實(shí)驗(yàn)室制備氯氣和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)室制備氯氣及其性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改良1曾祥書(shū)2史光源〔1，2黔西第一中學(xué)貴州畢節(jié)地區(qū)黔西551500〕摘要：氯氣是一種有毒氣體，教科書(shū)中沒(méi)有安排氯氣的制取方法，只安排了局部性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)假設(shè)采用教科書(shū)中的實(shí)驗(yàn)方法，需事先制備氯氣，而制備氯氣所需藥品的用量大，在實(shí)際操作中的效果并不理想：有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，有些操作方法不合理、不簡(jiǎn)便，有些實(shí)驗(yàn)氯氣易外逸污染空氣。為了解決上述問(wèn)題，我們結(jié)合多年的對(duì)“氯氣的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)〞研究，形成了對(duì)“氯氣的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)〞的綠色化改良方案。關(guān)鍵詞：氯氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)綠色化綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)改良一、氯氣的制備1.對(duì)裝置的認(rèn)識(shí)教材中對(duì)氯氣的制備常采用MnO2和濃HCl來(lái)制備制備，其裝置圖如下：濃鹽酸濃鹽酸MnO2NaOH溶液該裝置中有以下幾個(gè)缺陷：〔1〕鹽酸的用量不好控制，開(kāi)始加鹽酸，氣體會(huì)從分液漏斗中出來(lái)〔壓強(qiáng)問(wèn)題沒(méi)有解決〕；〔2〕收集到的氯氣含有水和氯化氫氣體等雜質(zhì)；〔3〕尾氣的處理沒(méi)有緩沖平安保護(hù)措施；〔4〕收集滿(mǎn)氯氣的集氣瓶在蓋玻璃片時(shí)，氯氣會(huì)溢出來(lái)；〔5〕藥品浪費(fèi)較大。2.綠色化的改良=5\*GB3⑤=3\*GB3③=1\*GB3①帶開(kāi)關(guān)的輸液袋=2\*GB3②廣口瓶=3\*GB3③注射器=4\*GB3④帶有夾子的排水導(dǎo)管=5\*GB3⑤排氣的導(dǎo)管=6\*GB3⑥平底試管〔經(jīng)處理的注射器〕=7\*GB3⑦廣口瓶=1\*GB3①=2\*GB3②=6\*GB3⑥=5\*GB3⑤=1\*GB3①=4\*GB3④2.2實(shí)驗(yàn)步驟2.3改良后優(yōu)點(diǎn)1、由半封閉裝置改良為全封閉裝置，完全消除了氯氣對(duì)環(huán)境的污染。2、所用的儀器簡(jiǎn)單易得，裝置連接容易，操作方便。3、便于控制氮?dú)獾漠a(chǎn)生和停止，現(xiàn)象明顯，成功率高，平安可靠。4、設(shè)計(jì)精巧，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。5、本裝置還適用于氯化氫、硫化氫、二氧化硫等氣體的制備。二、氯氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的綠色化改良Cl2水或堿Cl2水或堿§1.1對(duì)氯氣與水、堿反響的常用裝置認(rèn)識(shí)該裝置存在以下缺陷：氯氣在水或堿中的反響程度較小，通入氯氣的速度不好控制；反響后溶液中仍有剩余氯氣，撤出裝置時(shí)氯氣會(huì)泄露?！?.2氯氣與水、堿反響裝置的綠色化為了防止Cl2和水、堿反響時(shí)氣體外逸，對(duì)環(huán)境造成污染，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了如下改良：=1\*ROMANI、實(shí)驗(yàn)儀器醫(yī)用注射器〔50ml〕、礦泉水瓶(550ml)、橡皮塞。=2\*ROMANII、操作步驟=1\*GB3①收集一礦泉水瓶Cl2，用橡皮塞塞緊。=2\*GB3②用注射器吸取50ml左右的水從橡皮塞處注入瓶中，振蕩瓶子。=3\*GB3③用注射器吸取少量紫色石蕊溶液從橡皮塞處注入該瓶中。=4\*GB3④最后用注射器吸取10ml左右的NaOH溶液也從橡皮塞處注入該瓶中，振蕩瓶子。=3\*ROMANIII、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象=1\*GB3①用注射器吸取50ml左右的水注入瓶中，振蕩瓶子時(shí)，瓶子迅速變癟，且所得溶液為黃綠色。=2\*GB3②用注射器吸取少量紫色石蕊溶液注入瓶中，先變紅，振蕩后褪色。=3\*GB3③用注射器吸取10ml左右的NaOH溶液注入瓶中，振蕩瓶子時(shí)，瓶子完全變癟，黃綠色褪去變成無(wú)色溶液。=4\*ROMANIV、結(jié)論=1\*GB3①由現(xiàn)象1可知Cl2為黃綠色。Cl2能溶于水，且新制的氯水中含有Cl2。=2\*GB3②由現(xiàn)象2可知Cl2不但能溶于水，而且和水反響生成了H+和漂白性的HClO分子。=3\*GB3③由現(xiàn)象3可知Cl2和堿反響。=5\*ROMANV、優(yōu)點(diǎn)=1\*GB3①平安可靠，無(wú)污染。=2\*GB3②取材方便，做到了廢物利用，節(jié)省了資金。=3\*GB3③裝置簡(jiǎn)單，操作方便，現(xiàn)象明顯，易激發(fā)學(xué)生的興趣。=4\*GB3④本實(shí)驗(yàn)不僅可以驗(yàn)證Cl2與水、堿的反響，也能確定氯水的成分和物理性質(zhì)，一舉多得，節(jié)約了原料。=6\*ROMANVI、考前須知：收集時(shí)要使Cl2濃度大些。Cl2HCl2H2蓋玻片§2.1對(duì)氫氣在氯氣中燃燒的常用裝置認(rèn)識(shí)裝置如下列圖：2海綿Zn1稀硫酸2海綿Zn1稀硫酸圖2氫氣在氯氣中燃燒揭開(kāi)蓋玻片的瞬間氯氣會(huì)泄露出來(lái)，底部的氯氣和氫氣不能完全反響。空氣中的氧氣會(huì)參與反響，存在平安隱患?！?.2氫氣在氯氣中燃燒的綠色化改良=1\*ROMANI、實(shí)驗(yàn)用品及裝置圖盛滿(mǎn)Cl2的單球枯燥管、30mL廣口瓶、帶有多用滴管和直角玻璃導(dǎo)管的橡皮塞、帶有橡皮塞的尖嘴玻璃導(dǎo)管、玻璃水槽(高50mm、Φ90mm)、試管(10×75mm)、海綿Zn、稀H2SO4、NaOH溶液、水。=2\*ROMANII、實(shí)驗(yàn)步驟(1)把多用滴管內(nèi)的稀H2SO4注入盛有海綿Zn的廣口瓶中，檢驗(yàn)H2的純度。(2)點(diǎn)燃H2后，插入盛滿(mǎn)Cl2的枯燥管中，使枯燥管豎直向上，觀察到H2在Cl2中燃燒，發(fā)出蒼白色火焰，H2在Cl2中燃燒生成HCl氣體，從枯燥管溢出后，與空氣中的水蒸氣結(jié)合，形成白霧。(3)向枯燥管中注入NaOH溶液，振蕩。NaOH與HCl、剩余的少量Cl2反響，生成無(wú)害的NaCl、NaClO和H2O。3、銅在氯氣中燃燒§3.1對(duì)銅在氯氣中燃燒的常用裝置的認(rèn)識(shí)該裝置的缺陷：揭開(kāi)玻璃片的瞬間氯氣會(huì)泄露出來(lái)，底部的氯氣和銅不能完全反響。生存的煙太多，嚴(yán)重帶出大量的氯氣。燃燒管圖3蒸餾水螺旋狀的銅絲§3.2銅在氯氣中燃燒的綠色化=1\*ROMANI、實(shí)驗(yàn)用品及實(shí)驗(yàn)裝置(圖3)

盛滿(mǎn)Cl2的燃燒管、一個(gè)帶有多用滴管的橡皮塞、螺旋燃燒管圖3蒸餾水螺旋狀的銅絲狀Cu絲、酒精燈、蒸餾水。=2\*ROMANII、實(shí)驗(yàn)步驟(1)把附在橡皮塞上的螺旋狀Cu絲加熱至紅熱，迅速插入盛滿(mǎn)Cl2的燃燒管中，會(huì)觀察到Cu絲燃燒，生成棕色的煙。(2)將多用滴管內(nèi)的蒸餾水注入枯燥管中，振蕩，使棕色的煙—CuCl2小顆粒溶于水中后溶液呈藍(lán)綠色。=3\*ROMANIII、考前須知(1)在使用時(shí)要輕輕振蕩試管，讓氯氣充分反響完。(2)假設(shè)實(shí)驗(yàn)后剩余有少量Cl2，也會(huì)溶于水中，生成無(wú)害的HClO和HCl。結(jié)束語(yǔ)：綠色化學(xué)的最大特點(diǎn)在于它是在始端就采用實(shí)現(xiàn)污染預(yù)防的科學(xué)手段，因而過(guò)程和終端均為零排放或零污染?；谶@點(diǎn)，我們有效地進(jìn)行了氯氣制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的綠色化改