“H2在Cl2里燃燒”實驗的創(chuàng)新設計

王建芬+齊俊林

摘要：針對現(xiàn)行高中化學教材中“H2在Cl2里燃燒”實驗的不足，利用集氣瓶、注射器、干燥管、漏斗、微型吸氣泵等簡單儀器的巧妙組合，對該實驗進行了創(chuàng)新設計。很好地解決了教材中毒氣污染、氫氣和氯氣制備復雜，以及該實驗存在的火焰被酸霧遮罩等問題，使實驗現(xiàn)象明顯，教學效果好。

關鍵詞：H2在Cl2里燃燒；創(chuàng)新設計；實驗改進；酸霧；電動微型吸氣泵

文章編號：1005–6629（2017）7–0058–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 提出問題

“H2在Cl2里燃燒”實驗是現(xiàn)行高中化學教材的一個經(jīng)典實驗（如圖1所示）[1]。通過多年的教學實踐發(fā)現(xiàn)，該實驗設計存在一定的不足：其一，由于該實驗設計受到當時設計思想和材料的限制，只重視效果，不重視污染，致使生成的氯化氫氣體和剩余的氯氣大量外逸，污染室內(nèi)空氣；其二，沒有給出簡單易行的氫氣和氯氣發(fā)生裝置，只能用傳統(tǒng)的制備方法制取氫氣（如圖2所示）和氯氣（如圖3所示），在制備、收集過程中不僅使氯氣容易外逸污染環(huán)境，而且增加了教師的工作強度，影響了教學效率。由于這些不足，教師對該實驗極易形成不想做、不愿做、不敢做的“三不”觀念，采取消極的“紙上談兵”法進行課堂教學，用講解實驗的手段來完成課堂實驗教學任務，其結(jié)果必然挫傷學生的學習積極性，影響學生的學習興趣和效果。為此，我們對該實驗進行了創(chuàng)新設計，很好地解決了原有實驗的不足。

2 研究現(xiàn)狀簡述

針對教材中“H2在Cl2里燃燒”實驗存在的不足，一些教師對該實驗曾進行過探究，但仍然存在著一定的缺陷，有待于進一步的研究和改進。例如：有的實驗方法[2，3]雖然解決了污染問題以及制備氫氣和氯氣的復雜裝置問題，但難于觀察火焰的顏色，其主要原因是，氫氣燃燒時生成的氯化氫遇到少量的水蒸氣就會產(chǎn)生明顯的酸霧，若不及時除去將逐漸使蒼白色火焰被酸霧所遮擋，嚴重影響學生的觀察效果；有的實驗方法[4]不僅火焰因酸霧干擾難以觀察，而且仍然需要復雜的氫氣和氯氣的制備系統(tǒng)，給課堂實驗教學帶來極大的不便；還有的實驗方法[5]雖然對點燃氣體的方法作了改進，可以看到蒼白色火焰，但制氣及儲氣裝置復雜，況且依然會對空氣造成污染；也有的實驗[6]雖然解決了氯氣制備系統(tǒng)復雜問題，但沒有解決好制取氫氣的復雜問題以及空氣的污染問題。綜合目前研究現(xiàn)狀和教材中實驗方法，我們認為有必要對該實驗開展進一步的研究工作，盡可能改進并完善“H2在Cl2里燃燒”實驗的方法。

3 設計理念

我們對“H2在Cl2里燃燒”實驗方法的創(chuàng)新設計，其目的主要解決以下幾個問題：其一，實驗過程中逸出的氯化氫和氯氣污染教學環(huán)境問題；其二，氫氣在氯氣中燃燒時火焰難于觀察且容易被白色酸霧遮蓋問題；其三，制備氫氣、氯氣的設備復雜、不實用問題。通過對實驗巧妙創(chuàng)新設計，使其充分體現(xiàn)裝置簡單、安全環(huán)保、現(xiàn)象明顯、便于操作、重復性好等諸多特點。

4 設計方案

在兩個集氣瓶內(nèi)分別裝入高錳酸鉀晶體和鋅粒，通過兩支注射器分別注入濃鹽酸和稀硫酸制得氯氣和氫氣。氫氣在氯氣中燃燒產(chǎn)生的氯化氫氣體以及剩余的氯氣，通過干燥管內(nèi)浸有氫氧化鈉溶液的脫脂棉吸收掉，用微型吸氣泵將多余的氣體排放到燒杯內(nèi)的氫氧化鈉溶液中進行二次吸收，從而解決污染、酸霧對蒼白色火焰的遮蓋等問題。

5 實驗材料和藥品

單球干燥管3支、集氣瓶（250mL）2個、玻璃漏斗1個、電動微型吸氣泵1個、一次性注射器（20mL）2支、橡膠塞（5號）2個、單孔橡膠塞（2號）3個、彎玻璃尖嘴2支、注射針頭2支、燒杯1只、火柴1盒，鐵架臺、十字夾、鐵夾各1個、脫脂棉、膠管若干

高錳酸鉀晶體5g、鋅粒5g、濃鹽酸（37%）20mL、稀硫酸20mL、10%氫氧化鈉溶液200mL，堿石灰顆粒、無水氯化鈣顆粒若干

6 實驗裝置及說明

實驗裝置如圖4所示。

實驗裝置主要由三部分組成：氫氣發(fā)生器、氯氣發(fā)生器和毒氣吸收系統(tǒng)。

氫氣發(fā)生器由集氣瓶、橡膠塞、一次性注射器和干燥管組成。制取氫氣時，將注射器內(nèi)的稀硫酸注入到盛有鋅粒的集氣瓶內(nèi)，反應立即進行，產(chǎn)生的氫氣通過干燥管內(nèi)的堿石灰顆粒得到干燥的氫氣，經(jīng)檢驗后點燃氫氣。

氯氣發(fā)生器也是由集氣瓶、橡膠塞、一次性注射器和干燥管組成。制取氯氣時，將注射器內(nèi)的濃鹽酸注入到盛有高錳酸鉀晶體的集氣瓶內(nèi)，反應立即進行，產(chǎn)生的氯氣通過干燥管內(nèi)的無水氯化鈣顆粒得到干燥的氯氣，然后將干燥的氯氣通入到燃燒的氫氣火焰中。

毒氣吸收系統(tǒng)主要是由玻璃漏斗、干燥管和微型吸氣泵組成。打開微型吸氣泵后，有毒氣體通過玻璃漏斗和干燥管內(nèi)的蘸有氫氧化鈉的脫脂棉團，然后被排到燒杯內(nèi)的氫氧化鈉溶液中，最終被全部吸收。

在整個實驗過程中，氫氣在氯氣中燃燒的火焰自始至終暴露在空氣中，由于酸霧被吸到毒氣吸收系統(tǒng)內(nèi)，不妨礙對火焰的觀察。

7 實驗方法

首先將儀器、藥品按圖裝接好，如圖4所示。

7.1 制取氫氣

8 幾點說明

（1）直流電動微型吸氣泵的型號：kvp真空泵，可網(wǎng)購。

（2）微型吸氣泵也可用兩用打氣筒代替。

（3）若要觀察氫氣在氯氣中燃燒生成的氯化氫氣體，停止抽氣片刻就可觀察到火焰周圍有白霧產(chǎn)生，說明氫氣在氯氣中燃燒生成了氯化氫氣體。

（4）為了便于觀察火焰的顏色，還可以在火焰的后面放上一塊黑色的紙板作為背景。

（5）為了讓每個學生都能一飽眼福，觀察到蒼白色火焰，可以借助攝像頭、電腦、大屏幕以及手機攝像頭、QQ、微信等對火焰進行放大處理。

（6）該實驗裝置取材容易，制作簡單，便于操作，現(xiàn)象明顯，且無空氣污染。

參考文獻：

[1]人民教育出版社化學室編著.全日制普通高級中學教科書（必修）·化學（第一冊）[M].北京：人民教育出版社，2003：65.

[2]侯立平，齊俊林，王培明.氫氣在氯氣中燃燒實驗的封閉式裝置[J].化學教學，2012，（11）：48～49.

[3]王建芬，齊俊林.氫氣在氯氣中燃燒實驗的巧妙設計[J].化學教學，2016，（11）：63.

[4]劉洪運.氫氣在氯氣中燃燒實驗的改進[J].教學儀器與實驗，2006，（10）：44～45.

[5]羅功舉，卞國州，樊玉田.氫氣與氯氣反應的封閉式實驗裝置設計[J].化學教育，2010，（11）：70，78.

[6]王偉友.氫氣在氯氣中燃燒實驗改進[J].化學教學，2003，（5）：6.