张淑珍
浙江省温州市龙湾区永强中学，浙江 温州325000
摘要：结合中学化学教学实际，本着简单易操作、实验时无污染无刺激的原则，巧用单排气体分配器对这氯气的制备和性质一体化实验做了创新和改进。改进后的实验试剂用量少、防止环境污染、现象较明显，充分体现了绿色化学的理念，突出了化学学科特征，发挥了实验的教育功能。
关键词：氯气制备 性质探究 一体化 单排气体分配器
《普通高中化学课程标准》实施建议中指出:“要鼓励教师和实验管理人员开发实验仪器，研究低成本、少污染的化学实验，同时也鼓励学生和教师设计富有特色的实验和实践活动。”【1】 氯气的性质实验是教材中很重要的演示实验之一。在教学过程中为了更好的让学生掌握氯气的重要性质，课堂上演示氯气的性质实验是必不可少的。然而在实际教学中这部分实验演示时存在这样几个问题：（1）氯气制备和性质实验是分开进行的，存在试剂用量大、仪器多、操作繁等不足。（2）且需要课前将氯气收集在集气瓶中，如若集气瓶气密性不好，氯气容易泄漏，影响课堂实验效果。（3）课堂上将灼热的铁丝或者铜丝插入集气瓶时，需要将集气瓶的橡胶塞打开换成玻璃片，在检验燃烧后的产物时需要往集气瓶中加水，这些操作都会导致氯气以及燃烧产物溢出集气瓶，污染教室内环境，危害师生身体健康，不利于培养学生的环保意识。（4）教材中实验没有涉及到氯气与卤化物的置换反应以及氯水对品红溶液和紫色石蕊的漂白，不利于学生形成系统全面的知识。而对于氯气的制备和性质探究的一体化设计也有不少学者做了研究并取得了不少成果。如：李猛的“氯气制备及性质实验的一体化设计”【2】，罗兵的“氯气制备及性质实验装置的组合化与微型化设计”【3】，游建军的“氯气性质实验创新设计”【4】等。
但是，他们做到一体化设计性质实验都只是限于氯气与一些不需要加热的物质的反应，如金属钠，溴化钠溶液，氯化亚铁溶液，品红溶液等。而教材中提到的两个很重要的实验氯气和铜、氯气和铁的反应却无法实现与其他性质探究实验的一体化设计。因为在实验中如果要想实现一体化就需要设计一个密闭体系让氯气通过，若事先加热好铜丝或铁丝再伸如收集有氯气的仪器就会造成漏气，若在密闭体系里加热就会需要压强过大且加热效果不好的难题。针对这些问题，本文巧妙用到了单排气体分配器，不仅探究了氯气的氧化性、氯水的漂白型，同时还实现了氯气和两种金属同时反应的一体化设计。改进实验如下。
一、实验用品
仪器：分液漏斗、锥形瓶、U型干燥管、单排气体分配器、试管，烧杯，玻璃导管、橡皮管、气球、注射器。
药品：浓盐酸、MnO2、无水氯化钙、钠、铜粉、铁粉、红纸。
二、实验装置图
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图1 实验装置
三、实验操作
按装置图（如图1所示）所示组装好仪器后，检查装置气密性。在圆底烧瓶中加入MnO2，分液漏斗中装入浓盐酸。实验步骤如下：
1. 为了更好的收集氯气，用抽气泵通过气体分配器尾端将2，3，4号试管内的气体抽走并及时关闭各自的通气阀门。打开分液漏斗的活塞，缓慢地向圆底烧瓶中滴加浓盐酸。看到圆底烧瓶内产生黄绿色的气体，气体经过装有饱和食盐水的洗气瓶后，到达U型管，再到气体分配器，可以明显看到气体分配器中出现黄绿色气体。
2. 关闭装置末端止水夹，打开1号通气阀门，可以看到气球鼓起，黄绿色气体进入试管。关闭1号阀门，打开2号通气阀门，可以看到气球鼓起，氯气迅速进入1号试管并与钠反应生成白色的氯化钠。关闭2号阀门，打开3号阀门，可以看到气球鼓起，试管内被黄绿色的气体充满。关闭3号阀门，打开4号阀门，同样可以看到气球鼓起，试管内被黄绿色的气体充满。关闭4号阀门，打开末端止水夹，用两个酒精灯同时加热两支大试管，可以看到铁粉燃烧且产生大量棕褐色的烟，铜片在氯气中燃烧产生棕黄的烟，30S左右停止加热试管。
3. 等待约2min试管冷却后，用医用留置针通过试管上端橡胶塞往3，4号两支试管上中注水，水进入两支具支试管，装有铁粉的试管中产物溶解后变成黄色的溶液，装有铜的试管中产物溶解后变成蓝色的溶液。
4. 用充气泵通过分液漏斗上口鼓起，将装置内的残留的氯气鼓入集气袋中，这样，装置中几乎没有氯气残留。
四、实验现象与结论
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图2实验现象
1.干燥的红纸不褪色，证明氯气没有漂白性，湿润的红纸褪色，证明湿润的氯气有漂白性（如图2-1）。
2.装有水的试管中出现黄绿色气体，导管内液面上升，轻轻摇动试管，一段时间后，液面下降，证明氯气溶于水（如图2-2）。
1.钠与氯气反应不需要加热就生成白色的氯化钠（如图2-3）。铁在加热条件下与氯气反应产生棕褐色的烟，溶于水后形成黄色的氯化铁溶液。铜在加热条件下与氯气反应产生棕黄色的烟，溶于水后形成蓝色的氯化铜溶液（如图2-4、图2-5）。
五、实验改进优势
（一）改进优势
1.能够同时连续完成氯气与金属的反应、氯气的水溶性、氯水的漂白性实验，实验操作简单，现象明显，耗时短，课堂演示效果好。
2.实现氯气零排放。传统实验铜丝和氯气在集气瓶中燃烧，氯气和氯化铜易泄漏污染环境，改进后可以直接收集并反应，反应后产物检验方便，且无气体泄漏，充分体现了绿色化学的理念。
3.单排气体分配器的灵活使用，还适用其他氯气的性质实验一体化设计，如让氯气通入装有碘化钾溶液或溴化钾溶液的试管中来探究氯气的氧化性等等，有利于学生进一步系统完整的学习氯气的性质。
4.该装置同样适用于实验室其他气体（如SO2气体）的制备及性质探究实验，做到环保节约。
（二）改进意义
化学课堂上的实验不仅仅是用于课堂上使学生容易接受新知识，了解正确的使用仪器及试剂的方法，在服务于教学的同时还应该有利于培养学生化学核心素养。
如透过实验过程中氯气与金属反应生成烟的颜色，燃烧产物加水后颜色变化等宏观变化，引导学生从微观的角度来探究化学反应的本质。充分培养了学生“宏观辨识和微观探析”的核心素养。
创新后的实验，操作简便、现象明显，不仅让学生观察到明显的实验现象而激发学习兴趣，同时培养了学生“实验探究与创新意识”的核心素养。通过实验教学，引导学生发现和提出有探究价值的化学问题，能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论，能提出进一步探究或改进实验的设想，突出了化学学科特征，发挥了实验的教育功能。
通过改进整合教材中氯气的性质演示实验和部分探究实验，实现了实验过程中无氯气泄漏，无环境污染，充分体现了绿色化学的理念，培养了学生“科学精神与社会责任”的核心素养，提高了学生可持续发展意识和绿色化学观念。
【参考文献】
[1]普通高中化学课程标准[M].人民教育出版社,2020.
[2]李猛.氯气制备及性质实验的一体化设计[J].化学教学，2016.