氢气在氯气中燃烧实验的封闭式的特征探讨
氢气在氯气中燃烧实验是现行高中化学教材中的一个经典实验(如图1所示)。该实验尽管装置简单,现象明显,但存在着一定的缺陷,即制备、收集氯气和进行氢气在氯气中燃烧实验时,氯气及生成物氯化氢气体容易外逸,污染室内环境,影响师生健康,不利于培养学生的环保意识。尽管如此,笔者至今尚未发现有较好的方法解决这一实验难题,甚至绝大多数教师对该实验采取敬而远之的消极态度加以处理,即遇到该实验时,往往是讲实验而不是做实验,以避免有毒气体对教学环境的污染。为此,笔者对该实验进行了认真的研究和改进,经多次反复实验,教学效果良好,不仅实验现象明显,无空气污染,而且还培养了学生的环保意识和创新思维,提高了教学效果。
1、实验用品
玻璃瓶(如输液用的500 mL玻璃瓶)1只,无底无色透明玻璃瓶(如盛食醋用的无底无色透明玻璃瓶)1只,3号带孔橡胶塞2爪,玻璃尖嘴1支,14号带双孔橡胶塞1爪,玻璃棒1根,胶头滴管2支,单球干燥管1支,火柴1盒。
锌粒,稀硫酸(4 mol/L),高锰酸钾晶体,市售36%-37%浓盐酸,30%氢氧化钠溶液,粒状碱石灰,蒸馏水。
2、实验装置
实验装置如图2所示,其中:A为浓盐酸,B为润湿的粒状碱石灰,C为无底无色玻璃瓶,D为火焰;E为高锰酸钾晶体,F为玻璃瓶,G为稀硫酸,H为锌粒。
实验时要注意:火焰与大橡胶塞距离应该在15 em以上,保障火焰对橡胶塞无损害;保证整个装置气密性良好,防止有害气体逸出,污染室内环境。
3、实验方法及其现象
(1)取下玻璃瓶F瓶口上带有玻璃尖嘴的胶塞,向玻璃瓶内注入10 mL 4 mol/L的稀硫酸后,加入2.5 g的锌粒,可观察到反应立即进行,产生大量的气泡(其反应的化学方程式为:Zn+H2SO4=ZnSO2+H2↑)。
(2)在玻璃瓶口处装上带有玻璃尖嘴的橡胶塞,当瓶内连续产生气泡后,检验氢气的纯度。当瓶内的氢气纯度较高时,用火柴点燃该氢气,可观察到发出淡蓝色火焰(其反应的`化学方程式为:2H2+O2=(点燃)2H2O)。
(3)将无底无色玻璃瓶的瓶口塞上玻璃尖嘴上的另一个胶塞(如图3所示)。
(4)在无底玻璃瓶内、玻璃尖嘴周围的瓶颈处装入2 g左右的高锰酸钾晶体。
(5)将带有滴管、干燥管的14号双孔橡胶塞紧紧塞在无底无色玻璃瓶的底部(如图2所示)。
(6)用手挤压滴管的胶头,使浓盐酸注入到无底无色玻璃瓶内并与高锰酸钾接触,反应立即进行,产生大量黄绿色的氯气(其反应的化学方程式为:2KMnO4+16HCl(浓)=2MnCl2+2KCl+5CI2↑+8H2O),并可观察到此时火焰为苍白色,在整个瓶体内上方产生大量白色烟雾 (其反应的化学方程式为:H2+Cl2=(点燃)2HCl)。
4、残留物处理
待无底无色玻璃瓶内反应结束、火焰熄灭后,取另—支胶头滴管,吸满30%氢氧化钠溶液后,多次向干燥管内缓缓滴入,直至过量,使其不仅中和掉剩余的盐酸 (其反应的化学方程式为:NaOH+HCl(盐酸)=NaCI+H2O),而且还要将瓶体内的有毒气体吸收掉(其反应的化学方程式分别为:Cl2+2NaOH=NaClO+NaCl+H2O、NaOH+HCl(氯化氢)=NaCl+H2O)。
5、实验说明
(1)改进后的实验装置,取材容易,制作简单,现象明显,它可以使氯气的制备、实验一体化,从而达到减少实验操作环节,避免有害气体逸出的可能性,解决了实验对环境的污染问题,培养学生的环保意识和创新能力。
(2)此实验方法与传统实验方法相比,无需氯气、氢气的制备装置和收集过程,可使实验简单化,既节省了教学仪器又缩短了实验时间,从而提高了教学效率。
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