張紅衛(wèi)

摘要：針對實(shí)驗(yàn)室制取氯氣在尾氣吸收處理上的不足，通過實(shí)驗(yàn)探索，用實(shí)驗(yàn)論證了用氨水代替NaOH溶液作為尾氣吸收液的可行性，并對蘇教版教材上氨氣噴泉實(shí)驗(yàn)的原理解釋提出了建議。

關(guān)鍵詞：氨水溶液；尾氣吸收；氯氣尾氣；氨氣噴泉實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號：1005–6629（2013）9–0044–02 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 發(fā)現(xiàn)問題

通常在實(shí)驗(yàn)室制取氯氣，一般都是用NaOH溶液吸收尾氣（裝置如圖1所示）。在制備氯氣實(shí)驗(yàn)開始后，就有氣泡從NaOH溶液中逸出。一開始，應(yīng)該是裝置中的空氣被排出體系。但隨著反應(yīng)的進(jìn)行，仍然有氣泡從溶液中逸出，且空氣中的氯氣味也越來越濃。這可能就是裝置氣密性不嚴(yán)或更換集氣瓶引起了氯氣泄漏。

于是，筆者更換了裝置，重新實(shí)驗(yàn)，尤其檢查氣密性，且實(shí)驗(yàn)過程中不更換集氣瓶，以確保氣體出口的唯一性。并且用蘸有濃氨水的玻璃棒在所有接口、出口處檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：只在NaOH溶液液面上出現(xiàn)了白煙（NH4Cl，反應(yīng)為：3Cl2+8NH3=6NH4Cl+N2）。

顯然，氯氣未被NaOH溶液完全吸收，且逸出明顯。隨著實(shí)驗(yàn)的延續(xù)，NaOH溶液也逐漸呈現(xiàn)淡淡的黃綠色。隨后，筆者通過增加NaOH溶液的濃度、增加導(dǎo)管在溶液中的深度、在導(dǎo)管末端增加布有小孔的乳膠頭等措施來促進(jìn)Cl2和NaOH的反應(yīng)，結(jié)果還是徒勞。

說明：上述實(shí)驗(yàn)中，筆者先配得NaOH飽和溶液（在288 K時(shí)，NaOH飽和溶液的物質(zhì)的量濃度為26.4 mol/L），分別用體積比為1：10、1：5、1：1三種濃度的溶液進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)。

2 提出設(shè)想

從化學(xué)熱力學(xué)角度看，Cl2和NaOH的反應(yīng)能徹底進(jìn)行。從化學(xué)動力學(xué)角度看，該化學(xué)反應(yīng)速率不快。因此，筆者對用NaOH溶液吸收氯氣尾氣的實(shí)效產(chǎn)生了懷疑并進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)探究。

3 實(shí)驗(yàn)探究

3.1 用NaOH溶液做吸收液

受NH3噴泉實(shí)驗(yàn)原理的影響，筆者設(shè)計(jì)了如圖2所示的Cl2-NaOH噴泉實(shí)驗(yàn)，來定性感受兩者的反應(yīng)速率。當(dāng)用針筒推入約3 mL的NaOH溶液后，燒瓶中沒有出現(xiàn)噴泉實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。等候2分鐘，導(dǎo)管中的液面也不上升。

接著，筆者輕輕晃動裝置，才看到導(dǎo)管中的水慢慢爬升，噴口有水流出，隨即又停止。可見，晃動裝置，促進(jìn)了氣液混合，加快了反應(yīng)的進(jìn)行。每晃動一次，液面上升一次，如此循環(huán)，直到水幾乎充滿整個(gè)燒瓶。

結(jié)合氯氣的純度和存在的誤差，實(shí)驗(yàn)表明，Cl2和NaOH的反應(yīng)，是能徹底進(jìn)行的，但反應(yīng)速率較慢，不能出現(xiàn)類似氨氣噴泉實(shí)驗(yàn)的噴射現(xiàn)象，是由于兩者不能瞬間快速反應(yīng)，無法引起燒瓶內(nèi)氣壓驟降。

可見，在實(shí)驗(yàn)室制取氯氣時(shí)，又因氯氣的生成速率大于NaOH溶液吸收氯氣的速率。所以，用圖1的方法吸收氯氣尾氣是不會形成倒吸的。

說明：此Cl2-NaOH噴泉實(shí)驗(yàn)，也分別使用體積比為1：10、1：5、1：1三種濃度的溶液進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)。

那么如何加快吸收氯氣的速率呢？筆者想還是從根本上來解決：換吸收液。

3.2 用氨水做吸收液

收集同等條件下的氯氣，改用氨水做吸收液。利用圖2進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，當(dāng)推入約3 mL市售濃氨水（含氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為25%～28%，物質(zhì)的量濃度約為13.3～ 14.8 mol/L）后，噴泉現(xiàn)象立即產(chǎn)生，進(jìn)水量約占容器2/3容積，液面上方充滿白煙。

因濃氨水的強(qiáng)烈揮發(fā)，相比于Cl2和NaOH反應(yīng)的氣液接觸，氯氣和氨氣的氣氣接觸要充分得多，顯然化學(xué)反應(yīng)速率也快得多。雖然反應(yīng)物的化學(xué)性質(zhì)是決定化學(xué)反應(yīng)速率的根本因素，但限于本人的知識面，不能給予解釋，所以只能從兩者接觸程度這個(gè)外因給予說明。

接著，筆者又做了如圖3所示的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)把市售濃氨水沿試管壁緩緩倒入集滿氯氣的試管時(shí)，除了看到白煙外，還聽到響聲、看到火光、感到試管壁發(fā)燙。再

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

綜上所述，筆者把吸收氯氣尾氣的裝置設(shè)計(jì)為如圖4。用長試管內(nèi)盛適量氨水（體積比1：1）來吸收尾氣。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：聽見輕微響聲、看到試管中下部有白煙、摸到試管外壁升溫、沒有火光。

那么圖4實(shí)驗(yàn)為什么又不倒吸呢？是因?yàn)榉磻?yīng)生成了氮?dú)?，使得Cl2 和氨水短暫分離，反應(yīng)瞬間停止，當(dāng)?shù)獨(dú)馀懦?，Cl2 和氨水繼續(xù)接觸反應(yīng)，如此循環(huán)。氯氣-氨水噴泉實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)水量同樣不會充滿整個(gè)容器，其原因也是因?yàn)榉磻?yīng)生成了氮?dú)猓沟眠M(jìn)水量約占容器2/3容積，。

事實(shí)勝于雄辯，用氨水代替NaOH溶液作為尾氣吸收液，具有實(shí)驗(yàn)操作安全可靠，吸收液用量少，尾氣吸收快、無氯氣泄漏等優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)然，通過實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，學(xué)生從感性上認(rèn)識了氨氣的還原性（教材上沒有），強(qiáng)化了氯氣的氧化性等化學(xué)知識，這是一個(gè)意外收獲。

5 一個(gè)建議

針對氨氣噴泉實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)把人教版和蘇教版教材上的有關(guān)原理解釋進(jìn)行對比[1][2]，見表1。

可見，人教版噴泉實(shí)驗(yàn)原理解釋的更全面。所以，筆者建議：蘇教版在解釋實(shí)驗(yàn)原理時(shí)，不能僅解釋到反應(yīng)熱力學(xué)的知識層面，還要兼顧到反應(yīng)動力學(xué)的知識層面。象人教版一樣解釋，讓學(xué)生更全面地理解氨氣噴泉實(shí)驗(yàn)原理：氨氣溶于水，溶解量多，溶解速率快。

參考文獻(xiàn)：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)1（必修）[M].南京：江蘇教育出版社，2009.

[2]宋心琦主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007.