“氯”色“化”园

庞钧 刘汝凤

摘 要：高一学习氯气的相关实验很多，经常会综合其他元素的化学性质，环境保护意识等问题，五花八门的习题让我们萌生了一个想法，能不能进行实验，将相关习题进行整合，将氯气制备和相关反应弄个清楚，于是我们走进了实验室解决学习中遇到的问题。本研究基于氧化还原反应的原理，利用氯酸钾和盐酸反应制备氯气并进行相关反应，主要通过观察颜色变化来分析反应发生的情况，针对氯气对环境有污染的问题，进行了实验的微型化、绿色化、解决了氯气制备的污染问题，探究了氯水的氧化性、漂白性、酸性等系列问题，进而想到用电解的方式获得氯气，进行趣味创造实验，研究过程中变化多样的色彩，意料之外的现象让我们好像走进了“氯”色“化”园，趣味盎然。

关键词：氯气；氧化还原反应

一、研究动机及目的

高一化学中学习氯气性质后，千奇百怪的题目一直让我们想走进实验室一探究竟，尤其是暑假预习到电解原理，更加想从不同角度，将氯气的秘密一探究竟，我们想实现氯气制备及性质的便利、综合、微型、绿色、于是我们查阅资料，设计实验，进行实践，用实验解决我们学习中的疑惑。

该项目的研究目的在于利用氧化还原反应原理，发现常温制氯气的方法，并对日常学习中的困惑问题进行实验研究，解决氯气制备的多样环保，并且研究氯气与亚铁离子反应及产物检验，氯气与淀粉KI反应进行的程度，氯气与酸碱指示剂和氢氧化钠反应的现象及原因，电解法制备氯气并进行以上相关实验的可行性。

二、研究设备和器材

培养皿、烧杯、导线、低压电源、笔芯、玻璃棒、万用表、滤纸、滴管、钥匙、氯酸钾、盐酸、氯化钠溶液、硫酸铜溶液、硫酸亚铁溶液、硫氰化钾溶液、碘化钾溶液、淀粉、氢氧化钠、石蕊、硝酸银溶液。

三、研究方法及相关原理

该项目运用了观察、实验、对比、分类的方法，运用了氧化还原相关理论知识。

四、研究过程和结果

1.探究氯气发生原理、装置及与亚铁离子、碘离子反应

（1）确定反应原理及装置

我们查阅资料得知，高中阶段制备氯气的常用方法有如下几种：

[MnO2+4HCl浓?MnCl2+Cl2↑+2H2O]

[2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O]

[KClO3+6HCl=KCl+3Cl2↑+3H2O]

对比三个反应，我们看到如果进行微型实验，第一个加热条件不易实现，第二个反应物高锰酸钾氧化性太强反应太剧烈，于是我们决定用第三个反应来制备氯气。考虑到氯气的毒性，我们决定用密封的带盖儿培养皿来完成此实验，培养皿盖儿上开孔用注射器进行密封加液，并且可以通过旋转调整加液位置。

（2）实验一：探究氯气与亚铁离子、碘离子反应

装置明确以后我们开始了第一次实验尝试，我们试图通过以下实验弄清楚氯气与铁离子的氧化性强弱，同时弄清楚过量氯气氧化KI（aq）的程度。

第一，实验过程记录。

第二，实验结论。

我们发现，氯气发生装置有效，密闭培养皿中很快产生黄绿色气体，并且很快观察到Fe2+（KSCN）溶液变为深红色，KI（淀粉）溶液变为褐色，和教材上说的蓝色有些出入，随着时间的延长，我们发现在褐色淀粉KI液珠的中央产生了褪色，我们认为这是过量氯气将碘离子先氧化为I2再继续氧化为KIO3所致，红墨水也缓慢褪色。令我们十分庆幸的是，密封装置很好的解决了环保问题，1～2滴的试剂就可以达到非常好的实验效果，再注入氢氧化钠溶液以后，装置中的黄绿色很快消失。

2.探究氯气与指示剂相关反应及褪色原因

在日常的学习过程中，我们经常遇到有关氯气漂白性的问题，头脑中有许多模糊的东西，只有实验能帮我们解除学习中的疑惑，于是我们想探究下氯气与常见指示剂的作用原理。

（1）实验记录

（2）实验结论

通过实验我们发现，氯气可以使石蕊试液先变红后褪色，在实验中，变红后的液珠边缘部位先褪色中间后褪色，说明酸碱反应的速率大于氧化还原反应的速率，相比較氢氧化钠酚酞溶液褪色较慢，最后我们再次加入石蕊看到红色出现，证明氯气氧化了石蕊使其失效；氢氧化钠酚酞溶液红色逐渐褪去，且边缘褪色明显，我们推断应该是边缘液层薄所致，试验后我们探究了该褪色原理，在褪色后的氢氧化钠酚酞溶液中再次加入氢氧化钠至过量，无红色出现，进而滴入酚酞后，瞬间变红，我们认为是氯水氧化了酚酞使原酚酞失效所致，结合最近学到的酚类易被氧化，我们彻底弄懂了这其中的道理，很是开心。

3.电解条件下氯气的产生及相关反应的探究

（1）探究电解产生氯气的环保装置及可能性

我们想到能电解氯化钠水溶液的方法来制氯气，我们就想把氯气的相关实验和电解装置结合，这次我们采用了分格培养皿，于一侧面导入溶液电极通过电解产生氯气，然后让氯气扩散到另一侧与相关试剂反应。为了排除氢氧根离子对实验的影响，应使其反应或沉淀，经过思考，我们将溶液更改为氯化钠和硫酸铜的混合溶液，来有效抑制氯气的消耗。

（2）实验过程记录

（3）实验分析及结论

通过上述装置，我们在绿色环保的微型气室中，解决了以下几个问题：①氧化性：Cl2>I2（淀粉碘化钾变蓝）氧化性：Cl2>[Fe3+]（液滴从无色半透明由外至内逐渐变为黑色）；②氯水成分：有Cl-（氯化银沉淀产生。液滴由无色透明逐渐浑浊，产生白色沉淀。沉淀的转化，液滴由白色浑浊逐渐变为黄色浑浊AgI）；③氯水漂白性：检验NaOH酚酞溶液褪色的原因，颜色由粉红变为无色透明，加入NaOH溶液后仍为无色透明溶液，再次加入酚酞后重新变为红色；④对[Fe3+]的存在进行进一步递推：红色褪去，产生沉淀。

4.实验收获及总结

在检验氯气生成时，参考老师的建议我们使用硫酸亚铁溶液来检验。在滴加溶液的过程中，由于操作失误导致生成灰绿色沉淀。但我们并未得出是何处操作失误，这也是我们将继续思考与研究的内容。我们在实验中不断发现问题，不断反思实验、反思操作，再不断地完善实验。当我们遇到问题时不慌不乱、冷静思考，分析现状、查找资料以寻求更好的解决措施，这种锲而不舍、努力钻研的科学精神是我们中学生所必不可少的。