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氯气制备与性质的学生实验设计*

一、问题的提出

Cl2的制备和性质实验是高中阶段化学教学中的重要实验,在国内各版本教材中均有涉及,但由于Cl2具有一定的毒性,在制备过程中稍有不慎极易造成泄漏,所以目前很多教师用实验视频取代课堂演示实验,学生自主实验则更难实现。针对实际教学中氯气实验存在的问题,相关学者和教师对其进行了改进,并取得了较多的成果。最新的研究成果如下,王文娟、魏锐、于成玉[1]用自封袋和塑料点滴板设计了一个密闭装置,很好地完成了氯气的制备与性质实验,但该实验由于点滴板孔数的限制,需要分两次才能完成性质实验;王秀荣[2]的实验集微型化和综合性于一体,整体设计思路巧妙,但整个装置作为学生自主实验就略微显得有些繁琐,且未涉及氯离子的检验,尾气处理装置容易发生倒吸。因此,基于以上优缺点的分析,可进一步优化适合学生自主操作的实验方案。

我国新颁布的《普通高中化学课程标准(2017版)》[3]强调化学实验的独特价值,尽可能多地为学生提供动手做实验的机会,鼓励教师设计绿色化实验,开展微型实验,并且可采取替代品进行实验。所以,本实验从绿色化和微型化的角度出发,利用保鲜膜和调色盘进行实验设计和改进,改变以往有关Cl2的教学实验停留在教师讲解或者实验视频层面,使学生自主进行实验探究,在真情境中感受Cl2的性质。

二、Cl2的制备与性质综合实验设计

本次设计以“84”消毒液和洁厕灵作为反应物,使用调色盘和保鲜膜作为实验装置,Cl2等距离地扩散到滤纸上,滤纸显色反应明显,学生能进行自主操作。

2014年6月,美国伊利诺斯州较美国其他州率先立法禁止出售含有合成塑料微珠的个人护理品。伊利诺斯州将分阶段生效此项法案:2018年年底前禁止制造相关产品,2019年年底前禁止出售相关产品。这是最早对个人护理产品及化妆品中禁止使用塑料微珠的法案[17]。

1.制备实验试剂的选取

实验室制备Cl2通常采用二氧化锰固体和浓盐酸在加热条件下反应,也可用高锰酸钾固体与浓盐酸、氯酸钾固体与浓盐酸快速制取Cl2,都比较适合演示实验,但不适合进行学生自主实验。本实验为了进一步凸显趣味性和生活化,选择生活中常见的“84消毒液”(主要成分是次氯酸钠)和“洁厕灵”(主要成分是盐酸)制取Cl2,原料易得,不需加热,反应速度快,现象明显。

2.实验用品及说明

实验药品:“84”消毒液、洁厕灵、氢氧化钠等。

凭借我们狗哥的智商,想不上当很难了。果不其然,虽然要抹上来路不明的烂疮药,狗杂种还是上山了。这个女人终于展露出自己最丑陋的一面来,杀人不过头点地。她却玩弄人心,玩弄别人一腔赤诚,玩弄别人一腔真情。手段之低劣,人品之恶劣。较之李莫愁、康敏之流仍有过之而无不及。从而完美地完成了从女主到反派大boss的转变:

实验仪器:透明调色盘、保鲜膜、10mL注射器(带针头)、滤纸、透明胶带。

图1 实验装置图

(注:①淀粉-KI溶液+滤纸 ②品红溶液+滤纸 ③黄色小野花(鲜花) ④AgNO3溶液+稀HNO3溶液 ⑤石蕊溶液+滤纸 ⑥NaOH-酚酞溶液+滤纸)

(1)如图1,根据调色盘容量的不同,整个反应选取“84消毒液”和“洁厕灵”试剂的量也不同,市售调色盘的直径有13cm、17cm、19cm几种类型,分为白色盘和透明盘两种,本实验采用直径为13cm的透明调色盘,有7个分别独立的凹槽,中间的圆形凹槽作为反应容器,产生的Cl2等距离地扩散到其它6个凹槽处。为了方便观察产生的AgCl白色沉淀,可将调色盘放在黑色背景下。

(2)本实验中采用滤纸作为载体,将滤纸放在调色盘中,再滴加相应的溶液。

(3)用保鲜膜将调色盘密封。

(4)选用10mL的注射器向中间的圆形凹槽依次加入5mL的“84”消毒液和洁厕灵,然后采用透明胶带将针孔密封。

综上所述,小学语文阅读教学中,教师采取有效的教学策略,不仅可以提高学生语文学习能力,还能够培养学生良好的阅读习惯,因此,要提倡新课改的教学理念,创新教学方法,合理地运用多元化教学方式,使小学语文阅读教学工作得到良好的进展,使其发挥重要的教学价值,不断的激发学生学习热情,提高学生的主观能动性,促进学生长远发展。

3.性质实验试剂选取探究

Cl2的性质实验探究包括氯气的氧化性、氯水的酸性和漂白性以及氯离子的检验,为了学生自主实验的现象更加明显,耗时更少,本文对性质实验试剂的选取进行了探究。“Cl2的氧化性”一般选用“FeSO4溶液和 KSCN 溶液”、“NaBr溶液”、“KI溶液”、“淀粉-KI试纸”;验证“氯水的漂白性”一般选用“品红溶液”、“鲜花”、“红色纸条”、“红色布条”;验证“氯水显酸性”一般选用“滴有酚酞的NaOH溶液”、“pH试纸”、“石蕊溶液”;而“氯离子的检验”方法比较唯一,选取“滴有稀HNO3的AgNO3溶液”进行反应。其中①②③④号为饱和溶液,⑤号品红溶液对其进行稀释后浓度为0.005%,⑩号选用的是鲜花,11号石蕊的浓度为0.5%,14号NaOH溶液的浓度为1mol/L,15号AgNO3的浓度为2mol/L。相关实验结果见表1。

分析表1的实验数据可知,氯气的氧化性实验现象均比较明显,说明Cl2具有很强的氧化性,在组织学生实验过程中可任意选择相关试剂。氯水的漂白性实验中,有些试剂现象并不明显,如红布条、红纸条,这可能和所选物品的材质有关,在学生实验中建议选择浓度较小的品红溶液,且可选取鲜花增加实验的趣味性。氯水的酸性实验中,选用的pH试纸出现的颜色变化并不明显,学生可能较难辨识,而滴有酚酞的NaOH溶液现象非常明显,适合学生实验操作,其中石蕊溶液并未先变红后褪色,而是直接褪色,实验出现反常现象,可以激发学生的思考。氯离子的检验选用滴有稀HNO3的AgNO3溶液现象也较明显,可进行学生自主实验。

表1 Cl2性质实验中各试剂的反应现象及时间

(注:以上试剂均为液体)

性质实验序号17 15 KI+滤纸反应完全的时间(min)10淀粉-KI+滤纸FeSO4+KSCN+滤纸5试剂NaBr+滤纸氯气的氧化性品红+滤纸5 5 - - 4 0 30干燥的红布条湿润的红布条干燥的红纸条300- -湿润的红纸条①②③ ④ ⑤⑥⑦⑧⑨ ⑩1 1 180黄色小野花240 10 12 10石蕊+滤纸1 22 12干燥的pH试纸13氯水的酸性14 15湿润的pH试纸现象明显的时间(s)12 19 30 22 AgNO3+稀HNO3氯水的漂白性氯离子的检验反应现象接触氯气后滤纸变成黄色,一段时间后开始褪色成白色接触氯气后滤纸立刻变成红棕色,一段时间后开始褪色成淡黄色接触氯气后滤纸变成血红色,一段时间后开始褪色成淡黄色接触氯气后滤纸立刻变为深蓝色,一段时间后开始褪色成白色接触氯气滤纸开始褪色,一段时间后褪色成白色放置24小时无明显变化放置24小时无明显变化接触氯气一段时间后纸条开始褪色,最后褪色成橘黄色接触氯气后纸条开始褪色,一段时间后褪色成黄色接触氯气后鲜花从边缘开始褪色,一段时间后褪色成白色接触氯气后滤纸没有变红,直接开始褪色,一段时间后褪色成白色接触氯气后试纸微微变红,一段时间后褪色成白色接触氯气后试纸变浅红,之后立刻开始褪色成白色接触氯气后滤纸开始褪色,一段时间后褪色成白色接触氯气后液体开始出现白色沉淀,一段时间后完全成乳白色10 22 NaOH+酚酞+滤纸35 3 2 2

4.氯气制备与性质的学生实验设计

实验药品:“84”消毒液、洁厕灵、氢氧化钠溶液、淀粉-碘化钾溶液、品红溶液、酚酞溶液、石蕊溶液、硝酸银溶液、稀硝酸溶液、黄色小野花(鲜花)。

实验仪器:透明调色盘、保鲜膜、10mL注射器(带针头)、滤纸、透明胶带。

实验步骤:

(1)向洁净的调色盘中分别放入淀粉-KI溶液+滤纸、品红溶液+滤纸、黄色小野花(鲜花)、AgNO3溶液+稀HNO3溶液、石蕊溶液+滤纸、NaOH-酚酞溶液+滤纸,用保鲜膜将调色盘密封好。

下面将March C+算法与March-Like算法的波形进行对比分析。低电压SRAM行为模型在VCS仿真时注入故障。首先,以注入写干扰故障为例。下图8是向低电压SRAM单元注入写干扰故障后对应的VCS仿真波形,使用March-Like算法检测。

(2)用10mL注射器依次吸取5mL的“84”消毒液和洁厕灵,加入调色盘的圆形凹槽中,立刻可以看到有黄绿色气体产生,然后用透明胶带将针孔密封。

(3)实验结束后用注射器吸取10mL饱和NaOH溶液注入调色盘的圆形凹槽中,晃动调色盘,使其充分反应,静置一段时间,直至Cl2被完全处理,再打开密封装置,进行仪器的清洗。

图2 实验现象图

实验现象如图2所示。本实验除Cl2与金属反应的相关实验无法进行外,以上所选试剂能较全面地完成Cl2的性质实验,且用时较短,没有污染。其中石蕊试剂为何没有出现预期的红色,分析原因应为石蕊的量太少,氯水与石蕊接触时,其中的HClO先与石蕊发生氧化还原反应使其褪色,若还有剩余石蕊才和盐酸反应显红色[4]

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四、小结

本次实验设计符合化学实验的绿色化和微型化要求,且具有生活化,操作简单,材料易得,便于学生自主实验。同时,该装置还可用于不需加热的气体制备和性质实验,尤其是有毒气体,如SO2、H2S等。

参考文献

[1] 王文娟,魏锐,于成玉.基于自封袋和塑料点滴板的氯气性质实验设计[J].化学教育,2017,38(17):60-63

[2] 王秀荣.氯气的制备与性质综合实验设计[J].化学教育,2018,39(1):72-74

[3] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017年版)[M].北京:人民教育出版社,2018:72-73

[4] 黄干如,苏胜保.氯气能使湿润的石蕊试纸变红吗[J].化学教学,1999(8):28

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