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中学化学实验室制氯气方法的改进
:制氯气的传统方法存在着诸如杂质干扰大、浪费酸等
缺点。本文介绍了以 NaClO(aq)、H2SO4(稀);漂粉精片、
稀 HCl 等为材料寻找制氯气新方法的实验过程,最终推出了
一项制氯气的新方法,并对其与传统方法相比所具有的诸如
杂质少、可定量等绝对性优势作了详细阐述。
:制氯气;新方法;实验过程
1. 问题的提出
氯气的制取是中学化学实验室必做的实验。按照传统的方
法,一般采用浓盐酸与 MnO减KMnO祺热来制备氯气。该
反应原理,即 MnO2+4HCl浓)Cl2+MnCl2+H2诚 2KMnO4+16HCl
(浓)5Cl2+3KCl+2MnCl2+8H2O为舍勒最初发现氯气时的理
论依据,已有数百年的历史。但是这种方法制得的氯气不经
过洗气就会含有较多氯化氢气体;并且由于要求浓盐酸的浓
度在 10mol/L 以上,故其利用率就大大降低;其他还有诸如
生成的氯气无法定量、实验装置比较繁琐等缺点。
随着科学的不断发展,整个世界也始终在经历一个简便取代
繁琐的优化过程。为了克服传统制氯实验的缺点,以另一种
更好的方法取代它, 本人选择了这一课题, 并对照传统实验,
提出了以下几点新实验应该具有的优点:
1)制取氯气的同时不能或仅有极少量的杂质气体生成;
2)药品的利用率要高;
3)要能够定量制取氯气;
4)实验装置要尽可能简便。
为了达到以上的目的,本人进行了一系列实验。
2.实验方案的设计和实施及结果分析
实验 I
1)原理: NaClO+NaCl+H2SO4Cl2+Na2SO4+H2O
2)实验器材
a.实验材料:次氯酸钠溶液(C.P)、氯化钠固体、40喻酸、
氢氧化钠溶液
b.实验仪器:125ml蒸播烧瓶*1
60ml 分液漏斗 *1
100ml 烧杯 *1
125ml 集气瓶若干;铁架台、烧瓶夹、十字夹各一;导管、
乳胶管、单孔和双孔橡胶塞若干
3)实验方法:
( 1)将次氯酸钠溶液 30ml 和氯化钠 10 克加入蒸馏烧瓶中;
( 2)将 40%硫酸加入分液漏斗;
( 3)在烧杯中加入一定量的氢氧化钠溶液;
(4)按制取CO2方法连接仪器(见图);
( 5)检查装置的气密性;
( 6)将硫酸溶液逐滴加入次氯酸钠溶液和氯化钠的混合物
中;
( 7)在集气瓶中收集氯气。
4)实验结果和分析
硫酸溶液滴入混合液中反应程度较小, 速度慢, 氯气产量少,
集气瓶中很难收满氯气,实验改进效果不理想。造成这种情
况的原因应该有三:其一,次氯酸钠溶液的浓度太低(活性
氯 gt;=5%) ;其二,次氯酸钠水解使溶液呈强碱性,其中的
氢氧根离子抢先与氢离子反应,浪费了部分硫酸,故当硫酸
刚开始加入到混合物中时无明显现象;其三,此反应系溶液
与溶液反应,不经搅拌反应难以彻底。要达到更佳的效果,
就要在药品上下工夫,寻找一种水解后溶液呈弱碱性的固体
药品来代替次氯酸钠溶液。
实验 II
1)原理: Ca(ClO)2+CaCl2+2H2SO42CaSO4+2Cl2+2H2O
实验器材
实验材料:漂粉精片(每片含 0.2 克有效氯) 、 40%硫酸、
氢氧化钠溶液
实验仪器:同实验 I
3)实验方法:
( 1)将漂粉精片 10 片放入蒸馏烧瓶中;
( 2) -- ( 5)同实验 I 方法
( 6)将硫酸溶液逐滴加入蒸馏烧瓶中使之与漂粉精片反应;
( 7)同实验 I 。
4)实验结果和分析
硫酸溶液滴入烧瓶与漂粉精片接触后,固体表面产生大量气
泡,有黄绿色气体产生。但随着时间的推移,反应逐渐趋于
缓慢,无论是再加入硫酸还是氯化钠溶液,反应速度都未就
此加快。说明其速度的减缓并非因为氢离子浓度或氯离子浓
度的减小。反观此反应的方程式,联系到硫酸与块状碳酸钙
作用时生成的硫酸钙会包被在碳酸钙表面阻碍反应的深入
进行这一事实,推断这一反应速度的减缓亦系生成的硫酸钙
包覆在漂粉精片表面所致。要解决这个问题就要用其他的酸
代替硫酸。
实验 III
1)原理: Ca(ClO)2+4HCl2Cl2+CaCl2+2H2O
实验器材
实验药品 : 漂粉精片、 1mol/L 盐酸
实验仪器:同实验 I
3)实验方法 :(1) 将漂粉精片 10 片放入蒸馏烧瓶中;
(2) 在分液漏斗中加入 1mol/L 盐酸;
(3)(5) 同实验 I ;
将盐酸逐滴滴入烧瓶中;
同实验 I 。
4)实验结果和分析
盐酸滴入烧瓶与漂粉精片接触反应后,即产生大量黄绿色气
体,气泡较为稳定、持续地从固体表面产生,在集气瓶中可
得较纯净的氯气。反应趋于停止时再加入盐酸能继续生成氯 气。
实验 III 的方法较为成功地克服了实验 II 中生成硫酸钙阻
碍反应进行的缺点,实验田为固体与液体反应,也克服了实
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