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第2章 关于氯气的实验操作和改进(2)

氢气在氯气中燃烧的密封装置

仪器设计及药品用量

(1)氯气发生器:干燥大试管一个,底部预先装有2克KMnO4,试管口塞有三孔胶塞,插有三支玻璃管,从左到右分别与:尾气吸收器,氢气燃烧室,盛8ml浓盐酸的小塑料瓶连接。

(2)氢气燃烧室:将一个去掉底的集气瓶按瓶底内径配合一个双孔胶塞(钻一个小孔一个大孔)。其中一个小孔用玻璃管与氯气发生器连接,另一个大孔塞入插有氢气尖嘴导管的胶塞。

但在通入氢气前该大孔塞入无孔胶塞,无孔胶塞的外形尺寸与有孔胶塞完全一样。在集气瓶口,按瓶口外径配合一锥形漏斗,漏斗边缘比集气瓶边缘大5mm。将漏斗颈部朝上,边缘朝下扣到集气瓶口上,用乳白胶将漏斗边缘与集气瓶口胶合成一体。

(3)尾气吸收器:用一广口瓶装有100ml10%的NaOH溶液。瓶口塞有三孔胶塞。其中一孔插玻璃管与氯气发生器连接,另一孔插玻璃管与放进广口瓶液面下5mm的锥形漏斗连接,第三孔通过玻璃管与一个已排净空气的气球连接。

辽宁庄河三十一中李国德老师设计的仪器总装置:

1NaOH溶液2KMnO43浓盐酸4H2操作步骤

(1)制取氯气:用止水夹夹紧A处,用无孔胶塞塞紧集气瓶大胶塞中的大孔,打开C处止水夹,挤捏氯气发生器上面的小塑料瓶,滴下浓盐酸立即与KMnO4反应,产生的氯气通过导管进入氢气燃烧室。当氯气充满后,停止滴浓盐酸。

(2)氢气在氯气中燃烧:将事先检纯的氢气尖嘴导管,插进有孔胶塞,使导管尖端距胶塞小头平面30mm,点燃氢气后,将插有氢气导管的有孔胶塞迅速塞进燃烧室胶塞的大孔中,立即拔出原先塞上的无孔胶塞,氢气已由在空气中燃烧进入氯气中燃烧。为了让学生看到氯化氢在空气中形成“雾状”,可打开三通管上的止水夹B,一秒钟后立即夹紧B,可看到“白雾”。大量的氯化氢进入尾气吸收器,被NaOH溶液吸收。

(3)残余尾气的吸收:用止水夹夹紧D处,氢气火焰熄灭。夹紧氯气发生器上端的止水夹C,松开止水夹A,残余的氯气进入尾气吸收器被NaOH溶液吸收。在氯气和氯化氢进入尾气吸收器时,如果因排出速度过快一时难以全部被NaOH溶液吸收则进入气球E中,再逐渐被NaOH溶液吸收。

这样,在制取氯气及氢气在氯气中燃烧生成氯化氢的过程中,采用本装置组成了完全封闭系统,且使尾气完全转化为无毒无害物质,确保环境不受污染。

氢气在氯气里燃烧实验的改进

江苏武进百丈中学何耀平老师设计的装置:

1HCl2KMnO43活性炭4H2SO45锌粒(1)先打开制氢气简易装置中胶皮导管上的弹簧夹C,锌跟稀硫酸即发生反应,产生的氢气经检验纯净后,夹好弹簧夹C停止制氢气备用。

(2)打开制氯气装置中的弹簧夹A,再打开分液漏斗的盖子,转动活塞使盐酸慢慢滴下跟高锰酸钾反应,待产生的氯气从导管中排出到接近蒸馏烧瓶颈的支管口时,立即制取氢气并点燃,将导管伸进蒸馏烧瓶颈内,管口氢气的火焰对着支管口氯气出口处,这时,氯气已从管口冒出,氢气的火焰即由淡蓝色变为苍白色,并有许多白雾产生。

(3)实验现象明显后,迅速关闭分液漏斗的活塞和盖子,停止制氯气,打开弹簧夹B,关闭弹簧夹A,使少量多余氯气转向集气瓶中排出,关闭弹簧夹C,停止制氢气。

用上述装置演示氢气在氯气中燃烧的实验,既可以随时需要随时进行,而且还能使产生的氯气随时制取随时利用,只要很少的量,现象很明显污染又少。因此即方便又安全。使用此装置应注意以下几点:

(1)因为此装置演示氢气在氯气中燃烧时需要的氯气量很少,而高锰酸钾跟浓盐酸反应时速度较快。因此,高锰酸钾和浓盐酸的用量不要多,高锰酸钾1克浓盐酸(36~37%)4毫升即能进行一次现象明显的实验。如演示的次数较多,则可酌量增加高锰酸钾和浓盐酸。

(2)为了使氢气燃烧的火焰大些,锌和硫酸的用量可适当多些,锌应用硫酸铜溶液处理,硫酸则用百分浓度为26%(1∶5)左右的为好。

(3)多余的氯气排入集气瓶中,用活性炭吸附掉或氢氧化钠溶液吸收掉。如果装置中不同T形管等仪器,也可以在实验结束后,用一段玻璃管换下断瓶颈,将玻璃管伸入集气瓶中盖好瓶口,下次实验时再换上断瓶颈。

(4)如无断蒸馏烧瓶颈,也可用类似的仪器如断带支试管、带支U形管等。

氢气和氯气混合光爆实验的改进

装置与说明:

A塑料片(厚纸片)BHCl(稀)+Zn粒CKMnO4+浓HClD稀NaOH氢气、氯气混合光爆实验改进的装置图

(1)为保证氢气和氯气的纯度和浓度,防止漏气,将氢气的制取装置和爆鸣装置合为一体,与氯气的制取装置相联,随用随收集气体。

(2)实验中,多余的氯气用氢氧化钠稀溶液吸收。

操作步骤:

福建师范大学林频、林紫荣、刘德发老师介绍的方法为:

(1)在圆底烧瓶内放入一定量固体KMnO4,在支口试管内滴入1~2ml稀盐酸,在烧杯内倒入一定量的NaOH稀溶液。

(2)实验开始时,打开分液漏斗盖子,加入少量浓盐酸,打开止水夹1,再打开分液漏斗开关,赶尽装置内的空气。

(3)打开止水夹2,关闭止水夹1,在支口试管口上塞一小团棉花,待黄绿色的氯气充满试管时,再拿棉花,迅速在装有1~2ml稀HCl的支口试管内投入一粒锌粒,并立即在试管口盖上一轻质塑料片(或稍厚纸片),关闭止水夹2,打开止水夹1。

(4)经5~6秒钟后,使H2和Cl2在支管内均匀混和,然后在试管附近点燃已处理的镁条(镁条预先用小刀刮去表面的MgO和Mg3N2保护膜,且用两根约6厘米的镁条并在一起同时点燃),立即发出响亮的爆鸣声,盖片高高掀起。

分析与讨论:

(1)若用二氧化锰制取氯气,反应需要微热。由于微热不易控制,浓盐酸受热逸出氯化氢气体,使得制取的氯气中混杂较多的氯化氢气体,降低了氯气的浓度,导致实验失灵。但用高锰酸钾制取氯气时,浓盐酸应控制断续地加入,以防反应过于剧烈,以致生成七氧化二锰分解而发生爆炸。

(2)尽量避免氯气、氢气中混入空气。氯气和氢气光化反应能迅速进行下去的原因在于自由基Cl·和H·的不断再生。当混和气体中混入较多的氧气时,氧分子将跟氯原子发生反应,导致反应链的中止。

(3)要有强的光源。计算表明,要实现链的引发,光的波长必须小于493×10-7米。

在引爆时,采用点燃镁条或闪光灯作为光源。

(4)采用同一容器收集氯气和氢气,有利于气体的均匀混和。在理论上,氯气和氢气的体积为1∶1时反应最完全,但通过实践,只有氯气的体积在50~64%,氢气的体积在36~50%的范围内爆炸声最大,效果最好,每次都能成功。可见,氯气和氢气的体积比可在一定范围内变动。

(5)氯气和氢气混和的试管,管口应磨平,并用轻质厚纸片或轻质塑料片盖住,防止混和气逸出。若用重的盖片压住试管口,会使爆炸气体无法在一刹那时间内冲出而产生爆鸣声。

结论:

本实验改进后,试剂用量少,装置简单,操作方便,实验时间短(2分钟左右),且效果显着,成功率达100%。为此,我们认为,此改进的实验是值得推广的。

磷在氯气中燃烧的实验改进

[装置]:山东高青县第三中学蔡清华老师设计:

A贮存有干燥Cl2的100mL注射器;B具支试管;C玻璃燃烧匙;D红磷;E弹簧夹[操作]:

打开弹簧夹,缓缓推动注射器的针塞,待磷燃烧出现白雾时,立即关闭弹簧夹,停止推入Cl2。片刻后,可见到具支试管内白雾凝成无色珠滴附着在试管内壁。然后再打开弹簧夹,继续推入Cl2,就可看到管壁上珠滴逐渐消失,管内出现白烟。最后白烟凝结成白色固体附着在具支试管内壁上。

[关键点]:

(1)实验选择玻璃燃烧匙,而不选其它金属质燃烧匙,避免金属与Cl2发生反应,影响实验效果。

(2)使用的Cl2和红磷必须干燥,原因是:

未作干燥处理时,其一,Cl2和H2O反应有HCl和HClO生成,对实验有干扰,其二,Cl2和P反应生成的PCl3和PCl5要发生水解:

PCl3+3H2OH3PO3+3HCl2PCl5+4H2OH3PO4+5HCl2致使实验自始至终见不到白色固体附着。

(3)第一次推入Cl2要缓慢进行,避免Cl2推入量过多,生成PCl5,见不到白雾冷却后疑结成的无色液珠。

[优点]:操作简单,现象直观明显。

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