化學實驗氯氣制備及實驗記錄模板一、引言氯氣（Cl?）是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于漂白、消毒、制藥及有機合成等領(lǐng)域。其制備實驗是中學及大學化學實驗中的經(jīng)典內(nèi)容，旨在讓學習者掌握氣體制備的基本流程（發(fā)生、收集、尾氣處理），理解氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用，并強化安全操作意識。本實驗以二氧化錳與濃鹽酸加熱反應(yīng)為主要方法，結(jié)合氯氣的物理化學性質(zhì)設(shè)計收集與尾氣處理方案，同時提供標準化實驗記錄模板，助力實驗過程的規(guī)范記錄與數(shù)據(jù)整理。二、實驗原理氯氣的制備通常采用氧化還原反應(yīng)，其中二氧化錳（MnO?）作為氧化劑，在加熱條件下將濃鹽酸（HCl）中的氯離子（Cl?）氧化為氯氣（Cl?）。反應(yīng)的化學方程式為：$$\text{MnO}_2+4\text{HCl}(\text{濃})\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}\text{MnCl}_2+\text{Cl}_2\uparrow+2\text{H}_2\text{O}$$補充說明：1.反應(yīng)條件的必要性：稀鹽酸的還原性較弱（Cl?濃度低），無法被MnO?氧化；濃鹽酸在加熱時，Cl?的還原性增強，滿足反應(yīng)要求。2.氯氣的性質(zhì)與收集方法：物理性質(zhì)：黃綠色氣體，密度比空氣大（約為空氣的2.9倍），可溶于水（1體積水約溶2體積Cl?），難溶于飽和食鹽水（Cl?抑制Cl?與水的反應(yīng)）。收集方法：向上排空氣法（利用密度比空氣大）或排飽和食鹽水法（避免Cl?溶解，同時吸收HCl雜質(zhì)）。3.尾氣處理：氯氣有毒（刺激呼吸道、腐蝕黏膜），需用氫氧化鈉溶液（NaOH）吸收，反應(yīng)方程式為：$$\text{Cl}_2+2\text{NaOH}=\text{NaCl}+\text{NaClO}+\text{H}_2\text{O}$$（注：不能用澄清石灰水，因Ca(OH)?溶解度小，吸收不完全。）三、實驗用品1.試劑濃鹽酸（質(zhì)量分數(shù)36%-38%，分析純）；二氧化錳（MnO?，固體，分析純）；氫氧化鈉溶液（1mol/L，用于尾氣吸收）；飽和食鹽水（可選，用于排液法收集）；淀粉碘化鉀試紙（用于驗滿）；藍色石蕊試紙（用于驗證氯氣的酸性與漂白性）。2.儀器固液加熱型反應(yīng)裝置：圓底燒瓶（250mL或500mL）、分液漏斗（100mL或250mL）、石棉網(wǎng)、酒精燈、鐵架臺（帶鐵圈、鐵夾）；氣體收集裝置：集氣瓶（250mL，若干）、玻璃片、水槽（排飽和食鹽水法用）；尾氣處理裝置：燒杯（500mL）、導管（橡膠管+玻璃管）；其他：藥匙、鑷子、火柴、玻璃棒。四、實驗步驟1.裝置搭建按照“從下到上、從左到右”的順序搭建裝置：將鐵架臺固定在實驗臺，鐵圈上放置石棉網(wǎng)，石棉網(wǎng)上放圓底燒瓶；用鐵夾固定圓底燒瓶（瓶頸約1/3處），燒瓶瓶口塞雙孔橡膠塞（左孔插分液漏斗，右孔插導出氣體的玻璃管）；分液漏斗中加入濃鹽酸（注意：先檢查分液漏斗是否漏水，活塞涂凡士林密封）；導出氣體的玻璃管連接至收集裝置（向上排空氣法：導管伸至集氣瓶底部；排飽和食鹽水法：導管伸至水槽中集氣瓶口下方）；最后連接尾氣吸收裝置（玻璃管插入NaOH溶液中，液面下約1-2cm，避免倒吸）。2.氣密性檢查關(guān)閉分液漏斗活塞，將尾氣吸收裝置的導管末端浸入水中；用手捂住圓底燒瓶（或微熱），若導管口有連續(xù)氣泡冒出，停止加熱后導管內(nèi)形成穩(wěn)定水柱，說明裝置氣密性良好。3.加藥品與啟動反應(yīng)向圓底燒瓶中加入5-8gMnO?固體（用藥匙平鋪于燒瓶底部）；打開分液漏斗活塞，緩慢滴加20-30mL濃鹽酸（控制滴加速度，避免反應(yīng)過于劇烈）；點燃酒精燈，先預熱燒瓶，再集中加熱（火焰對準MnO?與鹽酸接觸部位）。4.收集氯氣向上排空氣法：將集氣瓶正放，導管伸至瓶底，收集約5-10分鐘；用濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在瓶口，若試紙變藍（Cl?氧化I?為I?，淀粉遇I?變藍），說明已收集滿。排飽和食鹽水法：將集氣瓶裝滿飽和食鹽水，倒置在水槽中，導管伸至瓶口下方；當集氣瓶中液面下降至瓶口，且有連續(xù)氣泡冒出時，用玻璃片蓋住瓶口，取出正放（此法收集的Cl?更純凈，適用于需高純度氯氣的實驗）。5.停止反應(yīng)與尾氣處理收集完畢后，先熄滅酒精燈（防止倒吸），再關(guān)閉分液漏斗活塞；待裝置冷卻后，將尾氣吸收裝置中的NaOH溶液振蕩，確保Cl?完全吸收；拆除裝置時，先移除尾氣吸收裝置，再拆卸反應(yīng)裝置（避免殘留Cl?泄漏）。五、注意事項1.安全操作實驗需在通風櫥中進行（Cl?有毒，濃度超過1ppm即對人體有害）；濃鹽酸具有強揮發(fā)性與腐蝕性，操作時戴手套，避免接觸皮膚與眼睛；加熱時需墊石棉網(wǎng)，防止燒瓶炸裂；酒精燈使用后及時熄滅，避免火災(zāi)。2.操作規(guī)范分液漏斗的活塞需涂凡士林，防止漏氣；滴加鹽酸時緩慢，控制反應(yīng)速率（避免HCl大量揮發(fā)）；收集氯氣的集氣瓶需蓋嚴玻璃片，正放于陰涼處（Cl?易液化，溫度高會揮發(fā)）；尾氣處理裝置的導管不能插入NaOH溶液過深（防止倒吸，可在導管末端接一個倒扣的漏斗，增大接觸面積）。3.應(yīng)急處理若Cl?泄漏，立即打開門窗通風，用濕毛巾捂住口鼻撤離；若濃鹽酸濺到皮膚，用大量清水沖洗，再涂碳酸氫鈉溶液（1%-3%）；若眼睛接觸濃鹽酸，立即用大量清水沖洗15分鐘，就醫(yī)。六、實驗記錄模板【實驗信息】項目內(nèi)容實驗名稱氯氣的制備與性質(zhì)驗證實驗日期____年____月____日實驗者____（姓名/班級）指導教師____實驗地點____（實驗室編號）【試劑與儀器】類別名稱及規(guī)格數(shù)量備注試劑濃鹽酸（36%-38%）30mL分析純試劑二氧化錳（固體）5g分析純試劑氫氧化鈉溶液（1mol/L）200mL尾氣吸收試劑飽和食鹽水500mL排液法收集儀器圓底燒瓶（250mL）1個反應(yīng)容器儀器分液漏斗（100mL）1個加液裝置儀器集氣瓶（250mL）3個收集氣體儀器淀粉碘化鉀試紙若干驗滿【實驗步驟記錄】時間操作內(nèi)容操作人備注9:00搭建實驗裝置（圓底燒瓶、分液漏斗、導管）張三檢查氣密性9:10向燒瓶中加入5gMnO?固體張三平鋪于底部9:15分液漏斗中加入30mL濃鹽酸李四活塞涂凡士林9:20點燃酒精燈，預熱后加熱燒瓶王五火焰對準反應(yīng)物9:30用向上排空氣法收集第一瓶氯氣張三導管伸至瓶底9:35用淀粉碘化鉀試紙驗滿，試紙變藍李四記錄時間9:40熄滅酒精燈，關(guān)閉分液漏斗活塞王五防止倒吸9:50處理尾氣（振蕩NaOH溶液）張三確保吸收完全【現(xiàn)象與數(shù)據(jù)】操作步驟觀察到的現(xiàn)象數(shù)據(jù)記錄加入濃鹽酸燒瓶內(nèi)有少量氣泡冒出——加熱反應(yīng)氣泡增多，溶液逐漸變?yōu)辄S綠色反應(yīng)溫度：____℃收集氯氣集氣瓶中充滿黃綠色氣體收集時間：10分鐘驗滿（淀粉碘化鉀試紙）試紙立即變藍——驗證性質(zhì)（藍色石蕊試紙）試紙先變紅（酸性），后褪色（漂白性）——【問題與討論】1.為什么用濃鹽酸而不是稀鹽酸制備氯氣？答案：稀鹽酸中Cl?濃度低，還原性較弱，無法被MnO?氧化；濃鹽酸在加熱條件下，Cl?的還原性增強，滿足反應(yīng)要求（MnO?的氧化性需在濃鹽酸環(huán)境中才能體現(xiàn)）。2.排飽和食鹽水法收集氯氣的優(yōu)點是什么？答案：①飽和食鹽水中Cl?濃度高，抑制Cl?與水的反應(yīng)（Cl?+H?O?HCl+HClO），減少Cl?的溶解；②飽和食鹽水能吸收HCl雜質(zhì)（HCl易溶于水），提高氯氣的純度。3.尾氣處理為什么用NaOH溶液而不是澄清石灰水？答案：澄清石灰水中Ca(OH)?的溶解度?。s0.16g/100mL），無法完全吸收尾氣中的Cl?；NaOH溶液的溶解度大（約109g/100mL），能充分吸收Cl?，防止污染空氣。4.實驗中若收集的氯氣顏色較淺，可能的原因是什么？分析：①濃鹽酸揮發(fā)過多（滴加速度過快或加熱過?。?；②裝置漏氣（分液漏斗活塞未密封或橡膠塞松動）；③MnO?用量不足（未完全反應(yīng)）?！窘Y(jié)論】本次實驗通過二氧化錳與濃鹽酸加熱反應(yīng)成功制備了氯氣，利用向上排空氣法（或排飽和食鹽水法）收集了3瓶黃綠色氯氣，驗證了其密度比空氣大、能使淀粉碘化鉀試紙變藍（氧化性）、能使藍色石蕊試紙先變紅后褪色（酸性與漂白性）等性質(zhì)。實驗過程嚴格遵守安全操作規(guī)范，尾氣處理徹底（NaOH溶液吸收），未造成環(huán)境污染。本次實驗達到了預期目的，掌握了氣體制備的基本流程與氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用。七、常見問題分析1.反應(yīng)不發(fā)生或速率慢：原因：MnO?未預熱、濃鹽酸濃度過低、裝置漏氣。解決：預熱MnO?至微熱，使用36%以上的濃鹽酸，檢查裝置氣密性。2.收集的氯氣純度低：原因：HCl揮發(fā)過多（加熱過?。?、未用飽和食鹽水吸收雜質(zhì)。解決：緩慢滴加鹽酸，降低加熱溫度，用排飽和食鹽水法收集。3.驗滿時試紙不變藍：原因：氯氣濃度不足（收集時間短）、試紙未濕潤（Cl?需與水反應(yīng)生成HClO才能氧化I?）。解決：延長收集時間，使用濕潤的淀粉碘化鉀試紙。八、結(jié)語氯氣制備