“氯气制备与性质探究”实验的微型化、一体化创新设计
王秀艳 李想 王慧琳
“氯气的制备及性质探究”实验，无论是教师演示实验还是学生实验，都存在着以下不妥之处：氯气有刺激性气味，对人体有毒害，不能在实验室大量制取;反应不易控制，用浓盐酸与二氧化锰制取氯气时加热的温度不宜超过90℃且要经常移动火焰;制取的氯气中通常含有氯化氢气体、水蒸气等杂质;操作烦琐、费时，性质探究实验要分步进行，但上课时间有限，不能保证学生及时完成实验。
为了解决实验中的系列问题，笔者对“氯气的制备和性质探究”实验进行了微型化、一体化设计，减少了重复制备氯气的过程，节约了时间，提高了课堂教学效率。微型实验能在一定程度上培养学生的创新思维，促进学生的个性化发展，保证教师能边操作边讲解，学生能边观看边操作边记忆。
一、实验原理
2KMnO4 + 16HCl（浓） = 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2↑ + 8H2O
二、实验准备
（一）材料与药品
实验材料：小矿泉水瓶（容积大约150 mL）、玻璃管、注射器、橡皮泥、蓝色石蕊试纸、淀粉碘化钾试纸。
实验药品：KMnO4固体、浓HCl、淀粉KI溶液、FeCl2固体、NaOH溶液、KSCN溶液、稀HCl、NaCl溶液、Na2CO3溶液、AgNO3溶液、稀HNO3。
（二）课前准备
取4个容积150 mL的透明矿泉水瓶，分别标号1、2、3、4，用钉子在1号瓶瓶底以及2号瓶、3号瓶、4号瓶的瓶盖和瓶底分别扎一个玻璃管外径大小的孔。为了节约时间，此步骤由教师于课前完成。
（三）注意事项
（1）实验所用矿泉水瓶、注射器需干燥。（2）紧密连接装置，防止漏气;橡皮泥易风干，实验装置现用现安装。（3）待观察到2号瓶中出现黄绿色气体以及相应实验现象时推动3号瓶的注射器。（4）实验后将装置放在通风橱中，让其完全反应再进行拆卸，防止氯气泄漏到空气中。
三、实验步骤及现象分析
（一）实验步骤
1.连接装置
学生在1号瓶中装入高锰酸钾固体，在2号瓶中装入淀粉碘化钾溶液（瓶壁上方贴紧湿润的蓝色石蕊试纸），在3号瓶中装入氯化亚铁固体，在4号瓶中装入氢氧化钠溶液;将1号瓶的瓶盖拧紧，2号瓶、3号瓶、4号瓶用玻璃管按图1连接好装置，并在如图所示的4、5、6、7、8、9、10处用橡皮泥紧紧封死，以防止氯气泄漏。
2.加入药品，开始实验
连接好装置后用注射器吸入少量浓HCl，注入1号瓶中，固定好装置后将注射器中的浓盐酸缓慢推入1号矿泉水瓶中，逐步观察1号、2号两个瓶中的现象并记录，待2号瓶中观察到现象时立即推动3号瓶上的注射器，随后观察3号、4号瓶中的现象并记录。实验结束后将装置放置在通风橱中一段时间，再打开1号瓶的瓶盖，用湿润的淀粉碘化钾试纸检验，若试纸不变色，则不再产生氯气。4号瓶保留液体，拧紧瓶盖，留作“氯水使有色布条褪色”等实验用。最后在通风橱中拆卸、清洗装置。
（二）实验现象分析
（1）教师对实验现象进行讲解，让学生随堂记忆、当堂掌握，并深入了解实验原理（见表1），以提高学习效率。
（2）提问：为什么要观察到2号瓶中出现黄绿色气体以及实验现象时再推动3号瓶的注射器？（防止过早形成氯化亚铁溶液，氯化亚铁溶液在空气中极易被氧化为氯化铁溶液，当遇到硫氰化钾时溶液变为红色，影响实验效果）
（3）观察、记录实验现象。学生对观察到的实验现象进行描述（如图2），教师加以讲解，培养学生观察实验现象、分析实验结果的能力。
（三）Cl-的检验实验
（1）取3支小试管，标号1、2、3，分别装入稀HCl、NaCl溶液、Na2CO3溶液，并按表2中的步骤进行Cl-的检验。
（2）提问：为什么检验氯离子要用稀硝酸酸化的硝酸银？（除去能与银离子形成沉淀的其他离子，避免干扰实验结果）
四、实验改进的创新点
（1）微型实验试剂量小，装置简易，适宜高中生独立操作，改进后的实验能培养学生的创新思维。
（2）实验装置连续一体化的设计，节约了药品，方便学生逐一观察实验现象、得出结论，有效避免了因反应过快无法观察现象的情况，既掌控了全局，又优化了局部装置。
（3）密闭系统避免氯气向空气中扩散，安全环保，有助于强化学生的绿色化学理念。
（4）尾气吸收的产物含有次氯酸钠，可回收重复利用，以便给学生做有色布条褪色、消毒等实验，并增加实验的趣味性，培养学生的发散性思维及综合运用能力。
（5） 最后增加的氯离子检验实验，从实验操作角度幫助学生复习旧知，强化学生的实验体验。
（6） 多步实验操作的整合，在学时有限、条件有限的情况下为学生创造了亲身实验的条件，充分发挥了微型实验的优势，提高了课堂教学的效率。
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