氯水光解实验改进-基本
最后更新时间：2024-03-28
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论文导读：水光解实验；次氯酸；实验改进文章编号：1005–6629(2012)7–0047–02：B氯水光解实验（常见的实验装置如图1所示）是一个典型的传统化学实验。笔者分别查阅了3套现行的高中化学教科书，并对与此相关的内容进行对比，具体见表1。为什么3套现行教材会如此默契地舍弃“传统”，都未将氯水的光解实验编排进去？实
摘要：传统氯水光解实验中存在污染环境、光解速度慢、氧气验证困难、受天气制约等不足。从氯水中次氯酸浓度、实验装置及照射光源等角度，对该实验进行了分析与改进，提出了自己的优化方案。
关键字：氯水光解实验；次氯酸；实验改进
文章编号：1005–6629(2012)7–0047–02：B
氯水光解实验（常见的实验装置如图1所示）是一个典型的传统化学实验。笔者分别查阅了3套现行的高中化学教科书，并对与此相关的内容进行对比，具体见表1。为什么3套现行教材会如此默契地舍弃“传统”，都未将氯水的光解实验编排进去？实际上，虽然该实验设计简单、操作方便，但要在课堂上演示却存在着一些不可回避的问题，主要有以下几方面：
（1）传统方法中，盛氯水的烧杯或水槽都是敞口的，氯水中的氯气容易外逸，不仅会降低氯水的浓度，还很容易污染环境，也不适宜对学生的环保教育。
（2）按图1装置实验时，生成的氧气不方便进行后续检验操作。
（3）氯水光解反应的速度慢，在课堂上演示氯水光解实验，虽能观察到有气泡产生，但难以收集到足够量的氧气加以验证。
（4）该实验受天气的影响较大，不太可能每次实验时教室内都有强烈、直射的阳光，要在课堂教学的45min内完成演示氯水光解和氧气检验的实验，是不现实的。
笔者认为：Cl2与水反应能生成HCl和HClO，这是事实，但Cl2与水的反应速度是很慢的。再者，粗略计算，当1 L水中溶解2 L Cl2达饱和时，Cl2的质量分数约为6.3×10-3，物质的量浓度约为8.9×10-2 mol·L-1。有文献可查，25 ℃时，Cl2与水反应的平衡常数K=4.2×10-4，算得平衡时c(HClO)仅为3.0×10-2 mol·L-1。可见，即使是在饱和的氯水中次氯酸的浓度也是很小的。
源于：7彩论文网毕业论文www.7ctime.com
不仅如此，我们还需注意的是，由于Cl2的溶解能力较差，溶于水时需要很长时间才能达到饱和状态，因此饱和的氯水并不容易制得。而我们通常所用的氯水，实际上很多都不可能是饱和的，其中次氯酸的实际浓度比前面提供的平衡浓度还要低很多！
1 实验改进
笔者认为，实际上只要解决了氯水中次氯酸的浓度、实验装置及照射光源等3个关键点，在教室演示实验时，上述存在的这些问题便可迎刃而解。通过实证研究，我们认为可对实验如下改进：
（1）提高次氯酸的浓度
向水中通入过量氯气后，由于Cl2与水的反应速度很慢，常规制法得到的新制氯水并不适宜立即用于氯水的光解实验。采用下列两种处理方法，效果都不错：
①将常规方法制得的新制饱和氯水，先装于棕色试剂瓶，密封后在暗处放置1周后再用来实验，能让氯水中更多的Cl2转化为HClO提高浓度；
②配制氯水时，将氯气（已用饱和食盐水洗气）通入Na2CO3溶液或CaCO3浊液中直至饱和。Cl2+H2O
HCl+HClO，2CaCO3+2HC1（稀）=Ca(HCO3)2+CaC12，Na2CO3+HCl（稀）=NaHCO3+NaCl。由于Na2CO3溶液或CaCO3浊液等能与氯气反应后的产物盐酸反应成碳酸氢盐，而不会与另一产物次氯酸反应，促进氯气与水反应的平衡正向移动，达到提高溶液中次氯酸浓度的目的。此法是实验室快速制备较高浓度次氯酸行之有效的方法。
（2）重新设计实验装置
对原有实验装置进行改进，改进后的新装置见图2。需用到的主要仪器有：500 mL广口瓶、分液漏斗、注射器（20 mL）等。
（3）选择实验替代光源
在我们演示该实验时，不可能做到教室内每次都有强烈的、直射的日光。而现在很多教室都已配备了投影设备，实验表明，必要时用投影仪光源替代日光是个很不错的选择。由于教学投影仪一般使用超高压汞灯泡作为光源，其波长范围十分适合光化反应，且能提供稳定的高强度光。与此同时，投影仪还能将实验现象及时投影出来，也便于全班同学的观察。
2 实验操作
（1）制备氯水；
（2）按图2组装实验装置。打开止水夹、分液漏斗玻璃塞及旋塞，由分液漏斗向广口瓶加氯水，直至注满；
（3）关闭止水夹，连上注射器，分液漏斗上口可塞一团滴有NaOH溶液的棉花，可吸收少量挥发的Cl2；
（4）将实验装置置于日光（或投影仪光源）下持续照射，分液漏斗内氯水液面缓缓上升，约10 min即可在广口瓶内收集到40～50 mL的无色气体；
（5）气体的检验：打开止水夹，分液漏斗内液面下降，广口瓶内气体进入并充满注射器。关闭止水夹，轻轻拉出推杆。将带火星的木条迅速插入注射器内，可观察到木条立即复燃。
3 改进方案的优点
改进后的实验方案主要有以下优点：
（1）克服了光解时间、天气等因素对实验开展的局限，满足了课堂教学演示的要求；
（2）实验操作简捷、现象明显，也便于氯水光解产物O2的检验；
（3）避免了氯水中氯气外逸可能引起的环境问题，更符合环保理念。
参考文献：
刘怀乐.谈谈氯水在化学教学中的几个问题[J].教学仪器与实验，2008，（5）：32～34.
陆燕海，林肃浩.检验火柴头中硫元素的几套微量化改进方案[J].化学教育，2011，（5）：58～73.
摘要：传统氯水光解实验中存在污染环境、光解速度慢、氧气验证困难、受天气制约等不足。从氯水中次氯酸浓度、实验装置及照射光源等角度，对该实验进行了分析与改进，提出了自己的优化方案。
关键字：氯水光解实验；次氯酸；实验改进
文章编号：1005–6629(2012)7–0047–02：B
氯水光解实验（常见的实验装置如图1所示）是一个典型的传统化学实验。笔者分别查阅了3套现行的高中化学教科书，并对与此相关的内容进行对比，具体见表1。为什么3套现行教材会如此默契地舍弃“传统”，都未将氯水的光解实验编排进去？实际上，虽然该实验设计简单、操作方便，但要在课堂上演示却存在着一些不可回避的问题，主要有以下几方面：
（1）传统方法中，盛氯水的烧杯或水槽都是敞口的，氯水中的氯气容易外逸，不仅会降低氯水的浓度，还很容易污染环境，也不适宜对学生的环保教育。
（2）按图1装置实验时，生成的氧气不方便进行后续检验操作。
（3）氯水光解反应的速度慢，在课堂上演示氯水光解实验，虽能观察到有气泡产生，但难以收集到足够量的氧气加以验证。
（4）该实验受天气的影响较大，不太可能每次实验时教室内都有强烈、直射的阳光，要在课堂教学的45min内完成演示氯水光解和氧气检验的实验，是不现实的。
笔者认为：Cl2与水反应能生成HCl和HClO，这是事实，但Cl2与水的反应速度是很慢的。再者，粗略计算，当1 L水中溶解2 L Cl2达饱和时，Cl2的质量分数约为6.3×10-3，物质的量浓度约为8.9×10-2 mol·L-1。有文献可查，25 ℃时，Cl2与水反应的平衡常数K=4.2×10-4，算得平衡时c(HClO)仅为3.0×10-2 mol·L-1。可见，即使是在饱和的氯水中次氯酸的浓度也是很小的。
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不仅如此，我们还需注意的是，由于Cl2的溶解能力较差，溶于水时需要很长时间才能达到饱和状态，因此饱和的氯水并不容易制得。而我们通常所用的氯水，实际上很多都不可能是饱和的，其中次氯酸的实际浓度比前面提供的平衡浓度还要低很多！
1 实验改进
笔者认为，实际上只要解决了氯水中次氯酸的浓度、实验装置及照射光源等3个关键点，在教室演示实验时，上述存在的这些问题便可迎刃而解。通过实证研究，我们认为可对实验如下改进：
（1）提高次氯酸的浓度
向水中通入过量氯气后，由于Cl2与水的反应速度很慢，常规制法得到的新制氯水并不适宜立即用于氯水的光解实验。采用下列两种处理方法，效果都不错：
①将常规方法制得的新制饱和氯水，先装于棕色试剂瓶，密封后在暗处放置1周后再用来实验，能让氯水中更多的Cl2转化为HClO提高浓度；
②配制氯水时，将氯气（已用饱和食盐水洗气）通入Na2CO3溶液或CaCO3浊液中直至饱和。Cl2+H2O
HCl+HClO，2CaCO3+2HC1（稀）=Ca(HCO3)2+CaC12，Na2CO3+HCl（稀）=NaHCO3+NaCl。由于Na2CO3溶液或CaCO3浊液等能与氯气反应后的产物盐酸反应成碳酸氢盐，而不会与另一产物次氯酸反应，促进氯气与水反应的平衡正向移动，达到提高溶液中次氯酸浓度的目的。此法是实验室快速制备较高浓度次氯酸行之有效的方法。
（2）重新设计实验装置
对原有实验装置进行改进，改进后的新装置见图2。需用到的主要仪器有：500 mL广口瓶、分液漏斗、注射器（20 mL）等。
（3）选择实验替代光源
在我们演示该实验时，不可能做到教室内每次都有强烈的、直射的日光。而现在很多教室都已配备了投影设备，实验表明，必要时用投影仪光源替代日光是个很不错的选择。由于教学投影仪一般使用超高压汞灯泡作为光源，其波长范围十分适合光化反应，且能提供稳定的高强度光。与此同时，投影仪还能将实验现象及时投影出来，也便于全班同学的观察。
2 实验操作
（1）制备氯水；
（2）按图2组装实验装置。打开止水夹、分液漏斗玻璃塞及旋塞，由分液漏斗向广口瓶加氯水，直至注满；
（3）关闭止水夹，连上注射器，分液漏斗上口可塞一团滴有NaOH溶液的棉花，可吸收少量挥发的Cl2；
（4）将实验装置置于日光（或投影仪光源）下持续照射，分液漏斗内氯水液面缓缓上升，约10 min即可在广口瓶内收集到40～50 mL的无色气体；
（5）气体的检验：打开止水夹，分液漏斗内液面下降，广口瓶内气体进入并充满注射器。关闭止水夹，轻轻拉出推杆。将带火星的木条迅速插入注射器内，可观察到木条立即复燃。
3 改进方案的优点
改进后的实验方案主要有以下优点：
（1）克服了光解时间、天气等因素对实验开展的局限，满足了课堂教学演示的要求；
（2）实验操作简捷、现象明显，也便于氯水光解产物O2的检验；
（3）避免了氯水中氯气外逸可能引起的环境问题，更符合环保理念。
参考文献：
刘怀乐.谈谈氯水在化学教学中的几个问题[J].教学仪器与实验，2008，（5）：32～34.
陆燕海，林肃浩.检验火柴头中硫元素的几套微量化改进方案[J].化学教育，2011，（5）：58～73.