氢氯混合气体“光爆”实验成败探究

氢氯混合气体“光爆”实验成败探究
　　
　　简要说明:该文首先介绍了一种针对高一化学教材中有关氯气性质的实验方法的改进。接着对课本中介绍的实验方法进行了分析，论述了原实验方法不易成功的原因，以及该实验成败的关键在于混合气体的纯度和比例。指明了无论用什么方法、装置进行实验时，都应尽可能的使用密闭装置、纯净气体和恰当体积比。希望本文能对有志于改革实验的化学工作者有所启发，能对高一化学教师顺利完成这一实验有所帮助。
　　
　　高一教材中氢气和氯气混合光照爆炸的演示实验，按课本介绍的方法去做，很难达到令人满意的效果。笔者对这一试验进行了改进，并对该实验成败的原因进行了粗浅的分析。
　　
　　实验的具体方法如下：
　　
　　用一个盛饮料的无色透明塑料瓶，首先用排饱和食盐水的方法收集约3/5—2/3体积的氯气，然后再迅速通入氢气至满瓶，塞紧瓶塞后将瓶正放在日光下（或点燃镁条照射），立即爆炸，随着爆鸣声胶塞向上射出。瓶口出现白雾，挤压塑料瓶，白雾可持续不断冒出。
　　
　　按上述方法实验时应注意下列问题：
　　
　　1、通入氢气的速度要快。如果瓶子较大，氢气产生的慢、集气用时过长，可导致失败。另外为节省课堂时间，气体最好可前准备好，氢气用排水法、氯气用排饱和食盐水法，分别收集在细口瓶中，使用时在饱和食盐水中将它们移入同一塑料瓶中。
　　
　　2、在室外作实验时胶塞不易找回，在室内作实验时瓶口不要对着玻璃。无论在什么场所实验瓶口千万不要对着人。
　　
　　3、集满气体后，瓶子尽量少在手中停留，特别是晴天在室外，或室内光线较强时，应把瓶子立即放在桌上，以防在手中爆炸。千万注意当发现塑料瓶壁稍向内瘪时要立即脱手。
　　
　　按上述方法实验比教材上介绍的方法容易获得成功的原因，主要有下列几个方面。
　　
　　1、关于气体纯度方面的因素：
　　
　　据高一化学第一册《教学参考书》介绍：“氢气和氯气混合气体的反应是个链反应。如果混合气体中混入杂质，特别是空气中的氧气，会跟离解成自由离子的氯和氢发生断链。”（见第30页）这就是说混合气体中不能混有空气，空气的存在就是造成失败的根本原因。由于按课本上介绍的方法去做实验，是无法避免混入空气的：当用排气法集气时，很难得到纯度高的氢气和氯气。当用排水（或饱和食盐水）法集气时，虽然能获得几乎不含空气的气体，但混合后又会立即进入空气。（因为氢气和氯气混合后立即有少量分子反应，生成的氯化氢气体溶于瓶壁的水膜中，敞开体系中分子数减少，使瓶内压强变小，空气就会进入瓶中。）实验事实已经证明了这一点，当我们用带胶塞的塑料瓶实验时，爆炸前的瞬间，瓶壁总是稍微向内瘪进去。在改进后的密闭体系里做实验从集气到爆炸能始终保证无空气混入，在纯度方面为实验成功奠定了基础。
　　
　　2、关于混合气体比例因素：
　　
　　据《教学参考书》介绍：“混合气体中氢气和氯气的体积比为1:2时，反应速度最快，最易发生爆炸，建议采用5:6、4:5，甚至可用1:2的体积比。”按课本上的实验方法，混合气体的体积比为1:1，这个比例对反应速度有一定影响。而改用塑料瓶并向一个瓶中先后收集两种气体，则可控制气体比例，使氯气体积大于氢气体积。在反应速度方面为实验成功奠定了基础。
　　
　　3、关于气体混合后至光照的间隔时间因素：
　　
　　据《化学教育》1985年第一期37页介绍：“氢氯两种气体间的链反应在弱光下总是缓慢进行着，当生成的氯化氢体积达到一定量时，混合气体纯度急剧下降，爆炸就不能发生了。”据该文介绍：晴天在室内放置超过两分钟，阴天超过四分钟再光照，爆炸就很难发生了。按课本所述方法实验时，由于纯度及气体比例因素，非很强光线不能引起爆炸，准备时间稍长就不能发生爆炸了。而改进的方法可用日光直接照射，这就可以在极短的时间内做好准备，实验也就极易成功了。
　　
　　综合上述各因素可知：按课本介绍的方法演示时，无法避免空气混入，也不易获得氯气与氢气体积比大于1:1的混合气体，再加上“间隔时间”较长，实验就很难成功了。改进方法后，从根本上避免了上述三项缺陷，所以容易获得理想的实验效果。
　　