氯氣的製取及性質實驗在基礎化學實驗教學中占有很重要的地位,對學習鹵族元素的有關知識有著重要的啟迪作用。但氯氣是一種有刺激性氣味且有毒的氣體,真正做該實驗,一是對環境有汙染,二是對師生健康有直接影響,因此在實際教學中往往放棄該實驗,采用口頭講述的方法進行描述。如果能設計一套全封閉式的製取裝置,用以解決上述不足,則對該實驗的教學具有重要意義。
二、設計目標
1.知識與技能:通過設計活動,讓參與者了解全封閉式製取氯氣的方法和學會設計相關實驗方案的能力。
2.過程與方法:通過設計與探究,了解探究性實驗的操作過程,學會氯氣用量的控製。
3.情感與態度:通過實踐活動,體會微型化學實驗在實際教學中的意義。
三、用品準備
1.用品:20mL注射器,集氣瓶,導氣管,乳膠管。
2.藥品:濃鹽酸(12mol·L-1),NaOH溶液(4mol·L-1),KMnO4,飽和食鹽水。
四、設計圖解
裝置設計造型。
①A、B、C為自由夾;1~4為集氣瓶,第1瓶中盛約有20mLNaOH溶液;第2瓶中裝有約1gKMnO4固體;第3瓶中盛滿飽和食鹽水;第4瓶為空瓶。
②注射器D中盛有約5mL濃鹽酸。
③導氣管用輸液管。
五、操作過程
1.打開自由夾A和C,關閉自由夾B,緩緩推動注射器的活塞,按約1滴/秒的滴加速率逐滴滴入集氣瓶2中。
2.當觀察到反應生成的黃綠色氯氣充滿集氣瓶2時,打開自由夾B,同時關閉自由夾C。
3.此時便觀察到氯氣將集氣瓶3中的飽和食鹽水壓入集氣瓶4中。
4.當觀察到集氣瓶3中的飽和食鹽水全部被氯氣壓出時,關閉自由夾B,同時緩緩回抽注射器活塞(目的是平衡反應容器集氣瓶2中的氯氣壓力)。
5.製取氯氣實驗結束時,關閉自由夾A,將注射器從裝有自由夾A的輸液管中拔出,換吸約6mLNaOH溶液,再按所示使注射器D與裝有自由夾A的輸液管相連接,關閉自由夾B,打開自由夾A、C,將注射器D中的NaOH溶液一次性注入集氣瓶2中。
六、問題探討為了更安全地控製氯氣用量,更有效地、靈活地進行氯氣性質實驗,可參照所示進行取用。
①A為盛有飽和食鹽水的集氣瓶;②B為充滿氯氣的集氣瓶。
緩緩抽拉注射器活塞,充有氯氣的集氣瓶B中產生負壓,此時觀察到燒杯A中的飽和食鹽水被壓入集氣瓶B中,直至飽和食鹽水壓滿集氣瓶B為止,B中的氯氣全部被轉充到注射器中。根據氯氣性質實驗所需,推動注射器活塞,能安全地控製氯氣用量,以保證氯氣性質實驗有效地、靈活地進行。
設計四苯溴代反應環保型設計
一、設計思想
苯的溴代反應實驗是中學化學實驗中一個比較重要的實驗。但由於苯的毒性和溴的強刺激性,使該實驗的教學無法正常開展。為了保證實驗能正常開展且不汙染環境,對師生健康無損害,設計一套環保型的實驗裝置很有必要。
二、設計目標
1.知識與技能:通過設計活動,讓參與者了解全封閉式苯溴代反應的原理和方法,並能舉一反三,設計出其他有毒有害實驗的環保型實驗。
2.過程與方法:通過實踐活動,使參與者能在探究過程中了解綠色環保實驗的程序和方法。
3.情感與態度:通過實踐活動,使參與者能體會到綠色環保化學實驗的實際意義。
三、用品準備
10mL注射器、集氣瓶、燒杯、CCl4、AgNO3、NaOH溶液、苯,液溴。
四、設計圖解
裝置設計造型。
五、操作過程
1.用注射器依次吸取約4mL苯和1.5mL液溴,並混溶均勻,按實驗所需的各部件連接起來。
2.依次打開自由夾a,關閉自由夾b,緩緩推動注射器活塞,將苯與溴的混合液一次性注入A中,關閉自由夾a,取下注射器。
3.小心地將鑲有螺旋狀細鐵絲的鐵絲下插至螺旋狀細鐵絲與A底部接觸,同時打開b自由夾,在(Fe)催化條件下,苯溴代反應發生,生成的HBr氣體與部分未參加反應的苯、溴(蒸氣)一同被導入B中。
4.苯、溴被CCl4吸收,HBr氣體被導入集氣瓶C中,在AgNO3溶液液麵上方產生白霧,並與AgNO3反應產生淺黃色沉澱,餘氣導入燒杯D中,被NaOH溶液吸收。
5.反應結束,關閉自由夾b,將與裝有自由夾b相連的導氣管從B的膠蓋上小心地拔出,插入盛有NaOH溶液的D中。
6.一手按住A的膠蓋,一手將鑲有螺旋狀細鐵絲的鐵絲小心地拔升至原位置(離開苯和溴的混合液),打開自由夾b,用注射器吸取約8mLNaOH溶液,全部注入A中。
7.關閉自由夾a,取下注射器,小心振蕩集氣瓶A,待液—液界麵保持相對穩定時,便觀察到在A底部有一種無色油狀物,即較純溴苯。
六、問題探討
在實驗過程中,視苯的溴代反應速率的大和小,用鐵絲的升降來調控該實驗反應速率。