用氨水溶液吸收氯气尾气

用氨水溶液吸收氯气尾气
【课题名称】用氨水溶液吸收氯气尾气。

【教学目标】
1、指出实验室制取氯气在尾气吸收处理上的不足。

2、探索用氨水溶液代替NaOH溶液作为尾气吸收液的可行性。

3、对苏教版课本上氨气喷泉实验的原理解释提一点建议。

【教学重点】
1、用NaOH溶液做吸收液做Cl2—NaOH喷泉实验
2、用氨水溶液做吸收液做Cl2—氨水喷泉实验
【教学难点】用氨水溶液吸收氯气尾气，高效但不倒吸的理由
【实验内容】
1 实验用品：
烧杯、试管、导管、橡胶管（含止水夹）、注射器、圆底烧瓶（含双孔塞）。

氯气、市售浓氨水、饱和NaOH饱和溶液。

2 实验类型：演示实验、探究实验
3 实验装置
4 实验过程
4.1 发现问题
不论哪一种版本的教材，实验室制取氯气，众所周知，用NaOH溶液吸收尾气（装置如图1）。

在实验开始后，有气泡从NaOH溶液中逸出，毫无疑问，这是装置中的空气被排出体
系。

但在随后的实验中，仍然有气泡从溶液中逸出，且空气中的氯气味也越来越浓。

我以为是装置气密性不严或更换集气瓶引起了氯气泄漏。

随后我调整思路：更换装置，重新实验，尤其检查气密性，且实验途中不更换集气瓶，确保气体出口的唯一性。

实验时用蘸有浓氨水的玻璃棒在所有接口、出口处检验，NH4Cl白烟只在NaOH溶液液面上出现，反应方程式为：3Cl2 + 8NH3 = 6NH4Cl + N2。

显然，氯气未被NaOH溶液完全吸收，且逸出明显。

随着实验的延续，NaOH溶液也逐渐呈现淡淡的黄绿色。

随后，我通过增加NaOH溶液的浓度、增加导管在溶液中的深度、在导管末端增加布有小孔的乳胶头等措施来促进Cl2和NaOH的反应，结果徒劳。

说明：吸收氯气尾气，所用NaOH溶液的浓度，在各种版本的教材上，均没有明确。

上述实验中，我先配得NaOH饱和溶液（在288K时，NaOH溶液的物质的量浓度26.4mol/L），分别用体积比为1:10、1:5、1:1共三种浓度的溶液进行平行实验。

4.2 提出猜想
针对Cl2和NaOH的反应，从化学热力学角度看，反应能彻底进行。

从化学动力学角度看，化学反应速率不快。

我对用NaOH溶液吸收氯气尾气的实效产生了怀疑。

4.3 实验探究
—NaOH喷泉实验
4.3.1 用NaOH溶液做吸收液做Cl
2
受NH3喷泉实验原理的影响，我设计了如图2所示的Cl2—NaOH喷泉实验，来定性感受两者的反应速率。

当用针筒推入约3ml的NaOH溶液后，烧瓶中没有出现喷泉实验现象。

等候二分钟，导管中的液面也不上升。

接着，我轻轻晃动装置，才看到导管中的水慢慢爬升，喷口有水流出，随即又停止。

可见，晃动装置，促进了气液混合，加快了反应的进行。

每晃动一次，液面上升一次，如此循环，直到水几乎充满整个烧瓶。

结合氯气的纯度和存在的误差，实验表明，Cl2和NaOH的反应，是能彻底进行的。

但反应速率较慢。

不能出现类似氨气喷泉实验的喷射现象，是由于两者不能瞬间快速反应，无法引起烧瓶内气压骤降。

可见，在实验室制取氯气时，又因氯气的生成速率大于NaOH溶液吸收氯气的速率。

所以，用图1的方法吸收氯气尾气是不会形成倒吸的。

说明：此Cl2—NaOH喷泉实验，也分别使用体积比为1:10、1:5、1:1共三种浓度的溶液进行平行实验。

那么如何加快吸收氯气的速率呢？我想还是从根本上来解决：换吸收液。

4.3.2 用氨水溶液做吸收液做Cl
—氨水喷泉实验
2
收集同等条件下的氯气，改用氨水溶液做吸收液，利用图2进行对比实验，当推入约3ml 市售浓氨水（含氨质量分数约为25%~28%，物质的量浓度约为13.3 mol/L ~14.8 mol/L）后，喷泉现象立即产生，进水量约占容器2/3容积，液面上方充满白烟。

因浓氨水的强烈挥发，相比于Cl2和NaOH反应的气液接触，氯气和氨气的气气接触要充分得多，显然化学反应速率也快得多。

虽然反应物的化学性质是决定化学反应速率的根本因素，但限于本人的知识面，不能给予解释，所以只能从两者接触程度这个外因给予说明。

接着，我又做了如图3所示的实验，当把市售浓氨水沿试管壁缓缓倒入集满氯气的试管时，除了看到白烟外，还听到响声、看到火光、感到试管壁发烫。

再次说明氯气和氨气反应快速、剧烈。

5 实验结论
综上所述，我把吸收氯气尾气的装置设计为如图4。

用长试管内盛适量氨水溶液（体积比1:1）来吸收尾气。

实验现象：听见轻微响声、看到试管中下部有白烟、摸到试管外壁升温、没有火光。

那么图4实验为什么又不倒吸呢？是因为反应生成了氮气，使得Cl2 和氨水溶液短暂分
离，反应瞬间停止，当氮气排除后，Cl2 和氨水溶液继续接触反应，如此循环。

氯气—氨水喷泉实验中，进水量同样不会充满整个容器，其原因也是因为反应生成了氮气，使得进水量约占容器2/3容积，。

事实胜于雄辩，用氨水溶液代替NaOH溶液作为尾气吸收液，实验操作安全可靠，吸收液用量少，尾气吸收快、无氯气泄漏等优点。

当然，通过实验改进，学生从感性上认识了氨气的还原性（课本上没有），强化了氯气的氧化性等化学知识，这是一个意外收获。

6 一个建议
针对氨气喷泉实验，现把人教版和苏教版课本上的有关原理解释进行对比，见表1：
表1 江苏现行两种教材中的喷泉实验原理解释
不能仅解释到反应热力学的知识层面，还要兼顾到反应动力学的知识层面。

象人教版一样解释，让学生更全面的理解氨气喷泉实验原理：氨气溶于水，溶解量多，溶解速率快。

参考文献：
[1] 王祖浩．普通高中课程标准实验教科书·《化学1》（必修）［Ｍ］．江苏：江苏教育出版社，2009．
[2] 普通高中新课程标准实验教科书·《化学1》（必修）［Ｍ］．北京：人民教育出版社，2007．。