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氯气的制取及系列性质整合实验湘乡市东山学校陈思丽一、实验在教材中所处地位与作用氯气是一种比较典型的、重要的非金属单质，高中化学必修一第四章第二节将氯气的性质进行了比较全面的学习和研究，其中包括：与金属单质的反应；与非金属单质氢气的反应；与水反应，氯水的漂白性；与碱的反应，制漂白液的原理。不仅让学生了解典型的非金属单质及其化合物的性质，而且对学生全面认识化学元素，尤其是了解其他非金属元素的性质，形成正确的学习方法等具有重要的作用。在教材中，有关氯气与非金属单质氢气的燃烧反应，氯气和氯水是否具有漂白性分别设置了演示实验。氯气的性质及实验一直是高考的重要考点之一。所以做好成功的演示实验显得尤为重要。二、实验原型及不足之处下图是[普通高中课程标准实验教科书化学1必修，人教版，2007年3月第3版第83页]教材上[实验4—3氢气在氯气中燃烧]的实验装置图以及[实验4-4氯水的漂白作用][实验4-5干燥的氯气能否漂白物质]实验操作图。不足之处：1、这些性质实验过程都在开放环境中进行，都有大量的氯气扩散到教室里，会污染教室空气，对教师和学生的身体健康有较大影响，甚至引起中毒。2、这些实验看似简单，但储备工作极其复杂繁琐。该实验都是建立在上课前就要收集好氯气的基础上。而氯气是一种有强烈刺激性气味的有毒气体，在收集过程中不管是采用排饱和食盐水的办法还是向上排空气法，都会有大量氯气扩散到空气当中，污染环境。制取氯气后的尾气以及反应器中的残留物不好处理。3、氢气在氯气中燃烧实验，点燃前要进行氢气验纯，麻烦而且危险性较大，容易爆炸，不好操，并且在燃烧的过程中会有大量氯气泄露。三、对该实验的研究现状实验装置繁琐。制得的氯气不经过洗气会含有较多氯化氢气体。浓盐酸的浓度在10mol/L以上，故利用率大大降低。多余的氯气不能充分利用，只能被氢氧化钠溶液吸收。2、河北武邑中学贾俊起老师对《氯气的实验室制法》进行了改进（4）改进后优点①提高了盐酸的利用率②实验装置简单3、云南省昭通市昭阳区一中王熙文老师对实验进行了改进改进实验的优点：①氯气的漂白性实验和与卤化合物的置换反应实验一次性完成②提高了氯气的利用率，缩短了实验时间，现象对比明显。③用注射器推入氯气便于氯气量的控制，最后用空气带动氯气进入氢氧化钠溶液中，消除了残留物在装置中的氯气的污染。4、河南省新乡市第一卫生学校刘宇生自制微型化学实验装置改进后的优点：①制作简单，操作方便，现象明显，效果独特。②微型化学实验，节约药品，节约时间。四、实验的创新与改进之处大多数人是对氯气的制备以及漂白性实验进行了比较多的改进，而有关氢气在氯气中的燃烧实验很少有人设计创新实验。所以针对这点本套装置重点是针对氢气在氯气中的燃烧实验进行改进，结合实际，精心设计，它的特点有：1、将氯气的制备、性质实验、废弃液处理一并完成，既节约时间，现象又明显。2、操作非常简单，而且尽可能地避免了氯气溢出造成环境污染。3、设计了氢气燃烧的安全防爆燃烧器装置，既使实验操作更简单又增加实验的安全性，而且让学生看到明显的苍白色火焰。4、通过该实验可以将课堂设置为探究式学习课，让学生通过观察实验现象，分析氯气具有哪些性质，培养学生观察能力，分析探究问题的能力。并且通过言传身教，鼓励培养学生创新能力。五、实验仪器药品：1、仪器：大小T形管两个、锥形瓶两个、洗气瓶一个、烧杯两个、20ml注射器两支、导管、铁夹开关四个、红纸两张2、药品：锌粒、高锰酸钾固体、稀盐酸、浓盐酸、氢氧化钠溶液、浓硫酸、酚酞试剂、水六、实验原理及装置说明：（包括实验装置设计图）1、实验原理：首先让稀盐酸和锌粒和制取氢气，点燃，观察其火焰为淡蓝色，再让浓盐酸和高锰酸钾制取氯气，让氯气在燃烧嘴处与氢气汇合，使氢气在氯气中燃烧，火焰变成苍白色。再关闭开关K2使得氯气沿导管往右边走，通过浓硫酸干燥后进行氯气的漂白性试验。湿润的红纸褪色而干燥的红纸不褪色。尾气用滴加了酚酞的NaOH吸收，同时也制取了漂白剂，红色褪去。最后实验结束利用注射器倒吸将氢氧化钠吸入锥形瓶中处理锥形里的废气液。2、涉及的反应：Cl2的制备：2KMnO4+16HCl=2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2OH2的制备：Zn+HCl=ZnCl2+H2H2在Cl2中的燃烧：H2+Cl2=2HClCl2与H2O的反应：Cl2+H2O=HCl+HClOCl2与碱的反应：Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O3、实验装置设计：①简易防爆燃烧器的设计：一只T形玻璃三通管，用一根较细点的尖嘴玻璃导管穿过T形三通管的直管，在输出氢气的尖嘴玻璃导管里，填入缠绕的细铜丝团，万一氢气不纯，产生的回火在铜丝间迅速散热降温，温度降到着火点之下而自行熄灭，铜丝起到导热阻燃作用，就不会出现爆炸事故了。尖嘴导管中导管下端再连接一个尖嘴导管，不仅起到固定铜丝位置的作用，也可增加实验安全防爆系数。②燃烧器下端导管连接用来制取氢气的锥形瓶。③燃烧器右端支口用来连接制取氯气的装置。装置如下图所示：七、实验过程：1、按图连接好装置，检查装置的气密性。2、按图上所示添加药品。3、打开K1、K2关闭K3、K4，将稀盐酸注入放了锌粒的锥形瓶中，氢气从内管排出，点燃，可观察到氢气在空气中燃烧生成淡蓝色的火焰；4、将浓盐酸注入放了高锰酸钾的锥形瓶中，生成的氯气包围在氢气火焰外面，火焰立即变成苍白色。5、关闭K1、K1打开K3，可观察到干燥的红纸红纸不褪色而湿润的红纸褪色；6、氯气尾气通入滴有酚酞的氢氧化钠中，可观察到红色逐渐褪去。7、等反结束后，关闭K3，打开K4，用注射器抽气，将氢氧化钠吸入锥形瓶中，处理锥形瓶中大量的废弃液。八、自我评价改进后的装置优点1、燃烧嘴设计成了防爆装置，安全系数高，适用于所有可燃性气体燃烧实验。2、实验将氯气的制备、氢气在氯气中燃烧、干燥氯气与氯水的漂白性、氯气与碱反应制漂白剂、废弃液处理一体化，一次性完成。3、实验速度快，操作简单，现象明显，成功率高。4、从氯气制备到性质实验到废弃液处理，在整个过程当中都尽可能的避免了氯气排到空气当中，符合绿色环保理念。5、通过实验现象让学生真实地去体验氯气的物理化学性质，可信度高。6、也让学生学会实验室另外一种快速制取氯气的方法和原理。7、此装置若改变所加药品，可用于其他有毒、有污染气体制备、燃烧、及性质实验。比如按该装置可用于所做的实验有：氨气在纯氧里燃烧及氨气的性质实验；氨气在氯气里燃烧及氯气的性质实验；硫化氢在氯气里燃烧及硫化氢的性质实验；等