氯气与水反应实验装置的改进

风风1号

1 问题的提出

人教版必修第一册“氯及其化合物\"引入了高中化学阶段学生所接触到的第一种非金属元素一氯，同时也为后续学习硫、氮等多价态非金属元素奠定了基础，提供了必要的理论支撑和方法指导。

其中，氯气与水的反应以及漂白性物质的探究是教学的重难点。教材中的实验步骤为：（1取干燥的和湿润的有色纸条（或布条）各一条，分别放入两个盛有干燥氯气的集气瓶中，盖上玻璃片，观察现象；（2）将有色鲜花放入盛有干燥氯气的集气瓶中，盖上玻璃片，观察现象。该实验分别在两个集气瓶中分步进行，能观察到湿润的有色纸条和有色鲜花褪色，能证明生成物次氯酸的强氧化性，但不能证明有 H+ 、CI的存在。在实际教学中，还发现其不便于同时观察现象、不能同时验证产物的多种性质，存在一定的安全风险等。鉴于氯气的毒性，许多教师更倾向于通过播放视频的形式代替这一实验。

要。通过一套装置既可同时检验多种离子，又可降低实验成本，便于学生更好地掌握相关知识。

为了克服以上不足，将气体制备、性质检验及尾气处理进行整合，形成“一体化”的实验装置显得尤为重

查阅有关文献，多位研究者对氯气与水的反应实验进行了改进设计。李振雯等利用三颈烧瓶设计密闭的实验装置，提升了实验安全性，但采用针筒收集氯气的方式，未实现制备、性质检验及尾气处理的一体化，且实验药品的用量较大；黄翠玉等2设计的制取氯水及验证性质的实验装置，实现了现场制备氯气，但氯气制备和性质检验仍要分开进行；李玲丽等[3设计的实验，氯气制备与性质检验分开进行，存在氯气泄漏风险，将pH试纸放入含有紫色石蕊和石油醚的溶液中，很容易导致试纸落人溶液中，影响了实验效果。综上，本研究设计了一款便携、密封的一体化实验装置，旨在增强学生动手实验的能力，提升科学探究的创新意识。

2 实验装置及实验

2.1 实验目的

通过观察紫色石蕊试纸的变色和溶液中沉淀的生成情况，探究氯气与水反应产物的酸性（ H+ ）、漂白性（CIO）以及产物中的 cl- 。引导学生从宏观视角观察现象到从微观视角剖析反应微粒，培养学生的微粒观和变化观。在整个探究过程中鼓励学生敢于质疑、勇于创新，引导他们从实验现象中提取有效信息，进行逻辑推理和判断，以培养科学探究与创新意识素养。

2.2 实验仪器及试剂

实验仪器及用品：气球1个 ，5mL 注射器2支（无金属针头）注射器1支（无金属针头）定制Y型管1支（管口外径 30mm ，左右两边管长各 8cm ，上单管长 5cm ）、吸管1根、透明胶、纱布、橡皮筋、脱脂棉、珍珠棉方块、圆柱型容器、铁架台（带有铁夹）

实验试剂及用量 ：2mL6mol/L 的浓盐酸 、2.5mL 0.6molL 高锰酸钾溶液 ⋅2mL 饱和食盐水 ⋅4amp; 无水氯化钙 5mL 蒸馏水 Ω.2mL 稀硝酸酸化后的硝酸银溶液、7.5mL1mol/L 氢氧化钠溶液

2.3 实验装置

新设计的实验装置如图1所示，长短吸管的走向已标出。其中，Y型管的使用旨在实现干燥与湿润石蕊试纸的有效隔离；Y型管左下角放置无水氯化钙，确保石蕊试纸的干燥状态；右下角的蒸馏水则促进氯气与水的充分反应，便于后续CI的检验；湿润的石蕊试纸用于检测反应产物的酸性和漂白性。此外，珍珠棉方块不仅支撑了圆柱型容器与脱脂棉，还有效减缓了水分子的扩散，并通过切开的小孔为吸管提供了通道；由于氯化氢在饱和食盐水中的溶解度比氯气大，因此浸润了饱和食盐水的脱脂棉能够选择性吸收挥发出来的氯化氢气体；圆柱型容器内的高锰酸钾溶液与浓盐酸反应，用于制备氯气；酸化后的硝酸银溶液则用于检验反应产物中的 cl- 。另外，注射器去除金属针头是为了防止浓盐酸和 AgNO3 溶液与针头的铁发生反应，对实验现象产生干扰；而小气球的设置起到了平衡内外气压、防止氯气泄露的作用。

表1实验步骤、现象及结论

按上述步骤进行实验，可观察到干燥的石蕊试纸始终不变色，湿润的石蕊试纸先变红后褪色，Y型管右端溶液中产生白色沉淀，气球逐渐变大后不变。

反应结束后，加入 7.5mL1mol/L 的氢氧化钠溶液对尾气进行处理。

3 实验装置的优点

（1）现象明显—使用紫色石蕊试纸代替教材实验中的有色布条和鲜花，可通过石蕊试纸的变色情况证明 H+"、 ClO-"的存在；使用长吸管导流稀硝酸酸化的 AgNO3"溶液，可通过沉淀的生成情况证明CI的存在。

（2）封闭防泄漏一全程实验用品均在装置中，注射即发生反应，并有气球平衡气压，全程密封，避免了氯气泄露造成的风险。

（3）操作简便一从气体制备到性质检验，再到尾气收集，均在同一个Y型管装置内完成，仅需将注射器内的药品溶液注入即可观察到反应现象，操作简便，方便快捷，突出教学重点。

（4）实验药品微量—较环保、节约、安全，实验装置主体仅需借助铁架台支撑起Y型管即可，组装过程十分简便，相比于教材和现有文献，试剂用量较少，符合绿色化学理念。

（5）具有良好的普适性一除了氯气，该装置还可以推广至二氧化硫、氨气等有毒气体的实验。

参考文献：

[1］李振雯，秦浩正.氯气与水反应实验的设计及相关教学探讨[J].化学教学，2018，（4）：69～72.

［2」黄翠玉，张贤金．“氯水的成分探究”实验装置改进及教学模式探究[J].化学教学，2019，（4）：54～57.

[3］李玲丽，李忠恒，周丽梅.氯气与水反应产物的探究[J].实验教学与仪器，2021，38（4）：37～38.