氯气的制取及其性质实验的绿色化设计

摘要

氯气的制取和性质实验是中学化学实验教学的重点内容，但2019年版新教材实验的装置复杂，操作烦琐，串联装置不利于学生观察实验现象，难以进行实验，且实验不够环保。利用生活中的废旧用品设计氯气制取及其性质实验装置，具有操作简便、现象明显和绿色环保的优点。从教学效果看，改进装置在保证教材实验的科学性和改进实验可行性的基础上，能够提高学生的创新思维和增强其绿色化意识。

Graphical abstract

关键词

氯气的制取 / 性质实验 / 绿色化 / 设计

氯气的制取及其性质实验是中学化学实验教学的重点内容。在人教版（2019年）高中化学必修1第二章第二节“氯及其化合物”中，通过一幅“实验室中制取氯气的装置实验图”^［1］展示了氯气的制取及其性质实验，没有文字表述。按照此实验装置图进行氯气制取及其性质实验，笔者发现有以下不足：①实验室采用集气瓶收集氯气，不利于氯气性质实验的操作，且收集后的氯气在实验结束后未经处理；②在进行气体性质探究时，既需要串联多个装置，也需要生成大量气体才能实现；③在课堂中验证氯气性质实验时，利用多只广口瓶进行装置串联不仅容易打翻广口瓶而致其碎裂，而且不利于学生观察实验现象；④在实验后，装置中残留有大量气体，拆分装置时易泄漏，造成环境污染，危害师生健康。为此，笔者设计了“氯气制取装置”及其性质实验，其中的实验用品基本来源于生活，体积小巧，操作简便，现象明显，实验安全无污染，适合用于教师演示实验和学生分组实验，实现了实验教学的绿色化。

1 实验用品

500 mL矿泉水瓶（1只）、长度为30 cm的一次性医疗输液软管（2根，用于左侧的输液软管带有滴壶且末端带有针头）、50 mL医用注射器（2支）、气球（1个）、翻盖塑料瓶若干（盛装化妆品乳液的旧瓶子）、热熔胶枪（1把）、50 mL量程的量筒（1只）；84消毒液、洁厕灵、紫色石蕊溶液、淀粉KI溶液、饱和食盐水、氢氧化钠溶液。

2 实验装置

“氯气制取装置”结构如图1所示。实验装置的主体是一只矿泉水瓶，给矿泉水瓶上部左右两侧对开两个小孔，沿两孔分别插入一根医用输液软管^［2］（插入瓶内长度约2 cm），并用热熔胶枪密封接口；向左侧输液软管的滴壶中注入适量饱和食盐水，并用热熔胶将输液软管固定在瓶身中部；组装好仪器后，关闭两只流速调节阀，给瓶口套上气球，用于贮存多余气体，防止气压过大；向翻盖塑料瓶中分别装入适量的紫色石蕊溶液、淀粉KI溶液和氢氧化钠溶液等试剂。

3 实验步骤及现象

（1） 检查装置气密性：组装好仪器，关闭左侧调节控制阀，打开右侧调节控制阀，用注射器缓慢注入少量空气后关闭右侧调节控制阀，可以观察到气球膨胀，若气球的体积保持一段时间不变，则说明装置气密性良好。

（2） 装入药品：用量筒向矿泉水瓶内加入约50 mL洁厕灵（有效成分：稀盐酸），再安装好气球，随即用注射器吸入约50 mL 84消毒液并将其连接在右侧输液软管上。

（3） 制取氯气：将左侧输液软管（带针头）插入盛有紫色石蕊试剂的翻盖塑料瓶中，打开右侧输液软管上的流速调节阀，缓慢地推进注射器活塞，当50 mL 84消毒液完全推进入矿泉水瓶后，迅速关闭右侧流速调节阀，轻轻振荡矿泉水瓶，瓶中两溶液迅速反应，产生的气体会使气球缓慢膨胀，如图2所示。同时，可以观察到滴壶中产生气泡，且越来越快。

（4） 性质实验：将左侧输液软管（带针头）插入盛有紫色石蕊试剂的翻盖塑料瓶中，打开左侧输液软管上的流速调节阀，观察到翻盖塑料瓶中有气泡产生，紫色石蕊溶液先变红、后褪色；再关闭左侧输液软管上的流速调节阀，拔出输液软管（带针头），并及时盖上塑料瓶的盖子；将左侧输液软管插入盛有淀粉KI溶液的翻盖塑料瓶中，打开左侧流速调节阀，可观察到淀粉KI溶液变蓝。

（5） 尾气处理：实验结束后，关闭左侧输液软管（带针头）上的流速调节阀，拔出针头，再将左侧输液软管插入盛有氢氧化钠溶液的翻盖塑料瓶中；打开右侧输液软管上的流速调节阀，利用注射器通过右侧输液软管向矿泉水瓶内注入氢氧化钠溶液，轻轻振荡矿泉水瓶，黄绿色气体消失，气球体积恢复到初始状态。

4 注意事项

（1） 在实验过程中，气球容易脱落而漏气，笔者经反复试验，在矿泉水瓶瓶口塞上一个带孔的橡胶塞，尺寸大的一头向外，再将气球套在橡胶塞上，这样气球就可以稳稳地固定在矿泉水瓶瓶口处而不会脱落了^［3］。

（2） 在实验过程中，若感到氯气的量不够，可先关闭“氯气制取装置”左侧输液软管（带针头）上的流速调节阀，再利用注射器通过右侧输液软管分别注入洁厕灵和84消毒液，即可继续生成氯气，不需要打开仪器，这样就可避免氯气的泄漏，更加安全。

5 实验设计优点

（1） 滴壶中的饱和食盐水不仅便于观察气体流速，还可除去氯气中的杂质氯化氢，避免杂质对氯气性质探究实验的干扰。同时，便于学生直观了解氯气难溶于饱和食盐水这一知识点。

（2） 翻盖塑料瓶体积小巧，盖子可以随时打开和关闭，可以防止少量气体的泄漏，且操作简便、试剂用量少、现象明显、便于展示、通用性强。

（3） 利用生活中的矿泉水瓶、输液软管、注射器、洁厕灵以及84消毒液等常见仪器和试剂，快速制取氯气，便于携带、展示。

（4） 实验设计整合了制取、除杂、性质检验和尾气处理等功能，只要调节左右流速调节阀，就可以控制气体流速；装置密封性好，实验过程不会产生污染，培养了学生的环保意识；鲜艳的气球由大变小，现象明显，趣味性强。

（5） 该实验设计紧贴生活，绿色环保，学生能很好地理解为什么生活中84消毒液和洁厕灵不能混用的原因。

（6） 实验设计的拓展性好，该装置不仅可用于制取氯气，也可用于制取氢气、氧气、二氧化硫，铜与硝酸反应等各种实验，既适用于液体与液体的反应，也适用于固体与液体的反应。

在实验设计时，创造性地利用生活中的废旧用品和生活用品制取氯气并进行了氯气的性质探究，实现了实验用品的绿色化；采用医疗输液软管中的流速调节阀进行氯气的性质探究，避免了氯气泄漏造成的环境污染，实现了实验过程的绿色化。该实验设计很好地体现了科学探究与创新意识、科学精神与社会责任，培养了学生的绿色化意识^［4］。

参考文献

[1] 人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.普通高中教科书化学必修第一册（2019年版）［M］.北京：人民教育出版社，2022.

[2] 杨莉春，卢永存.氯气的制取及性质实验创新设计［J］.中学化学教学参考，2020（08）：46-47.

[3] 朱丽娜.“氯气制取及验证性质”实验的改进［J］.实验教学与仪器，2017，34（10）：31-32.

[4] 阙荣辉，吴进，吴凤兮，等.氯气的制取与性质实验绿色化设计［J］.化学教育，2017，38（03）：68-69.