王秀艷 李想 王慧琳
“氯氣的制備及性質(zhì)探究”實(shí)驗(yàn),無論是教師演示實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生實(shí)驗(yàn),都存在著以下不妥之處:氯氣有刺激性氣味,對(duì)人體有毒害,不能在實(shí)驗(yàn)室大量制取;反應(yīng)不易控制,用濃鹽酸與二氧化錳制取氯氣時(shí)加熱的溫度不宜超過90℃且要經(jīng)常移動(dòng)火焰;制取的氯氣中通常含有氯化氫氣體、水蒸氣等雜質(zhì);操作煩瑣、費(fèi)時(shí),性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)要分步進(jìn)行,但上課時(shí)間有限,不能保證學(xué)生及時(shí)完成實(shí)驗(yàn)。
為了解決實(shí)驗(yàn)中的系列問題,筆者對(duì)“氯氣的制備和性質(zhì)探究”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了微型化、一體化設(shè)計(jì),減少了重復(fù)制備氯氣的過程,節(jié)約了時(shí)間,提高了課堂教學(xué)效率。微型實(shí)驗(yàn)?zāi)茉谝欢ǔ潭壬吓囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維,促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展,保證教師能邊操作邊講解,學(xué)生能邊觀看邊操作邊記憶。
一、實(shí)驗(yàn)原理
2KMnO4 + 16HCl(濃)? =? 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2↑ + 8H2O
二、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備
(一)材料與藥品
實(shí)驗(yàn)材料:小礦泉水瓶(容積大約150 mL)、玻璃管、注射器、橡皮泥、藍(lán)色石蕊試紙、淀粉碘化鉀試紙。
實(shí)驗(yàn)藥品:KMnO4固體、濃HCl、淀粉KI溶液、FeCl2固體、NaOH溶液、KSCN溶液、稀HCl、NaCl溶液、Na2CO3溶液、AgNO3溶液、稀HNO3。
(二)課前準(zhǔn)備
取4個(gè)容積150 mL的透明礦泉水瓶,分別標(biāo)號(hào)1、2、3、4,用釘子在1號(hào)瓶瓶底以及2號(hào)瓶、3號(hào)瓶、4號(hào)瓶的瓶蓋和瓶底分別扎一個(gè)玻璃管外徑大小的孔。為了節(jié)約時(shí)間,此步驟由教師于課前完成。
(三)注意事項(xiàng)
(1)實(shí)驗(yàn)所用礦泉水瓶、注射器需干燥。(2)緊密連接裝置,防止漏氣;橡皮泥易風(fēng)干,實(shí)驗(yàn)裝置現(xiàn)用現(xiàn)安裝。(3)待觀察到2號(hào)瓶中出現(xiàn)黃綠色氣體以及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)推動(dòng)3號(hào)瓶的注射器。(4)實(shí)驗(yàn)后將裝置放在通風(fēng)櫥中,讓其完全反應(yīng)再進(jìn)行拆卸,防止氯氣泄漏到空氣中。
三、實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象分析
(一)實(shí)驗(yàn)步驟
1.連接裝置
學(xué)生在1號(hào)瓶中裝入高錳酸鉀固體,在2號(hào)瓶中裝入淀粉碘化鉀溶液(瓶壁上方貼緊濕潤的藍(lán)色石蕊試紙),在3號(hào)瓶中裝入氯化亞鐵固體,在4號(hào)瓶中裝入氫氧化鈉溶液;將1號(hào)瓶的瓶蓋擰緊,2號(hào)瓶、3號(hào)瓶、4號(hào)瓶用玻璃管按圖1連接好裝置,并在如圖所示的4、5、6、7、8、9、10處用橡皮泥緊緊封死,以防止氯氣泄漏。
2.加入藥品,開始實(shí)驗(yàn)
連接好裝置后用注射器吸入少量濃HCl,注入1號(hào)瓶中,固定好裝置后將注射器中的濃鹽酸緩慢推入1號(hào)礦泉水瓶中,逐步觀察1號(hào)、2號(hào)兩個(gè)瓶中的現(xiàn)象并記錄,待2號(hào)瓶中觀察到現(xiàn)象時(shí)立即推動(dòng)3號(hào)瓶上的注射器,隨后觀察3號(hào)、4號(hào)瓶中的現(xiàn)象并記錄。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將裝置放置在通風(fēng)櫥中一段時(shí)間,再打開1號(hào)瓶的瓶蓋,用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗(yàn),若試紙不變色,則不再產(chǎn)生氯氣。4號(hào)瓶保留液體,擰緊瓶蓋,留作“氯水使有色布條褪色”等實(shí)驗(yàn)用。最后在通風(fēng)櫥中拆卸、清洗裝置。
(二)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析
(1)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行講解,讓學(xué)生隨堂記憶、當(dāng)堂掌握,并深入了解實(shí)驗(yàn)原理(見表1),以提高學(xué)習(xí)效率。
(2)提問:為什么要觀察到2號(hào)瓶中出現(xiàn)黃綠色氣體以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)再推動(dòng)3號(hào)瓶的注射器?(防止過早形成氯化亞鐵溶液,氯化亞鐵溶液在空氣中極易被氧化為氯化鐵溶液,當(dāng)遇到硫氰化鉀時(shí)溶液變?yōu)榧t色,影響實(shí)驗(yàn)效果)
(3)觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生對(duì)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行描述(如圖2),教師加以講解,培養(yǎng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。
(三)Cl-的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)
(1)取3支小試管,標(biāo)號(hào)1、2、3,分別裝入稀HCl、NaCl溶液、Na2CO3溶液,并按表2中的步驟進(jìn)行Cl-的檢驗(yàn)。
(2)提問:為什么檢驗(yàn)氯離子要用稀硝酸酸化的硝酸銀?(除去能與銀離子形成沉淀的其他離子,避免干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果)
四、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的創(chuàng)新點(diǎn)
(1)微型實(shí)驗(yàn)試劑量小,裝置簡易,適宜高中生獨(dú)立操作,改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。
(2)實(shí)驗(yàn)裝置連續(xù)一體化的設(shè)計(jì),節(jié)約了藥品,方便學(xué)生逐一觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、得出結(jié)論,有效避免了因反應(yīng)過快無法觀察現(xiàn)象的情況,既掌控了全局,又優(yōu)化了局部裝置。
(3)密閉系統(tǒng)避免氯氣向空氣中擴(kuò)散,安全環(huán)保,有助于強(qiáng)化學(xué)生的綠色化學(xué)理念。
(4)尾氣吸收的產(chǎn)物含有次氯酸鈉,可回收重復(fù)利用,以便給學(xué)生做有色布條褪色、消毒等實(shí)驗(yàn),并增加實(shí)驗(yàn)的趣味性,培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維及綜合運(yùn)用能力。
(5) 最后增加的氯離子檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn),從實(shí)驗(yàn)操作角度幫助學(xué)生復(fù)習(xí)舊知,強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)。
(6) 多步實(shí)驗(yàn)操作的整合,在學(xué)時(shí)有限、條件有限的情況下為學(xué)生創(chuàng)造了親身實(shí)驗(yàn)的條件,充分發(fā)揮了微型實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢,提高了課堂教學(xué)的效率。