氯化氢制备与性质实验的微型化改进方案

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@小白创作中心

氯化氢制备与性质实验的微型化改进方案

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来源

http://www.knowcat.cn/p/20241208/2101851.html

氯化氢的制备与性质实验是高中化学教学中的重要实验之一。本文提出了一种微型化的实验改进方案，通过使用微型实验装置和优化实验步骤，实现了实验的安全性、便捷性和环保性的提升。

教材中实验的缺陷

在现行的高中化学教科书中，有关氯化氢的制备和性质实验采用了如图1、图2所示的实验装置。

实验原理
氯化氢的实验室制法：盐酸属于挥发性酸，利用难挥发性酸浓H2SO4与其盐反应来制取。
NaCl+H2SO4(浓)=NaHSO4+HCl↑

图1 氯化氢的制备

图2 喷泉实验

以上的关于氯化氢的制备及喷泉实验存在着以下的不足：
(1)氯化氢是无色的气体，在收集氯化氢时，没有直观的现象来判断气体是否收集满；
(2)传统的实验在收集好氯化氢气体后，需要把装满氯化氢气体的集气瓶换成圆底烧瓶来探究氯化氢易溶于水的性质，在更换仪器的过程中不能保证氯化氢100%全部集中于圆底烧瓶中，氯化氢气体容易溢出来，从而污染空气，危害实验者的身体健康；
(3)教材中制取氯化氢气体使用的是氯化钠固体与浓硫酸反应，在反应时会在氯化钠颗粒表面或整个氯化钠表层形成一个NaHSO4硬壳，阻碍了浓硫酸进一步与硬壳内部的氯化钠反应。

针对以上的不足之处，本文对本实验进行了以下改进：

实验改进

实验药品及仪器
药品：氯化铵固体、98%浓硫酸、紫色石蕊试液、蒸馏水、硝酸银溶液、氢氧化钠溶液。
微型仪器：侧泡具支试管2支，直角形通气管1支，直形通气管1支，小烧杯1个，橡皮塞2个，活塞3个，橡胶管2根，针筒2根。
实验原理
常温下，氯化铵固体与浓硫酸发生复分解反应制取氯化氢气体，反应方程式如下：
2NH4Cl+H2SO4(浓)=(NH4)2SO4+2HCl↑
实验装置图(略去铁架台和铁夹)
图3 实验装置(略去铁架台和铁夹) 注：1，2—针筒；3，4，5—玻璃活塞；a—蘸有紫色石蕊试剂的湿润的棉花；b—蒸馏水；c—紫色石蕊试剂；d—氯化铵固体；e—浓硫酸。
实验步骤
(1)根据实验装置图组装仪器，检验装置的气密性；
(2)加入药品：往侧泡具支试管a中放入蘸有紫色石蕊试剂的湿润的棉花，烧杯c中加入紫色石蕊试剂，侧泡具支试管d中加入氯化铵固体，用针筒1抽取适量的浓硫酸，针筒2抽取适量的蒸馏水；
(3)关闭活塞3和活塞4，打开活塞5，将注射器1里面的浓硫酸注射到侧泡具支试管d中去与氯化铵固体反应，待a处的蘸有紫色石蕊试剂的湿润的棉花变成红色时，证明f中已收集满氯化氢气体，且证明氯化氢溶于水显酸性；
(4)关闭活塞5，打开活塞3和活塞4，将注射器2里面的蒸馏水注射进侧泡具支试管f中，可观察到圆底烧瓶内有喷泉现象，且溶液颜色显橙红色或红色，证明了氯化氢溶于水形成盐酸显酸性；
(5)关闭活塞3和活塞4，将针筒2里面的蒸馏水换成硝酸银溶液，并把硝酸银溶液注射入侧泡具支试管f中去，可观察到溶液有白色沉淀产生，验证了氯化氢气体溶于水后生成的盐酸有氯离子生成；
(6)待实验结束后，分别往具支试管d和f中注射氢氧化钠溶液以此来吸收剩余的物质。最后，拆撤装置，清洗仪器，实验结束。
实验创新
(1)化学实验装置和试剂价格昂贵，有些成本较高的实验各个学校通常只是通过教师演示来进行，学生根本没有动手的机会。而教科书上的常规实验所要用到的试剂量大，实验成本高，本实验采用微型实验在一定程度上节省了实验试剂的用量，减少了对空气的污染。同时现象较为明显，趣味性较强，充分调动了学生的实验积极性。
(2)通过以上的实验改进，整个实验步骤和操作大大简化，达到了实验微型化的特点。另外，它巧妙利用生活中的一些医疗废弃物，如注射器等，在实验过程中不仅能够控制反应的速率，也能够知道反应的浓硫酸的量，同时也达到了变废为宝、节约实验成本的目的，培养了学生绿色环保的意识。
(3)实验中将氯化钠固体与浓硫酸的反应改成用氯化铵固体和浓硫酸反应制取氯化氢，这不仅可以制取较高纯度的氯化氢气体，同时也避免了杂质气体如二氧化硫的生成，避免了“结块”现象。
(4)改进后的实验无论是在氯化氢的制备还是在进行氯化氢的性质实验上，都不需要更换仪器，这不仅能够防止气体的泄露而污染空气，也能够保证实验的安全。