有黄绿色的气体产生。产生的氯气通过排饱和氯化钠溶液，充满广口瓶。

6.收集满氯气关闭④处的夹子，在④处换上其他集气瓶再打开④处的夹子进行收集。 7．最后用注射器向广口瓶中注入氢氧化钠溶液，以吸收尾气。

2.3改进后优点

1、由半封闭装置改进为全封闭装置，完全消除了氯气对环境的污染。

2、所用的仪器简单易得，装置连接容易，操作方便。

3、便于控制氮气的产生和停止，现象明显，成功率高，安全可靠。

4、设计精巧，能激发学生学习兴趣，培养了学生的创新思维。

5、本装置还适用于氯化氢、硫化氢、二氧化硫等气体的制备。 二、氯气的性质实验的绿色化改进

1、氯气和水、碱的实验

§1.1对氯气与水、碱反应的常用装置认识

Cl 2

⑤

①带开关的输液袋

②广口瓶 ③注射器

④带有夹子的排水导管 ⑤排气的导管

⑥平底试管（经处理的注射器） ⑦广口瓶

该装置存在以下缺陷：

（1）氯气在水或碱中的反应程度较小，通入氯气的速度不好控制；

（2）反应后溶液中仍有剩余氯气，撤出装置时氯气会泄露。

§1.2氯气与水、碱反应装置的绿色化

为了防止Cl2和水、碱反应时气体外逸，对环境造成污染，我们对实验进行了如下改进：

I、实验仪器

医用注射器（50ml）、矿泉水瓶(550ml)、橡皮塞。

II、操作步骤

①收集一矿泉水瓶Cl2，用橡皮塞塞紧。

②用注射器吸取50ml左右的水从橡皮塞处注入瓶中，振荡瓶子。

③用注射器吸取少量紫色石蕊溶液从橡皮塞处注入该瓶中。

④最后用注射器吸取10ml左右的NaOH溶液也从橡皮塞处注入该瓶中，振荡瓶子。

III、实验现象

①用注射器吸取50ml左右的水注入瓶中，振荡瓶子时，瓶子迅速变瘪，且所得溶液为黄绿色。

②用注射器吸取少量紫色石蕊溶液注入瓶中，先变红，振荡后褪色。

③用注射器吸取10ml左右的NaOH溶液注入瓶中，振荡瓶子时，瓶子完全变瘪，黄绿色褪去变成无色溶液。

IV、结论

①由现象1可知Cl2为黄绿色。Cl2能溶于水，且新制的氯水中含有Cl2。

②由现象2可知Cl2不但能溶于水，而且和水反应生成了H+和漂白性的HClO分子。

③由现象3可知Cl2和碱反应。

V、优点

①安全可靠，无污染。

②取材方便，做到了废物利用，节省了资金。

③装置简单，操作方便，现象明显，易激发学生的兴趣。

④本实验不仅可以验证Cl2与水、碱的反应，也能确定氯水的成分和物理性质，一举多得，节约了原料。

VI、注意事项：

收集时要使Cl2浓度大些。

2、氢气在氯气中燃烧

§2.1对氢气在氯气中燃烧的常用装置认识 装置如下图： 该装置的缺陷：

揭开盖玻片的瞬间氯气会泄露出来，底部的氯气和氢气不能完全反应。空气中的氧气会参与反应，存在安全隐患。

§2.2氢气在氯气中燃烧的绿色化改进 I 、实验用品及装置图

盛满Cl 2的单球干燥管、30mL 广口瓶、带有多用滴管和直角玻璃导管的橡皮塞、带有橡皮塞的尖嘴玻璃导管、

玻璃水槽(高50mm 、Φ90mm)、试管(10×75mm)、海绵Zn 、稀H 2SO 4、NaOH 溶液、水。

II 、实验步骤

(1)把多用滴管内的稀H 2SO 4注入盛有海绵Zn 的广口瓶中，检验H 2的纯度。

(2)点燃H 2后，插入盛满Cl 2的干燥管中，使干燥管竖直向上，观察到H 2在Cl 2中燃烧，发出苍白色火焰，H 2在Cl 2中燃烧生成HCl 气体，从干燥管溢出后，与空气中的水蒸气结合，形成白雾。

(3)向干燥管中注入NaOH 溶液，振荡。NaOH 与HCl 、剩余的少量Cl 2反应，生成无害的NaCl 、NaClO 和H 2O 。 3、铜在氯气中燃烧

§3.1对铜在氯气中燃烧的常用装置的认识

该装置的缺陷：揭开玻璃片的瞬间氯气会泄露出来，底部的氯气和铜不能完全反应。生存的烟太多，严重带出大量的氯气。 §3.2铜在氯气中燃烧的绿色化 I 、实验用品及实验装置(图3)

盛满Cl 2的燃烧管、一个带有多用滴管的橡皮塞、螺旋 状Cu 丝、酒精灯、蒸馏水。 II 、实验步骤

(1)把附在橡皮塞上的螺旋状Cu 丝加热至红热， 迅速插入盛满Cl 2的燃烧管中，会观察到Cu 丝燃烧，

Cl 2

H 2

盖玻片

2 海绵Zn

1 稀硫酸

图2 氢气在氯气中燃烧

燃烧管

图3

蒸馏水